碳钢和低合金钢

《碳钢和低合金钢》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳钢和低合金钢（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第九章 碳钢及合金钢,碳钢与合金钢的比较,碳钢的特点 冶炼加工容易 成本低,应用广 可热处理强化 回火稳定性差 淬透性差 基本相强度低,韧性差 不能满足特殊性能要求,合金钢的特点 冶炼加工困难 成本高 回火稳定性高 淬透性高 基本相强度高,韧性好 能满足特殊性能要求,3 结构钢,碳素结构钢 牌号： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 成分特点：低C，高S、P 性能特点：冶炼容易 工艺性好 冶金质量差 机械性能低 使用状态：热轧空冷 SF 用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等） 普通机械零件（少） Wc 低时可用作焊接、铆接件等；重要零件用Q235C、Q235D,结构钢,结构钢,结

2、构钢,优质碳素结构钢 牌号： 08、10、15、20、 、75、80、85 成分特点： Wc：0.08% 0.85%C， S、P 0.04% 性能特点： 冶金质量较好 ()、 ak 淬透性 回火稳定性 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等） 用途：较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等,结构钢,低合金结构钢（普通低合金钢）,结构钢,低合金结构钢（普通低合金钢） 成分特点： 低C(Wc 0.2% )、低合金(Wme 3% ) Me的作用: 提高 F 的强度 细化晶粒 s、b、ak 增加P，并使之细化 弥散强化 提高耐蚀性 脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能 性能特点：

3、(s)高 s/b高 减重20% 30% 具有良好的塑性和韧性 具有较高的冷加工成形性 具有良好的可焊性、耐蚀性 使用状态：热轧或正火， SF 用途：强度较高的工程结构件,保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能,Mn、 V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re,渗碳钢,结构钢,成分特点： 低碳（0.10%0.25%） 心部有足够的塑性和韧性 合金元素 提高淬透性、耐磨性、细化晶粒 性能特点： 渗碳层硬度高 保证耐磨性和抗疲劳性 心部具有高的韧性和足够高的强度 热处理工艺性能好 （高温时A不易长大，淬透性好） 热处理工艺：渗碳 淬火 低温回火 组织：表层：回火M +碳化物+ A； 心部：低C的回火M（+T

4、+ F） 用途： 受冲击载荷的耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮 20CrMnTi，汽车齿轮 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆,渗碳钢,结构钢,调质钢,结构钢,成分特点： 中碳（0.25%0.50%） 心部有足够的塑性和韧性 低合金 （3.5 ） Me作用：提高淬透性、强化F、细化晶粒、降低回火脆性 性能特点：调质处理后具有S回，综合性能 加工性能 热处理工艺：预备热处理 调质 调质后处理 组织：主体：S回 表层：M回 用途：低淬透性(40Cr)，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴 中淬透性(35CrMo)，较大截面零件，如曲轴、连杆 高淬透性(40CrNiMo)，大截面重载零件，如汽轮机主

5、轴和叶轮,调质钢,正火或退火,精加工,粗加工,淬火+高温回火,表面强化,结构钢,成分 w(C)=0.600.90 %（合金弹簧钢0.450.70 %） Si, Mn：主要元素，提高屈强比、淬透性、回火稳定性 低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高 疲劳强度高 性能 e 、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,弹簧钢,结构钢,应用： 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,热处理：热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火 喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 回火T,弹簧钢,结构钢,成分 高碳 w(C)=0.951.10%， 主加元素是Cr，

6、提高淬透性、形成细小的碳化物、细化晶粒。 性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,滚动轴承钢,结构钢,热处理工艺： 球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。 组织 回火M 细碳化物少量A 应用： GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥 GCr15SiMn：大型、特大型轴承,滚动轴承钢,结构钢,工具钢分类：刃具钢、模具钢、量具钢 刃具钢的基本要求 性能要求 高的耐磨性； 高硬度； 高的弯曲强度和足够的韧性； 高的热稳定性。 组织要求 硬而细小的碳化物均匀分布在强而韧的钢基体中 冶金质量：优质或高级优质 刃具钢包括：碳素工具

7、钢、低合金工具钢和高速钢。,4 工具钢,牌号 T7 T8 T9 T12 T13 （A）,碳素工具钢,工具钢,成分：高C (0.65%1.35%)，低S、P 性能：高H，工作温度低时有较好的耐磨性； 工艺性好，淬透性低，热硬性差 工艺：锻造 球化退火 机加工 淬火 + 低温回火 最终组织：回火M 粒状Fe3C + A,碳素工具钢,球化退火后组织,最终组织,淬火后性能与T淬火关系,碳素工具钢碳化物网组织,Ac1+20-30,Ac1+30-50,刃具180210 螺纹工具（如板牙）200250,应用：尺寸小、形状简单、低速、硬度高的工具 T7、T8 、T9、T10、T11、T12、T13 韧性高 硬

8、度高 T7、T8 ：冲头、凿子、锤子 T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具 T12、T13 ：锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。,碳素工具钢,工具钢,工具钢,低合金工具钢 （碳素工具钢 + 合金元素）,成分：高C （wC = 0.9 1.5 %） 低合金（Cr、Mn、Si、W、Mo、V）5 % Cr：淬透性 回火抗力 减少Si石墨化倾向 Si：淬透性 回火稳定性 易使钢脱碳和石墨化，需同时添加W、Cr、Mn Mn：淬透性 但增加钢的过热倾向，降低钢的韧性 W：形成碳化物，阻止钢过热，细化晶粒，提高耐磨性 V：细化晶粒，降低过热敏感性,性能： HRC60，使用温度20

