合金鋼課件資料

合金鋼課件資料第一頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第1頁(yè)，共28頁(yè)。5.1.1

碳鋼的局限性碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：淬透性低

一般情況下，碳鋼水淬的最大淬透直徑只有10mm～20mm。強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低

如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345（16Mn）的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,而合金鋼35CrNi3Mo的σs/σb高達(dá)0.74。（σs屈服強(qiáng)度，σb強(qiáng)度極限二者的比值為屈強(qiáng)比。材料的屈強(qiáng)比越小，構(gòu)件的可靠性越高，因?yàn)槿f(wàn)一超載也不至于馬上斷裂。然而屈強(qiáng)比太小時(shí)，雖然安全性提高了，但對(duì)材料的有效利用率降低，并且會(huì)使構(gòu)件笨重、成本加大。屈強(qiáng)比的大小可以通過(guò)合金化、熱處理調(diào)整）。回火穩(wěn)定性差碳鋼在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)，為了保證較高的強(qiáng)度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時(shí)強(qiáng)度又偏低，所以碳鋼的綜合機(jī)械性能水平不高。不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。第二頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第2頁(yè)，共28頁(yè)。5.2合金鋼一、合金鋼的分類按合金元素含量多少合金鋼分為：低合金鋼（合金元素總量低于5%）、中合金鋼（合金元素總量為5%～10%）、高合金鋼（合金元素總量高于10%）；按所含的主要合金元素合金鋼分為：鉻鋼（Cr-Fe-C)，鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)，錳鋼（Mn-Fe-C)，硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C)；按小試樣正火或鑄態(tài)組織合金鋼分為：珠光體鋼，馬氏體鋼，鐵素體鋼，奧氏體鋼，萊氏體鋼；按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼，合金工具鋼，特殊性能鋼；5.2.1、合金鋼的編號(hào)

我國(guó)合金鋼是按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的種類和數(shù)量以及質(zhì)量級(jí)別來(lái)編號(hào)的。

在牌號(hào)首部用數(shù)字標(biāo)明碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。為了表明用途，規(guī)定結(jié)構(gòu)鋼以萬(wàn)分之一為單位的數(shù)字（兩位數(shù)）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）來(lái)表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1%時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。

在表明碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)字之后，用元素的化學(xué)符號(hào)表明鋼中主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)明，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.5%時(shí)不標(biāo)數(shù),平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時(shí),相應(yīng)地標(biāo)以2、3……。

第三頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第3頁(yè)，共28頁(yè)。

合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%，主要合金元素Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下。

合金工具鋼5CrMnMo,平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,主要合金元素Cr、Mn、Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語(yǔ)拼音字首來(lái)標(biāo)明。

如:滾珠軸承鋼,在鋼號(hào)前標(biāo)以“G”。GCr15表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.0%、鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.5%(這是一個(gè)特例,鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)以千分之一為單位的數(shù)字表示)的滾珠軸承鋼。

Y40Mn,表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.5%的易切削鋼等等。

對(duì)于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。5.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼

在鐵碳結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上加入合金元素就形成了合金結(jié)構(gòu)鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造重要工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件。主要有低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（簡(jiǎn)稱低合金高強(qiáng)鋼）1.用途

主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。第四頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第4頁(yè)，共28頁(yè)。2.性能要求

(1)高強(qiáng)度：一般屈服強(qiáng)度在300MPa以上；

(2)高韌性：要求延伸率為15%～20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m2～800kJ/m2。對(duì)于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性；

(3)良好的焊接性能和冷成型性能；

(4)低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度；(5)良好的耐蝕性。3.成分特點(diǎn)

(1)低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.20%；

(2)加入以錳為主的合金元素；

(3)加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細(xì)碳化物或碳氮化物，有利于獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和提高鋼的強(qiáng)度和韌性。

此外，加入少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。第五頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第5頁(yè)，共28頁(yè)。4.常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的鋼號(hào)、成分、性能及用途

Q345（16Mn）是我國(guó)低合金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種。使用狀態(tài)的組織為細(xì)晶粒的鐵素體—珠光體，強(qiáng)度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235高約20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%。

