工业用钢实用教案

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1、本章目的本章目的 1 1 介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法 2 2 揭示合金元素揭示合金元素(yun s)(yun s)在钢中的作用，即合金在钢中的作用，即合金化原理化原理 3 3 分别介绍各种主要类型的合金钢分别介绍各种主要类型的合金钢第第11章章工业用钢工业用钢第1页/共128页第一页，共129页。(1)合金元素对钢的组织与性能影响规律合金元素对钢的组织与性能影响规律(2)各类钢主要的性能要求、成分及合金化特点，合金各类钢主要的性能要求、成分及合金化特点，合金元素的主要作用，主要的热处理方法元素的主要作用，主要的热处理方法(fngf)、应用、应用(3

2、)各类钢的典型钢种各类钢的典型钢种本章本章(bnzhn)重点重点第2页/共128页第二页，共129页。引引 言言工业用钢的应用广泛(gungfn):主要有碳素钢随着(su zhe)现代科学技术的发展,对钢铁材料的性能提出了更高的要求碳钢优点碳钢优点价廉、实用价廉、实用(1)力性随碳含量显著变化力性随碳含量显著变化(binhu)(2)可通过热处理显著改变性能可通过热处理显著改变性能第3页/共128页第三页，共129页。为什么产生为什么产生(chnshng)合金钢？合金钢？第4页/共128页第四页，共129页。（1）淬透性低；水淬，）淬透性低；水淬，D临临=1020mm（2）强度）强度(qingd

3、)、屈强比较低、屈强比较低(难以满足体积小、难以满足体积小、重量轻的要求重量轻的要求)20钢与钢与16Mn的的s分别为分别为240、360MN/m240钢与钢与35CrNi3Mo的的s/b0.43、0.74碳碳钢钢的性能的性能(xngnng)缺点缺点第5页/共128页第五页，共129页。(3)不能不能满满足特殊足特殊(tsh)性能要求性能要求合金合金钢钢的的产产生生合金钢的性能合金钢的性能(xngnng)都优于碳素都优于碳素钢吗？钢吗？不一定不一定(ydng)，要根据性能需要，合理，要根据性能需要，合理选择钢材材第6页/共128页第六页，共129页。11-1钢钢分分类类(fnli)和和编编号号

4、一、一、钢钢的分的分类类(fnli)（1）按化学成分）按化学成分碳碳钢（新国标称为非合金钢）钢（新国标称为非合金钢）高、中、低碳钢：高、中、低碳钢：0.25%；0.6%合金钢：为改善钢的性能，冶炼时在碳钢合金钢：为改善钢的性能，冶炼时在碳钢的基础上特意加入的基础上特意加入(jir)一定的合金元素一定的合金元素所获得的钢所获得的钢高、中、低合金钢：高、中、低合金钢：5%；10%）第7页/共128页第七页，共129页。（2）按用途）按用途(yngt)结结构构钢钢：工程构件、机器零件：工程构件、机器零件工具工具钢钢：刃、量、模：刃、量、模特殊性能特殊性能钢钢：耐：耐热热、耐、耐蚀蚀、磁性、磁性（3）

5、按）按质质量量(zhling)等等级级优质优质、高、高级优质级优质、普通、普通实际实际中往往采取中往往采取综综合法合法高高级优质级优质合金工具合金工具钢钢第8页/共128页第八页，共129页。二、二、钢的的编号号(binho)钢钢号可以反映：成分、用途号可以反映：成分、用途（1）碳）碳钢钢（碳素（碳素结结构构钢钢、碳素工具、碳素工具钢钢）普通碳素普通碳素结结构构钢钢（0.06%-0.4%）力学性能要求力学性能要求Q195、Q215、Q235-AF、Q255、Q275Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460与旧与旧标标准的准的对对比：比：Q235A3为为构件用构件用钢钢：建筑、

