第九章 碳钢及合金钢（工业用钢）,使用性能： 以强韧性为主 工艺性能： 以可焊性、淬透性为主 常用钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢……,,工程用钢：建筑、桥梁、船舶、车辆,,渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 耐磨钢,机器用钢,结构钢,§3 结构钢,(普通)碳素结构钢,牌号： Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 A、B A、B、C、D A、B 成分特点：低C，高S、P，高非金属夹杂 性能特点：冶炼容易 、冶金质量差、机械性能低 可焊性好、塑性好、工艺性好 使用状态：热轧空冷 S＋F 用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等） Wc 低时可用作焊接、铆接件等； 普通机械零件（少） 重要零件用Q235C、Q235D,(普通)碳素结构钢,牌号： 08、10、15、20、 …… 、75、80、85（F） 成分特点： Wc：0.08% ～ 0.85%C， S、P ≯0.04% 性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 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：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等优质碳素结构钢,低合金结构钢,牌号： 或： 16Mn、09MnV、 09MnNb、 15MnTi、 14MnVTiRe 成分特点：,Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 A、B A～E A～E A～E C、D、E,低合金(WMe 3% ),低C(Wc 0.2% ),保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能,Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re,① 提高 F 的强度(Mn、Si) ② 细化晶粒(V、Ti、Nb) 提高σs、σb、ak ③ 增加P，并使之细化(Mn) ④ 弥散强化(V、Ti、Nb) ⑤ 提高耐蚀性(Cu、P) ⑥ 脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re),,性能特点： ① σ(σs)高、σs/σb高 减重20%～30% ② 具有良好的塑性和足够的韧性 ③ 具有较高的冷加工成形性 ④ 具有良好的可焊性、耐蚀性 ⑤ 低的韧脆转变温度,低合金结构钢,使用状态：热轧或正火，S＋F 用途：强度较高的工程结构件,调质钢,性能特点：调质处理后具有 S回, 综合性能 加工性能 成分特点： ① 中碳 （0.25%～0.50%） ② 低合金（≤3.5 % ）,,,提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒: Ti、V 防止第二类回火脆性: W、Mo,——经调质处理使用的钢种,加工工艺路线： 下料 → 锻造 → 预备热处理 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 表面强化 → 装配 组织：主体：S回 表层：M回,回火索氏体,调质钢,退火或正火,淬火+高温回火,表面淬火+低温回火,螺杆,破碎机主轴,柴油机连杆,分类及用途： 低淬透性(D0油60mm, 40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA) 大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮,汽轮机主轴,调质钢,弹簧钢,成分特点,中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C 合金弹簧钢为0.45~0.7%C,主加元素：Si、Mn、Cr、V,——用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件,性能特点 ： 高的σs，σs/σb；高的σ-1； 足够的韧性，耐震动、抗冲击 高的淬透性,提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒,热处理特点： 热轧弹簧(φ10mm大截面弹簧)： 热成型→淬火+中温回火→喷丸 冷轧弹簧(φ10mm弹簧）： 淬火+中温回火→冷成型→去应力→喷丸,弹簧钢,大型热卷弹簧,弹簧的表面质量 防止表面脱碳； 避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表面产生压应力,使用状态组织：T回,冷卷螺旋压缩弹簧,弹簧钢,65Mn、60Si2Mn：较大截面弹簧(汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧) 50CrV：大截面、大载荷、耐热的弹簧,用途,冷成形弹簧的生产过程,高而均匀的硬度和耐磨性 高的b和接触疲劳强度 足够的韧性、淬透性和耐蚀性 高的纯净度,工作条件 承受高接触应力(达3000~3500MPa) 周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦,滚动轴承钢,——用于制造轴承套和滚动体的专用钢种,向心 球轴承,滚针轴承,圆柱滚子轴承,性能要求,滚动轴承钢,成分特点 : 高碳：0.95~1.10%C 主加元素——Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性 辅加元素——Mn、Si，提高淬透性,热处理特点：,球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理(-60 ~ -80℃) ，时效（120～140℃,10～20h）,,减少A’、稳定尺寸、去应力,,组织： 回火M ＋细颗粒碳化物＋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,轴承生产车间,滚动轴承钢的热处理,渗碳钢,表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度 心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度 在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性,工作条件 承受冲击载荷及交变应力作用 表面受强烈磨损,——用于制造渗碳零件的专用钢种,性能要求,成分特点 : 低碳：0.10~0.25%C 加入提高淬透性元素Cr、Ni、Mn、B 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo,渗碳钢,分类及应用： 低淬透性合金渗碳钢 15Cr、20Cr、20Mn2 用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴 中淬透性合金渗碳钢 20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB 用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。