Q420（15MnVN）中等級(jí)別強(qiáng)度鋼中使用最多的鋼種。強(qiáng)度較高，且韌性、焊接性及低溫韌性也較好，被廣泛用于制造橋梁、鍋爐、船舶等大型結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度級(jí)別超過(guò)500MPa后，鐵素體和珠光體組織難以滿足要求，于是發(fā)展了低碳貝氏體鋼。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷條件下得到貝氏體組織，使強(qiáng)度更高，塑性、焊接性能也較好，多用于高壓鍋爐、高壓容器等。

5.熱處理

這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。第六頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第6頁(yè)，共28頁(yè)。5.2.3合金滲碳鋼

1.用途

主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。這類零件在工作中遭受強(qiáng)烈的摩擦磨損，同時(shí)又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。2.性能要求

(1)表面滲碳層硬度高，以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時(shí)具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。

(2)心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度。心部韌性不足時(shí)，在沖擊載荷或過(guò)載作用下容易斷裂；強(qiáng)度不足時(shí)，則較脆的滲碳層易碎裂、剝落。

(3)有良好的熱處理工藝性能在高的滲碳溫度（900℃～950℃）下，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，并有良好的淬透性。3.成分特點(diǎn)

(1)低碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%，使零件心部有足夠的塑性和韌性；

(2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等；

(3)加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：主要加入少量強(qiáng)碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。

撥叉變速齒輪第七頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第7頁(yè)，共28頁(yè)。4.鋼種及牌號(hào)

常用滲碳鋼的牌號(hào)、成分、熱處理、性能及用途

低淬透性合金滲碳鋼：20Cr（此外還有20MN2、20MNV、15Cr），淬透性較低，心部強(qiáng)度較低。使用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，比如小軸、活塞銷、小齒輪等。中淬透性合金滲碳鋼：20CrMnTi（20CrMn、20CrMnMO、20CrVB）。淬透性較高、過(guò)熱敏感性較小，滲碳過(guò)渡層比較均勻，具有良好的機(jī)械性能和工藝性能。大量應(yīng)用于制造高速、中栽、要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車、拖拉機(jī)上的零件。高淬透性合金滲碳鋼：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A含有較多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韌性和低溫沖擊韌性。主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的曲軸及齒輪。5.熱處理和組織性能

合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。（對(duì)滲碳時(shí)容易過(guò)熱的鋼種如20Cr、20Mn2）等，滲碳后先正火，消除過(guò)熱組織，然后再淬火，低溫回火）熱處理后，表面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織，硬度為60HRC～62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體（強(qiáng)調(diào)），硬度為40HRC～48HRC；多數(shù)情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體，硬度為25HRC～40HRC。心部韌性一般都高于700kJ/m2。第八頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第8頁(yè)，共28頁(yè)。5.2.4合金調(diào)質(zhì)鋼1.用途

合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。2.性能要求

調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機(jī)械性能，即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同，對(duì)淬透性的要求不一樣。3.成分特點(diǎn)

(1)中碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25%～0.50%之間，以0.4%居多；(2)加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。如調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多；(3)加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量：Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.30%，或W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%。齒輪曲軸汽車萬(wàn)向節(jié)連桿第九頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第9頁(yè)，共28頁(yè)。鋼號(hào)及熱處理狀態(tài)棒材直徑/mmσb/MPaσs/MPaδ5/%ψ

%ak/（kJ/m2）45鋼850℃水淬,

550℃回火40Cr鋼850℃油淬,

570℃回火5050(心部)70085050067015164558700100045鋼與40Cr鋼調(diào)質(zhì)后性能的對(duì)比4.鋼種及牌號(hào)

常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、成分、熱處理、性能及用途

(1)40Cr低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，油淬臨界直徑為30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。

(2)35CrMo中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，油淬臨界直徑為40mm～60mm，加入鉬不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。

(3)40CrNiMo高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，油淬臨界直徑為60mm～100mm，鉻鎳鋼中加入適當(dāng)?shù)你f，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性。5.熱處理和組織性能

合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高，一般都用油淬，淬透性特別大時(shí)甚至可以空冷，這能減少熱處理缺陷。