6、：建筑、桥桥梁梁(qioling)、船、船舶、舶、压压力容器、管道等力容器、管道等第9页/共128页第九页，共129页。优质优质(yuzh)碳素结构钢碳素结构钢(0.06%0.70%)08F、10、20塑塑韧韧性、性、焊焊接接(hnji)性好性好冷冲、冷冲、焊焊接接(hnji)、渗碳、渗碳件件调质调质(diozh)后后综综合机合机性好性好调质调质(diozh)件件强度高、弹性极限高强度高、弹性极限高弹性元件弹性元件25、30、35、40、4550、60、65第10页/共128页第十页，共129页。碳素工具钢（碳素工具钢（0.65%-1.35%）T7、T8一定一定韧韧性性冲冲头头、锤锤子子(ch

7、uzi)、凿凿子子T9、T10硬度高、硬度高、韧韧性适中性适中(shzhng)钻头钻头、手、手锯锯条、刨刀条、刨刀T12(A)、T13硬度硬度(yngd)高、高、韧韧性低性低锉锉、刮刀、量具、刮刀、量具低速运转的工具低速运转的工具第11页/共128页第十一页，共129页。（2）合金钢合金钢C%Me%合金合金(hjn)结结构构钢钢：1/万万1/百百合金合金(hjn)工具工具钢钢：1/千千特殊性能特殊性能钢钢：1/千千例：例：40Cr合金合金(hjn)结构钢；结构钢；9CrSi合金合金(hjn)工具钢工具钢CrWMo合金合金(hjn)工具钢；工具钢；1Cr18Ni9不锈钢不锈钢特殊：特殊：GCr1

8、51.5%Cr06Cr18Ni9C0.08%022Cr18Ni9C0.03%Cr12Mo1V1与与Cr12MoV第12页/共128页第十二页，共129页。10-2合金元素合金元素(yuns)在钢中的在钢中的作用作用一、一、合金元素对钢中基本合金元素对钢中基本(jbn)相的影响相的影响1、形成合金铁素体形成合金铁素体绝大多数合金元素可或多或少固溶于铁素绝大多数合金元素可或多或少固溶于铁素体中，形成体中，形成-Fe的间隙或置换固溶体的间隙或置换固溶体-合金铁素体合金铁素体-合金元素有固溶强化作用合金元素有固溶强化作用第13页/共128页第十三页，共129页。合金元素合金元素对对强强硬度、硬度、韧韧

9、性性(rnxn)的影响的影响第14页/共128页第十四页，共129页。例如例如(lr)Si、Mn显著提高强硬度，但当显著提高强硬度，但当Si0.6%;Mn1.5%；Cr2%;Ni5%时，韧性明显时，韧性明显下降下降合金元素的限量使用合金元素的限量使用但合金元素但合金元素过过多多则则降低降低(jingd)韧韧性性第15页/共128页第十五页，共129页。2、形成形成(xngchng)合金合金碳化物碳化物根据与碳的亲和力，合金元素根据与碳的亲和力，合金元素(yuns)分为分为两类两类非碳化物形成非碳化物形成(xngchng)元素元素Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B碳化物形成元素碳化物形成元素M

10、n、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti以上由弱至强以上由弱至强第16页/共128页第十六页，共129页。弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素(yuns)、中、中强强碳化物形成元素碳化物形成元素(yuns)可置可置换换渗碳体渗碳体中的中的铁铁原子原子(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C（1）形成）形成(xngchng)合金渗碳合金渗碳体体意义：意义：合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点(rngdin)和硬度更高和硬度更高低合金钢中的主要强化相低合金钢中的主要强化相第17页/共128页第十七页，共129页。强强碳化物形成元素、或碳化物形成元素、或较较高含量高含量(hnling)

11、的中的中强强碳化物形成元素（碳化物形成元素（5%）VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3形成特殊碳化物形成特殊碳化物特殊碳化物特殊碳化物较较合金渗碳体合金渗碳体稳稳定性更高，熔点定性更高，熔点与硬度也更高与硬度也更高耐耐较较高温度高温度(wnd)强强化相化相高合金高合金钢钢中的主要中的主要(zhyo)强强化相化相（2）形成特殊碳化物）形成特殊碳化物第18页/共128页第十八页，共129页。碳及合金元素碳及合金元素(yuns)在钢中存在形式及在钢中存在形式及作用作用(1)固溶于铁基体中固溶于铁基体中(2)形成各类碳化物形成各类碳化物固溶固溶强强化化(qinghu)第二相第二相强强