9、0 300 热处理：球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火 最终组织：回火M + 合金碳化物 + 少量A 应用：各种薄刃刀具（板牙、丝锥等） 截面较大、形状复杂、变形小的模具,低合金工具钢,工具钢,9SiCr圆板牙的生产工艺路线： 锻造球化退火机械加工淬火+低温回火磨平面开槽开口,工具钢,高速钢,成分特点： 高C （wC = 0.65 1.65 %） 高合金（ 10%） 提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo） 提高淬透性（Cr） 提高回火稳定性（W、V） 细化晶粒（V）,性能特点： 高硬度、高耐磨性 “锋钢” 高热硬性 “高速钢” 高淬透性 “风钢” 较高的强度、韧性,工具钢,高速钢,加

10、工及热处理特点： 锻造 球化退火,高速钢铸态组织,退火组织（索氏体加碳化物）,萘状组织,W18Cr4V钢退火工艺,加工及热处理特点： 机加工 淬火,工具钢,高速钢,M + 碳化物 + A ,工具钢,高速钢,加工及热处理特点： 回火：需560 多次回火,回火M + 粒状碳化物 + 少量 A ,高速钢刃具的热处理缺陷 过热、过烧、变形开裂、硬度不足、脱碳、萘状断口及腐蚀麻点,工具钢,高速钢,应用 高速车刀、钻头、铣刀等。,齿轮滚刀,插齿刀,圆锯片,工具钢,模具钢,冷作模具钢 常温下使金属或非金属变形的模具 T工作200300 （冷冲、冷镦、冷挤压模、拉丝模、搓丝板等） 受力特点：压力、弯曲应力、冲

11、击力、摩擦力 失效形式：磨损，崩刃、断裂、变形等 性能要求： 高硬度（58HRC62HRC） 高耐磨性(特别是表面抗磨损能力) 高淬透性 足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度) 足够的韧性和疲劳抗力 热处理变形小,冷冲模具,冷镦模具,成分特点： 高C （wC 1.0 %） 加入Cr、Mo、W、V等合金元素,工具钢,冷作模具钢,常用钢种： T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn小型、轻载模具 Cr12、Cr12MoV大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具、 高速钢热硬性要求高的模具,工具钢,冷作模具钢,热处理特点 : 碳素工具钢 低合金工具钢 Cr12型冷模具钢的热处理方案： 一次硬化法 工艺

12、：低温淬火（9501000）+ 低温回火（150180） 性能：高硬度（HRC6164），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小 应用：重载模具 二次硬化法 工艺：高温淬火（11001150）+ 510520多次回火（一般为三次） 性能：硬度60HRC62HRC，红硬性 和耐磨性都较高，韧性较差 应用：受强烈磨损，工作温度在400450的模具 Cr12型钢热处理后组织：为回火马氏体、碳化物和残余奥氏体。,球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火,工具钢,热作模具钢 热作模具：使加热的固态或液态金属在压力下成形的模具 （T工作 = 400600） 热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等 受力特点：高冲击

13、、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力 失效形式：高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等 性能要求： 高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能； 高的热强性和足够的韧性； 高的热疲劳抗力； 高的淬透性和导热性。,热锻,压铸,热挤压,成分特点： 中碳 （0.3%0.6%）： 保证高强度、高韧性、较高的硬度（HRC3552）和较高的热疲劳抗力。 合金元素的作用：,工具钢,热作模具钢,常用钢种： 5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV：韧性要求高、热硬性要求不太高的热锻模 3Cr2W8V、4Cr5MoVSi ：热强性更好的大型锻压模或压铸模,工具钢,热作模具钢,热处理特点 : 预备热处理：完

14、全退火或等温退火 最终热处理： 热锻模淬火后模面中温回火、模尾高温回火 以保证模面硬度较高的要求，并避免模尾因韧性不足而脆断， 回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体； 压铸模较高温度淬火+略高于二次硬化峰值的温度多次回火（34次） 以保证热硬性 回火后组织：回火马氏体+粒状碳化物,工具钢,塑料模具钢,塑料模具：使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具 （T工作 200）,受力特点：承受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大。 性能要求： 普遍要求：一定的综合性能、良好的切削加工性、较高的耐磨性、 良好的导热性和低的热膨胀系数 特殊要求：良好的可抛光性和镜面质量、一定的耐腐蚀性、低的导磁系数

15、塑料模具钢的分类和应用： 非合金型塑料模具钢 45、50、55等：形状简单、小型、精度要求 不高、使用寿命不需要很长 T7、T8 T12：形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具 渗碳型塑料模具钢： 10、20、20Cr、12CrNi3、120CrMnTi、20CrMnMo等 优点：切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性； 模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好； 塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生产 缺点：热处理工艺较复杂、变形大。,塑料模具钢,塑料模具钢的分类和应用（续）： 调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢） 40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等： 工艺过程：热加工后的模块调质处理刻模加工成型使用，以获得所优点：成型后不需最终热处理避免热处理而引起的变形和裂纹