合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500℃～650℃回火。通過(guò)選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。第十頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第10頁(yè)，共28頁(yè)。

合金調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體。對(duì)于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達(dá)55HRC～58HRC。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)度約為800MPa,沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達(dá)22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透時(shí)，性能顯著降低。40Cr鋼經(jīng)不同溫度回火后的機(jī)械性能(直徑D=12mm,油淬)第十一頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第11頁(yè)，共28頁(yè)。4.鋼種和牌號(hào)

常用彈簧鋼的牌號(hào)、成分、熱處理、性能及用途

(1)65Mn和60Si2Mn以Si、Mn為主要合金元素的彈簧鋼。這類鋼的價(jià)格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼，Si、Mn的復(fù)合合金化，性能比只用Mn的好得多。這類鋼主要用于汽車、拖拉機(jī)上的板簧和螺旋彈簧。

(2)50CrVA含Cr、V、W等元素的彈簧鋼。Cr、V復(fù)合合金化，不僅大大提高鋼的淬透性，而且還提高鋼的高溫強(qiáng)度、韌性和熱處理工藝性能。這類鋼可制作在350℃～400℃溫度下承受重載的較大彈簧。5.加工、熱處理與性能

彈簧按加工和熱處理可分為兩類：

(1)熱成形彈簧用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬火和中溫（450℃～550℃）回火，獲得回火屈氏體組織，具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來(lái)制作為較大型的彈簧。

(2)冷成形彈簧小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲（片）卷成。為了提高彈簧的疲勞壽命，目前還廣泛采用噴丸強(qiáng)化處理。第十二頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第12頁(yè)，共28頁(yè)。5.2.6滾珠軸承鋼

1.用途

主要用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。從化學(xué)成分上看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。2.性能要求

（1）高的接觸疲勞強(qiáng)度：軸承元件如滾珠與套圈，運(yùn)動(dòng)時(shí)為點(diǎn)或線接觸，接觸處的壓應(yīng)力高達(dá)1500MPa～5000MPa；應(yīng)力交變易造成接觸疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)或剝落，所以軸承鋼疲勞強(qiáng)度應(yīng)很高；（2）高的硬度和耐磨性：硬度一般為62HRC～64HRC；（3）足夠的韌性和淬透性；此外，還要求在大氣和潤(rùn)滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。

滾珠滾珠軸承第十三頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第13頁(yè)，共28頁(yè)。3.成分特點(diǎn)（1）高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.95%～1.10%，以保證其高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度；（2）鉻為基本合金元素鉻提高淬透性；形成合金滲碳體(Fe,Cr)3C呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性,特別是疲勞強(qiáng)度。適宜的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%～1.65%。

（3）加入硅、錳、釩等Si、Mn進(jìn)一步提高淬透性，便于制造大型軸承。V部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過(guò)熱。

（4）高的冶金質(zhì)量軸承鋼中非金屬夾雜和碳化物的不均勻性對(duì)鋼的性能尤其是接觸疲勞強(qiáng)度影響很大。因此，軸承鋼一般采用電爐冶煉和真空去氣處理。4.鋼種和牌號(hào)

滾珠軸承鋼的鋼號(hào)、成分、熱處理和用途（1）鉻軸承鋼最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分；（2）添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。為了節(jié)鉻,加入Mo、V可得到無(wú)鉻軸承鋼,如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與GCr15相近。第十四頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第14頁(yè)，共28頁(yè)。5.熱處理及組織性能

軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。（1）球化退火軸承鋼予先熱處理是球化退火。其目的不僅是降低鋼的硬度，以利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀珠光體和均勻分布的過(guò)剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。（2）淬火和低溫回火淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過(guò)高會(huì)過(guò)熱，晶粒長(zhǎng)大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過(guò)低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬火后硬度不足。

GCr15鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在820℃～840℃范圍內(nèi),回火溫度一般為150℃～160℃。軸承鋼淬火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。精密軸承必須保證在長(zhǎng)期存放和使用中不變形。引起變形和尺寸變化的原因主要是存在有內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。為了穩(wěn)定尺寸，淬火后可立即進(jìn)行“冷處理”（-60℃～-50℃），并在回火和磨削加工后，進(jìn)行低溫時(shí)效處理（120℃～130℃,保溫5h～10h）。