12、化化(qinghu)，提，提高耐磨性高耐磨性小小结结（3）形成非金属夹杂物）形成非金属夹杂物（4）以游离状态存在）以游离状态存在第19页/共128页第十九页，共129页。二二合金合金(hjn)元素对铁碳相图的影响元素对铁碳相图的影响1影响奥氏体、铁素体存在范围影响奥氏体、铁素体存在范围LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGC%6.69FeTJNA1扩大扩大相区相区使使A3，A4Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr扩大扩大相区相区使使A3，A4Ni、Mn、Cu、Co、C、N第20页/共128页第二十页，共129页。在室温在室温(shwn)下可能下可能获获得得单单相奥氏体

13、相奥氏体组组织织或或单单相相铁铁素体素体组织组织奥氏体型不奥氏体型不锈钢锈钢铁铁素体型不素体型不锈钢锈钢又如又如矿矿山机械用山机械用(奥氏体型奥氏体型)高高锰钢锰钢意意义义第21页/共128页第二十一页，共129页。所有所有(suyu)合金元素均使合金元素均使S、E点左移点左移4Cr13过共析钢；过共析钢；W18Cr4V莱氏体钢莱氏体钢2影响影响(yngxing)相相图临图临界点界点（S、E）第22页/共128页第二十二页，共129页。三三对钢热处理的影响对钢热处理的影响(yngxing)1对对加加热时热时相相转变转变的影响的影响大多数合金元素都使奥氏体的大多数合金元素都使奥氏体的长长大减慢，

14、大减慢，成分均匀化成分均匀化难难度加大度加大大多数合金大多数合金钢钢比碳比碳钢钢加加热热温度高，保温温度高，保温时时间长间长但但须须考考虑虑(kol)合金元素合金元素对对A3的影响的影响例含例含Mn钢钢：使下降；易：使下降；易过热过热第23页/共128页第二十三页，共129页。实质为对实质为对C曲线曲线(qxin)的影响的影响非碳化物形成元素非碳化物形成元素改变位置改变位置(wizhi)，不改变形状，不改变形状碳化物形成元素碳化物形成元素改变位置与形状，使改变位置与形状，使P、B转变转变(zhunbin)分离分离(1)使使C曲线位置和形状改变曲线位置和形状改变2对冷却转变（对冷却转变（C曲线）

15、的影响曲线）的影响第24页/共128页第二十四页，共129页。典型应用典型应用含含Mo的贝氏体钢的设计的贝氏体钢的设计(shj)原理原理第25页/共128页第二十五页，共129页。(2)大部分合金大部分合金(hjn)元素使元素使C曲曲线线右右移移意意义义：提高淬透性：提高淬透性合金元素合金元素(yuns)提高淬透性的提高淬透性的顺顺序序(由由强强至弱至弱)Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V另另B元素元素(yuns)：添加：添加0.0005%0.0035%量量显显著提高淬透性著提高淬透性微量作用机理：晶界上偏聚微量作用机理：晶界上偏聚第26页/共128页第二十六页，共129页。(3)大部

16、分合金元素大部分合金元素Ms、Mf，AR%高碳、高合金高碳、高合金钢钢的多次回火工的多次回火工艺艺(gngy)目的之一是减少目的之一是减少AR%注意注意(zhy)合金元素需溶入奥氏体中合金元素需溶入奥氏体中含较多提高淬透性元素的钢可能含较多提高淬透性元素的钢可能在空冷条件在空冷条件(tiojin)下获马氏体下获马氏体例如：例如：W18Cr4V第27页/共128页第二十七页，共129页。3合金元素合金元素(yuns)对对回火回火过过程的影响程的影响(1)提高提高(tgo)钢钢的回火的回火稳稳定性定性定义：钢在回火定义：钢在回火(huhu)过程中抵抗组织与性能过程中抵抗组织与性能变化变化(主要是软