高淬透性合金渗碳钢 18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴活塞销( 20Cr ),柴油机曲轴,变速箱齿轮,按用途分为: 刃具钢 模具钢 量具钢,§4 工具钢,刃具钢的基本要求 性能要求 ①高硬度(≥HRC60) ②高的耐磨性 ③高的弯曲强度和足够的韧性 ④高的热稳定性（热硬性） 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：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢,——用来制造各种切削刀具的钢种,切削加工,一、刃具钢,碳素工具钢,牌号 ： T7、 T8、T9 、… … 、T12 T13 （A）,成分特点：高C (0.65%～1.35%)、 低S、P 性能特点：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,工艺路线 ：,消除锻造应力； 降低硬度，便于切削加工； 使球化，为淬火做准备获得高硬度、高耐磨性,最终组织,碳化物网组织,球化退火后组织,T12钢正常淬火组织,M回＋ 粒状Fe3C + A',最终组织：,尺寸小、形状简单、低速低温硬度高的工具 T7、T8 、T9、T10、T11、T12、T13 韧性高 硬度高 T7、T8 ：冲头、凿子、锤子等承受冲击的工具 T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥等低速切削工具及冷作模具 T12、T13 ：锉刀、手锯条、刮刀、量规、样套等耐磨工具及量具,碳素工具钢,应用：,（碳素工具钢 + 合金元素）,高C（ 0.9 ~ 1.5 %）+ 低合金（＜5 %）,合金元素作用： 提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：Si、Cr 提高耐磨性、细化晶粒、阻止钢过热: W、V,低合金工具钢,成分特点：,性能要求:,HRC＞60，使用温度200 ~ 300 ℃，有一定的强度和韧性,低合金工具钢,热处理:,球化退火（+ 机加工）+ 淬火（油冷） + 低温回火,最终组织：,回火M + 合金碳化物 + 少量A ',各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。
应用：,9 SiCr,CrWMn,高速钢型材,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）,高速钢,——制造高速切削刃具用钢,典型钢种 ： W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,成分特点：,高C（wC = 0.65 ~ 1.65 %） 高合金（ ＞10%）,高速钢,性能特点：,高硬度和耐磨性 ——“锋钢” 高热硬性 —— “高速钢” 高淬透性 —— “风钢” 较高的强度、韧性,锻造,高速钢铸态组织,高速钢,加工及热处理特点：,球化退火,[W18Cr4V钢退火工艺],[退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）],高速钢,机加工,,淬火,高速钢,,回火：需560 ℃多次回火,磨削,回火M+粒状碳化物+少量A ',M回+颗粒状碳化物+A’（少量）,高速钢,淬火后组织:,[M+碳化物+A '],使用状态下组织:,M+碳化物+A’,齿轮滚刀,插齿刀,圆锯片,应用 ——高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等,高速钢,模具钢的基本要求 ①高的强度、硬度和耐磨性 ②足够的韧性 ③高的淬透性和淬硬性 ④良好的工艺性能 模具钢分类： 冷作模具钢 热作模具钢 塑料模具钢,——用来制造模具的工具钢,二、模具钢,——用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具,——用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具,——使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢,冷作模具钢,—— 常温下使金属或非金属变形的模具 （冷冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等,冷镦模具,工作温度：T工作≯200℃～300℃ 受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力 失效形式：磨损、崩刃、断裂、变形等,性能要求： 高硬度（58HRC～62HRC） 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 良好的工艺性能,汽车外板冷冲模,Cr12钢,冷作模具钢,成分特点： 高C （wC ＞ 1.0 %） 加入Cr、Mo、W、V等合金元素,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,热处理特点 : 碳素工具钢 低合金工具钢,球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火,,冷作模具钢,Cr12 型冷模具钢的热处理方案： ① 一次硬化法 工艺：低温淬火（950℃～1000℃）+ 低温回火（150℃～180℃） 性能：高硬度（HRC61～64），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小 应用：重载模具 ② 二次硬化法 工艺：高温淬火（1100℃～1150℃）+ 510℃～520℃多次回火（三次） 性能：硬度60HRC～62HRC，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400℃～450℃的模具 Cr12型钢热处理后组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体,冷作模具钢,热锻,压铸,热挤压,热作模具钢,包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类,工作温度：T工作= 400℃～600℃ 受力特点：高冲击、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： ① 高的热硬性和高温耐磨性； ② 高的抗氧化性能和耐腐蚀性能； ③ 高的热强性和足够的韧性； ④ 高的热疲劳抗力； ⑤ 高的淬透性和导热性,成分特点： 中碳 （0.3%～0.6%） 保证高强度、高韧性、较高硬度(HRC35～52)和热疲劳抗力 合金元素的作用：,提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo） 提高回火稳定性（Cr、Ni、Mo、W、V） 提高高温强度、耐热疲劳性能（Mo、W、V） 细化晶粒、增加钢的韧性（Ni、V） 防止第二类回火脆性（Mo、W）,热作模具钢,,常用钢种及应用 5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV： 韧性高、热硬性不太高的热锻模 3Cr2W8V、4Cr5MoVSi ： 热强性更好的大型锻压模或压铸模,热作模具钢,汽车四缸压铸模,热处理特点 : 预备热处理：完全退火或等温退火 最终热处理： 热锻模——淬火+模面中温回火、模尾高温回火 回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体； 压铸模——较高温。