GCr15鋼淬火溫度對(duì)機(jī)械性能的影響GCr15鋼淬火、回火后的顯微組織第十五頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第15頁(yè)，共28頁(yè)。5.3合金工具鋼工具鋼按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼，但實(shí)際應(yīng)用界限并非絕對(duì)。一、合金刃具鋼1.用途

主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。2.性能要求

刃具切削時(shí)受工件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦；由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達(dá)500℃～600℃；此外，還承受一定的沖擊和震動(dòng)。因此對(duì)刃具鋼提出如下基本性能要求：（1）高硬度

金屬切削刀具的硬度一般都在60HRC以上；（2）高耐磨性

不僅取決于鋼的硬度，而且與鋼中硬化物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)；（3）高熱硬性

熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）。熱硬性與鋼的回火穩(wěn)定性和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)；（4）足夠的塑性和韌性

以防刃具受沖擊震動(dòng)時(shí)折斷和崩刃；（5）導(dǎo)熱性能好；（6）工藝性好；（7）經(jīng)濟(jì)好等。

銑刀英制模板刀第十六頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第16頁(yè)，共28頁(yè)。3.成分特點(diǎn)

（1）低合金刃具鋼

最高工作溫度不超過(guò)300℃。①高碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%～1.1%，以保證高硬度和高耐磨性。②加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素：Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性；

W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時(shí)過(guò)熱，保持細(xì)小的晶粒。（2）高速鋼

高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中刃部溫度達(dá)600℃時(shí)，其硬度無(wú)明顯下降。①高碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.70%以上，最高可達(dá)1.5%左右，它一方面要保證能與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物；另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度。②加入Cr、W、Mo、V等合金元素：

Cr提高淬透性；W、Mo保證高的熱硬性；在退火狀態(tài)下，W、Mo以M6C型碳化物形式存在。這類碳化物一部分在淬火后存在于馬氏體中，在隨后的560℃回火時(shí)，形成W2C或Mo2C彌散分布，造成二次硬化。這種碳化物在500℃～600℃溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，從而使鋼具有良好的熱硬性。V提高耐磨性，細(xì)化晶粒。第十七頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第17頁(yè)，共28頁(yè)。4.鋼種及牌號(hào)

常用合金刃具鋼和高速鋼的牌號(hào)、成分、熱處理及用途(1)低合金刃具鋼

9SiCr

加工過(guò)程球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火。熱處理后的組織為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。(2)高速鋼

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼，W18Cr4V鋼的熱硬性較好,熱處理時(shí)的脫碳和過(guò)熱傾向較小。而W6Mo5Cr4V2鋼的耐磨性、熱塑性和韌性較好。高速鋼熱處理特點(diǎn)：

淬火溫度高（一般為1220℃～1280℃），550℃～570℃回火三次。

高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量殘余奧氏體。碳素工具鋼熱硬性差，隨使用溫度提高迅速軟化。W18Cr4V在600℃還保持60HRC的高硬度。9SiCr要保持同樣的硬度，工作溫度不能超過(guò)350℃。高速鋼淬火、回火后的組織第十八頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第18頁(yè)，共28頁(yè)。5.3.3合金模具鋼

合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。1.冷作模具鋼

(1)用途

冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過(guò)200℃～300℃。

(2)性能要求冷模具工作時(shí)承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩擦。主要失效形式是磨損，也常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變形等失效現(xiàn)象。因此，冷模具鋼應(yīng)具有以下基本性能：①高硬度，一般為58HRC～62HRC；②高耐磨性；③足夠的韌性和疲勞抗力；④熱處理變形小。

(3)成分特點(diǎn)①高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在1.0%以上，個(gè)別甚至達(dá)到2.0%，以保證高的硬度和高耐磨性。②加入Cr、Mo、W、V等合金元素形成難熔碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr。典型鋼種是Cr12型鋼，鉻的含量高達(dá)12%。鉻與碳形成M7C3型碳化物，能極大提高鋼的耐磨性，鉻還顯著提高鋼的淬透性。

(4)鋼種和牌號(hào)