17、化主要是软化)的能力称为回火的能力称为回火(huhu)稳定性稳定性原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗软化能力软化能力提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性合金碳化物稳定性高合金碳化物稳定性高第28页/共128页第二十八页，共129页。提高回火提高回火(huhu)稳定性的稳定性的意义意义（1）在相同）在相同(xintn)温度下回火，合金温度下回火，合金钢钢比碳比碳钢钢有更高的有更高的强强硬度硬度（2）相同）相同(xintn)强度下合金钢比碳钢强度下合金钢比碳钢可在更高温度下回火，有更好韧性可在更高温度下回火，有更好韧性第29页/共128页第二十九页

18、，共129页。（2）部分钢种）部分钢种(gngzhng)可产生可产生二次硬化二次硬化二次硬化定义二次硬化定义含较多含较多W、Mo、V、Ti及较高及较高C%的钢回火时，硬度不是随回火的钢回火时，硬度不是随回火温度温度(wnd)升高单调下降，而是升高单调下降，而是到某一温度到某一温度(wnd)后反而开始增后反而开始增大（大（400），并在另一更高温度），并在另一更高温度(wnd)（550）达到峰值）达到峰值回火温度，回火温度，HRC200400600604020+5%Mo+2%Mo0.35C%第30页/共128页第三十页，共129页。二次硬化二次硬化(ynghu)产生的原产生的原因因马氏体中析出马

19、氏体中析出Mo2C、VC、TiC即特殊碳化物在即特殊碳化物在相的位错区沉淀析出，相的位错区沉淀析出，与与相共格相共格共格强化与弥散强化共格强化与弥散强化二次淬火：回火中未分解的二次淬火：回火中未分解的AR在随后冷却到在随后冷却到T0.4%时时，焊焊接性差接性差碳当量碳当量(dngling)0.015Al0.015Al0.015第44页/共128页第四十四页，共129页。C Mn Si P S Cr NiQ420(C(C、D D、E)E) 0.7 0.7第45页/共128页第四十五页，共129页。铸 钢什么(shn me)情况用铸钢？成分：成分：0.2-0.6 C%0.2-0.6 C%性能特点：

20、塑性性能特点：塑性(sxng)(sxng)不好（要进行热处不好（要进行热处理）理）用途：相当于锻钢件用途：相当于锻钢件典型(dinxng)牌号？第46页/共128页第四十六页，共129页。11-4节 机械零件用钢机械零件用钢的用途(yngt)?在工程使用在工程使用(shyng)中有什么特点中有什么特点?对机械零件的要求对机械零件的要求(yoqi)是什么是什么?机械零件成分特点成分特点?常见的常见的机械零件用钢？第47页/共128页第四十七页，共129页。机械零件用钢的用途(yngt)?轴、齿轮、轴承、弹簧等各种机械(jxi)零件，又称，机械(jxi)结构用钢。第48页/共128页第四十八页，共

21、129页。在工程使用中有什么在工程使用中有什么(shnme)特点特点?受到拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击等一种或受到拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击等一种或几种力的作用几种力的作用 非静载、高温、低温、腐蚀非静载、高温、低温、腐蚀(fsh)(fsh)环境环境第49页/共128页第四十九页，共129页。对机械零件用钢的要求对机械零件用钢的要求(yoqi)是什么是什么?较高的疲劳强度较高的屈服强度、抗拉强度(kn l qin d)、断裂抗力较高的耐磨性和接触(jich)疲劳强度较高的韧性必须进行热处理？第50页/共128页第五十页，共129页。切削(qixio)加工和热处理性能要求一般为优质钢和高级优质

22、钢，使用状态一般为优质钢和高级优质钢，使用状态(zhungti)(zhungti)为淬火加回火为淬火加回火第51页/共128页第五十一页，共129页。机械零件用钢成分(chng fn)特点?含碳量： 低、中、高0.2C%-0.2C%-渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)钢和低碳马氏体钢钢和低碳马氏体钢0.4 C%-0.4 C%-调质钢调质钢0.5 C%- 0.7C%- -0.5 C%- 0.7C%- -弹簧钢弹簧钢1.0C%- 1.0C%- 轴承钢轴承钢合金(hjn)元素第52页/共128页第五十二页，共129页。影响(yngxing)机械零件用钢性能特点的因素？含碳量、回火含碳量、回火(

