《模具合金钢汇编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具合金钢汇编（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模具制造技术基础1. 4 合 金 钢本节主要内容：合金钢中加入了哪些元素？这些元素起到什么作用？某些合金钢的特殊性能，如不锈钢，到底是怎么做到“不锈”的？合金钢的牌号。合金钢：在普通碳素钢中添加适量的一种或多种合金元素。合金钢最显著的优点：高的强度和淬透性。高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等。 常用的合金元素：硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。钒、钛、铌、锆、锰、铬、钨、钼等在钢中形成各自的碳化物或固溶体；铝、铜、镍、钴、硅只形成固溶体。 常用合金元素在钢中的作用1、硅的作用: (1) 使钢的韧性和塑性降低。 (2)显著地提高钢的弹性极限、屈服
2、极限和屈强比,这是一般弹簧钢必须的。 (3)耐腐蚀性，是很好的耐酸材料。加热时表面形成一层SiO2薄膜，提高钢的抗氧化性。 （4）使钢的焊接性能恶化。2、锰的作用 （1）提高钢的淬透性。 （2）提高钢的强度和耐磨性。 锰钢的主要缺点：含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；使钢的焊接性能变坏锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感。使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬的作用 （1）提高钢的强度和硬度。 （2）提高淬透性。（3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。 缺点：促进钢的回火脆性。4、镍的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。
3、（4）提高钢的抗腐蚀能力。 5、钼的作用 （1）对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 6、钨的作用 (1) 提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提高钢的抗氢性能。 （4）使钢具有热硬性。因此，钨是高速工具钢中的主要合金元素。 7、钒的作用 (1) 提高钢的热强性。 （2）显著改善焊接性能。 8、钛的作用 （1）改善钢的热强性； （2）提高钢在高温高压氢气中的稳定性（氢使渗碳体在高温下石墨化）。 因此，钛是高温元件所用的热强钢中的重要合金元素。 9、铌的作用 （1）细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (
4、3)提高钢的热强性 10、硼的作用 ； （1）提高钢的淬透性。 （2）提高钢的高温强度。 11、铝的作用 (1)用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度； (2) 常把铝加入耐热钢中，提高钢的高温抗氧化性能。 缺点：用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。用铝量过多，将降低钢的高温强度和韧性。12、稀土元素（Xt、RE）：脱氢、脱硫和消除其它有害杂质；大幅度提高不锈耐酸钢的耐蚀性。 一、合金元素对钢性能的影响1. 对钢力学性能的影响(1)强化铁素体大多数合金元素能溶于铁素体，产生固溶强化。(2)形成合金碳化物合金碳化物比渗碳体具有更高的硬
5、度、耐磨性，且熔点高，不易分解。细小的合金碳化物能大大提高钢的强度和耐磨性，但不增加脆性称弥散强化。弥散：指微小粒子在材料微观组织中的分布。 弥散强化：在材料中加入硬质颗粒并均匀分布，提高材料强度。金属的强化方法：固溶强化、弥散强化、沉淀强化、细化晶粒强化、相变强化等。(3)细化晶粒晶粒越小,钢的强度和韧性越好。 2. 合金元素对钢的加工性能的影响(1)对铸造性能的影响合金元素一般会降低铸造时金属的流动性，增加偏析倾向，使钢的铸造性能变差。(2)对锻造性能的影响在锻造时塑性降低，变形抗力增加，锻造性能明显下降。(3)对焊接性能的影响 碳、磷、硫等元素会加剧钢的淬硬和冷裂倾向，焊接性能恶化。 钛
6、、锆、铌、钒可改善焊接性能。总的说来，合金钢的焊接性不如碳钢。(4)对热处理工艺性的影响 提高淬透性合金元素最重要的作用是提高了钢的淬透性。 提高回火稳定性（淬火后回火时抵抗硬度下降的能力）。淬透性（P28）：是指钢在淬火时获得淬硬深度的能力，也就是获得马氏体的能力。钢淬火时，表面的冷却速度最快，愈到中心冷却速度愈慢，在距表面某一深处的冷却速度小于该钢的临界冷却速度（或称马氏体临界冷却速度能够得到马氏体的最低冷却速度），则淬火后将有非马氏体组织出现。钢的淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，在相同条件下，该速度越小，生成越多的马氏体。 而钢的临界冷却速度取决于过冷奥氏体的稳定性。固溶于奥氏体中的合