常用冷作模具鋼和耐沖擊工具用鋼的牌號(hào)、成分、熱處理及用途9Mn2V、9SiCr、CrWMn，要求不高的冷模具用低合金刃具鋼制造。

Cr12大型冷模具用鋼，熱處理變形很小，制造重載和形狀復(fù)雜的模具。冷擠壓模工作時(shí)受力很大，條件苛刻，選用基體鋼（成分與高速鋼基體相同）或馬氏體時(shí)效鋼制造。模具第十九頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第19頁(yè)，共28頁(yè)。(5)熱處理特點(diǎn)

冷作模具鋼的熱處理與低合金刃具鋼類似。高碳高鉻冷模具鋼的熱處理方案有兩種：

①一次硬化法在較低溫度（950℃～1000℃）下淬火，然后低溫（150℃～180℃）回火，硬度可達(dá)61HRC～64HRC，使鋼具有較好的耐磨性和韌性，適用于重載模具。

②二次硬化法在較高溫度（1100℃～1150℃）下淬火，然后于510℃～520℃多次（一般為三次）回火，產(chǎn)生二次硬化，使硬度達(dá)60HRC～62HRC，紅硬性和耐磨性都較高（但韌性較差）。適用于在400℃～450℃溫度下工作的模具。Cr12型鋼熱處理后組織為回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體。2.熱作模具鋼

（1）用途熱作模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時(shí)型腔表面溫度可達(dá)600℃以上。

（2）性能要求熱模具工作時(shí)承受很大的沖擊載荷、強(qiáng)烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)所引起的不均勻熱應(yīng)變和熱應(yīng)力，以及高溫氧化、出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。因此熱模具鋼的主要性能要求是：

①高的熱硬性和高溫耐磨性；

②高的抗氧化性能；

③高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模鋼；

④高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞；

⑤由于熱模具一般較大，所以還要求熱模具鋼有高的淬透性和導(dǎo)熱性。第二十頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第20頁(yè)，共28頁(yè)。(3)成分特點(diǎn)①中碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.3%～0.6%，以保證高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度（35HRC～52HRC）和較高的熱疲勞抗力。

②加入較多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等Cr是提高淬透性的主要元素，同時(shí)和Ni一起提高鋼的回火穩(wěn)定性。Ni在強(qiáng)化鐵素體的同時(shí)還增加鋼的韌性，并與Cr、Mo一起提高鋼的淬透性和耐熱疲勞性能。

③加入產(chǎn)生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。(4)鋼種和牌號(hào)

常用熱作模具鋼的牌號(hào)、成分、熱處理及用途

5CrMnMo、5CrNiMo及5CrMnSiMoV對(duì)韌性要求高而熱硬性要求不太高的熱鍛模。

3Cr2W8V、4Cr5MoVSi

熱強(qiáng)性更好的大型鍛壓?；驂鸿T模(5)熱處理

熱作模具鋼中熱鍛模鋼的熱處理和調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫（550℃左右）回火，以獲得回火索氏體或回火屈氏體組織；熱壓模鋼淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度（600℃左右）下回火，組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體，與高速鋼類似。為了保證熱硬性，要進(jìn)行多次回火。第二十一頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第21頁(yè)，共28頁(yè)。5.3.5量具用鋼

1.用途

量具用鋼用于制造各種量測(cè)工具，如卡尺、千分尺、螺旋測(cè)微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。2.性能要求

量具在使用過(guò)程中要求測(cè)量精度高，不能因磨損或尺寸不穩(wěn)定影響測(cè)量精度，對(duì)其性能的主要要求是:

(1)高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；

(2)高尺寸穩(wěn)定性熱處理變形要小，在存放和使用過(guò)程中，尺寸不發(fā)生變化。3.成分特點(diǎn)

量具用鋼的成分與低合金刃具鋼相同，即為高碳（0.9%～1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等。4.量具用鋼

尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度較低的量具，選用高碳鋼制造；復(fù)雜的精密量具一般選用低合金刃具鋼；精度要求高的量具選用CrMn、CrWMn、GCr15等制造；CrWMn鋼

淬透性較高，淬火變形小，主要用于制造高精度且形狀復(fù)雜的量規(guī)和塊規(guī)；GCr15鋼

耐磨性、尺寸穩(wěn)定性較好，多用于制造高精度塊規(guī)、螺旋塞頭、千分尺；9Cr18、4Cr13

在腐蝕介質(zhì)中使用的量具。游標(biāo)卡尺螺紋規(guī)千分尺第二十二頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第22頁(yè)，共28頁(yè)。量具鋼號(hào)平樣板或卡板10、20或50、55、60、60Mn、65Mn一般量規(guī)與塊規(guī)T10A、T12A、9SiCr高精度量規(guī)與塊規(guī)Cr（刃具鋼）、CrMn、GCr15高精度且形狀復(fù)雜的量規(guī)與塊規(guī)CrWMn(低變形鋼)抗蝕量具4Cr13,9Cr18(不銹鋼)量具用鋼的選用舉例5.熱處理特點(diǎn)

關(guān)鍵在于減少變形和提高尺寸穩(wěn)定性。因此，在淬火和低溫回火時(shí)要采取措施提高組織的穩(wěn)定性。

(1)在保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度，以減少殘余奧氏體。

(2)淬火后立即進(jìn)行-70℃～-80℃的冷處理，使殘余奧氏體盡可能地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后進(jìn)行低溫回火。

(3)精度要求高的量具，在淬火、冷處理和低溫回火后，尚需進(jìn)行120℃～130℃，幾小時(shí)至幾十小時(shí)的時(shí)效處理，使馬氏體正方度降低、殘余奧氏體穩(wěn)定和消除殘余應(yīng)力。

為了保證量具的精度，必須正確選材和采用正確的熱處理工藝。例如高精度塊規(guī)，是作為校正其它量具的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，要求有極好的尺寸穩(wěn)定性。因此常采用GCr15(或CrWMn)鋼制造。其熱處理工藝較復(fù)雜。經(jīng)過(guò)處理的塊規(guī)，一年內(nèi)每10mm長(zhǎng)度的尺寸變量不超過(guò)0.1μm～0.2μm。第二十三頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第23頁(yè)，共28頁(yè)。5.4特殊性能鋼

5.4.1不銹鋼

不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。

1.用途及性能要求

不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開(kāi)發(fā)、國(guó)防工業(yè)和一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，熱裂設(shè)備零件，醫(yī)療手術(shù)器械，防銹刃具和量具等。

對(duì)不銹鋼的性能要求最主要的是耐蝕性。此外，制作工具的不銹鋼還要求高硬度、高耐磨性；制作重要結(jié)構(gòu)零件時(shí)，要求高強(qiáng)度；某些不銹鋼則要求有較好的加工性能。

2.成分特點(diǎn)碳含量

耐蝕性要求愈高，碳含量應(yīng)愈低。大多數(shù)不銹鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.2%。對(duì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求較高（0.85%～0.95%）的不銹鋼應(yīng)相應(yīng)地提高鉻含量。(2)加入最主要的合金元素鉻

鉻能提高鋼基體的電極電位。隨鉻含量的增加，鋼的電極電位急劇升高。鉻在氧化性介質(zhì)（如水蒸氣、大氣、海水、氧化性酸等）中極易鈍化，生成致密的氧化膜、使鋼的耐蝕性大大提高。鉻含量對(duì)Fe-Cr合金電極電位的影響(大氣條件)第二十四頁(yè)，編輯于星期六：十四點(diǎn)四十三分。第24頁(yè)，共28頁(yè)。(3)加入鎳

可獲得單相奧氏體組織，顯著提高耐蝕性；或形成奧氏體+鐵素體組織，通過(guò)熱處理，提高鋼的強(qiáng)度。(4)加入鉬、銅等

Cr在非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸和堿溶液等）中的鈍化能力差，加入Mo、Cu等元素，可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力。(5)加入鈦、鈮等

Ti、Nb能優(yōu)先同碳形成穩(wěn)定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕傾向。(6)加入錳、氮等

部分代鎳以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。3.常用不銹鋼

不銹鋼按正火狀態(tài)的組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。

(1)馬氏體不銹鋼

不銹鋼的牌號(hào)、成分、熱處理、性能及用途