7、金元素（除钴以外），均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性（C曲线右移），使钢的淬透性增加。简言之：增加过冷奥氏体的稳定性降低马氏体临界冷却速度提高钢的淬透性影响钢材淬透性的主要因素：钢材的化学成分、淬火方法（加热方法、加热温度、冷却介质的特性、冷却方式）、零件的形状尺寸等。 (5)对切削加工性能的影响合金钢的强度及韧性一般较高，使切削抗力增加，断屑变难，切削性能一般比碳钢差。3. 合金元素使钢获得特殊性能(1)提高耐蚀性在钢表面形成致密稳定的氧化膜，使钢提高耐蚀性。(2)提高耐热性耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两方面的涵义。 铬、硅、铝等元素形成致密高熔点氧化膜，能增加钢的抗高温氧化能力。 钛
8、、钼等合金元素使钢在高温下不易塑性变形，提高了钢的高温强度，使钢有较高的热强性。(3) 提高热硬性及耐磨性 合金元素提高了钢的回火稳定性。二 合金钢的分类和牌号（一） 合金钢的分类（课本P39）1 按合金元素的含量分类 低合金钢 合金元素总量10%2 按用途分类 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 如不锈、耐蚀和耐热钢。专用钢 用于专门用途，如滚珠轴承钢、弹簧钢。（二） 合金钢的牌号1 合金结构钢例：60Si2CrA 表示Wc=0.6%、 Wsi=2%、 Wcr1.5%）。 A表示质量等级（含S、P量）以两位数字表示碳含量的万分数 标出合金元素含量的百分数；若含量小于1.5%，不标。2 合金工
9、具钢（量具刃具用钢、冷作模具钢、热作模具钢）例：9SiCr表示Wc0.9%、Wsi1.5%、Wcr1.5%的合金工具钢。当钢中的Wc1%时，用一位数字表示含碳量的千分数；当钢中的Wc1%时，不标含碳量。标出合金元素含量的百分数；若含量小于1.5%，不标。3 高速工具钢 不标出含碳量，只标出其他合金元素含量的百分数。例： W18Cr4V，表示Ww=18%、Wcr=4.0%、Wv1.5%的高速工具钢。4 不锈钢和耐热钢表示方法与合金工具钢相同。例：3Cr13。 表示平均Wc=0.3%、Wcr=13%的不锈钢。5 滚珠轴承钢 滚珠轴承钢在编号前标以“G”字，其后为铬（Cr）+数字例：GCr15SiM
10、n表示Wcr=1.5%、Wsi1.5%、Wmn1.5%的滚动轴承钢。含铬量以千分数标示。其他元素仍按百分数表示。（原因：铬是滚珠轴承钢中最重要的元素）6 合金铸钢例：ZGMn13表示Wmn=13%（平均含锰量的百分数）的高锰耐磨钢。小结：牌号前的数字都是指含碳量；对结构钢，含碳量以万分数表示，对工具钢，含碳量以千分数表示（大于1%，不标出）；合金元素的含量都以百分数表示（小于1.5%，不标出）；滚珠轴承钢的铬Cr例外。反之，若钢号前的数字是两位，则为结构钢；一位或没有数字，则为工具钢。三 合金钢的性能及热处理方式（一） 合金结构钢1 低合金结构钢 含有少量合金元素，具有较高强度。用途：主要用来
11、制造各种强度要求较高的结构件，如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。热处理：与碳素钢类似。低合金结构钢中，16Mn最具有代表性。16Mn是二十世纪三十年代发展起来的世界上第一种低合金高强度钢，是目前我国用量最多，产量最大的一种低合金高强度钢。（只含锰的钢也可归类于优质碳素结构钢）2 合金渗碳钢属于表面渗碳硬化的合金结构钢，用以制造渗碳硬化零件。用途：渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮等。要求表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。渗碳钢的热处理： 渗碳淬火（一次淬火或二次淬火）低温回火。例：20CrMnTi钢齿轮的加工
12、工艺路线：下料锻造正火加工齿形滲碳，淬火低温回火磨齿。3 合金调质钢采用调质处理，即淬火+高温回火。用途：综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件。分类：按淬透性的高低，分为三类：低淬透性调质钢。典型钢种是40Cr，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。中淬透性调质钢。典型钢种为40CrNi，含有较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。
13、 调质钢的热处理： 以40Cr钢制造拖拉机上的连杆、螺栓，其工艺路线为：下料锻造退火粗机加工调质精机加工装配。预备热处理采用退火（或正火），其目的是改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备。调质采处理用830加热、油淬，得到马氏体组织，然后在525回火。4 合金弹簧钢a）性能要求具有高的弹性极限（即具有高的屈服点或屈强比），高的疲劳极限与足够的塑性和韧性。b）成分特点 含碳量一般为0.450.70%。含碳量过高，塑性和韧性降低，疲劳极限也下降。含硅及锰、铬、矾和钨等。加入锰、硅主要是提高淬透性，同时也提高屈强比。硅、锰元素的不足之处是硅会促使钢材表面在加热时脱碳，锰则使钢易于过热。因此，重要用途的弹簧钢必须加入铬、矾、钨等。它们不仅使钢材有更高的淬透性，不易脱碳和过热，而且有更高的高温强度和韧性。弹簧钢的热处理：根据弹簧钢的生产方式，可分为热成型弹簧和冷成型弹簧两类。热成形弹簧加热时成形，然后淬火+中温回火具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性。冷成形弹簧通过冷拔（或冷拉）、冷卷成型，然后 低温回火 不必进行淬火处理低温回火目的是定型处理（消除内应力和