23、hu hu)(hu hu)温度、合金元素（次要的）温度、合金元素（次要的）第53页/共128页第五十三页，共129页。常见常见(chnjin)的机械零件用钢？的机械零件用钢？渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)钢和低碳马氏体钢钢和低碳马氏体钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢轴承钢轴承钢第54页/共128页第五十四页，共129页。渗碳渗碳(shntn)钢钢 渗碳定义：在增碳的活性介质渗碳定义：在增碳的活性介质(jizh)(jizh)中，钢的表面为中，钢的表面为碳所饱和而获得高碳的渗层组织，称为渗碳碳所饱和而获得高碳的渗层组织，称为渗碳 目的：提高零件表面硬度、耐磨性和疲劳强度目的：提高零件表面硬度、

24、耐磨性和疲劳强度 渗碳钢渗碳钢用作整体受冲击或交变应力，表面受用作整体受冲击或交变应力，表面受磨损的零件，这些零件要求磨损的零件，这些零件要求(yoqi)(yoqi)表面硬、心表面硬、心部韧，如机床、汽车、拖拉机的变速齿轮等部韧，如机床、汽车、拖拉机的变速齿轮等第55页/共128页第五十五页，共129页。1成分成分(chngfn)特点特点Me：Cr、Ni、Mn、B；V、Ti、Nb淬透性，淬透性，强韧性强韧性(rnxn)阻碍阻碍(zi)A晶粒长晶粒长大大低低C（0.1%0.25%）第56页/共128页第五十六页，共129页。2典型典型(dinxng)渗碳渗碳钢钢种种(1)低淬透性低淬透性20Cr

25、、20Mn2、20MnV、20CrV合金合金(hjn)总总量量100mm高高载载荷荷(zih)、重要、重要耐磨件耐磨件中等载荷件中等载荷件第58页/共128页第五十八页，共129页。热处理前渗层组织热处理前渗层组织（1）热处理工艺）热处理工艺(gngy)渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火（2）组）组织织表面：高碳回火马氏体表面：高碳回火马氏体心部：低碳回火马氏体心部：低碳回火马氏体4性能性能表面硬表面硬耐磨耐磨心部韧心部韧抗冲击抗冲击3热处热处理及使用状理及使用状态态(zhungti)的的组织组织：第59页/共128页第五十九页，共129页。调质调质(diozh)钢钢调质调质工工艺艺：淬火：

26、淬火+高温回火高温回火1用途用途汽汽车车、拖拉机、机床等的重要、拖拉机、机床等的重要(zhngyo)零零件如件如轴类轴类、连连杆、杆、齿轮齿轮、螺栓等、螺栓等2性能要求性能要求受力复受力复杂杂：较较大的循大的循环载环载荷、复合荷、复合应应力力高高强强度、良好塑度、良好塑韧韧性、高的疲性、高的疲劳劳强强度度要求高的要求高的综综合机械性能合机械性能第60页/共128页第六十页，共129页。（1）中中C（0.25%-0.5%）C过低：淬硬性不够过低：淬硬性不够回火后强度回火后强度(qingd)不不够够C过高：韧性不够过高：韧性不够（2）加入提高淬透性合金加入提高淬透性合金(hjn)元素元素Cr、Ni

27、、Mn、Si3成分成分(chngfn)特点特点（3）加入防第二类回火脆性元素）加入防第二类回火脆性元素W、Mo等等第61页/共128页第六十一页，共129页。(1)低淬透性低淬透性40Cr、40MnB、40MnVBD水淬水淬临临界界(lnji)大大约约2040mm,（2）中淬透性）中淬透性40CrMn、40CrNi、40CrMnTi、35CrMoD水淬水淬临临界界(lnji)大大约约4060mm,4典型典型(dinxng)钢钢种种第62页/共128页第六十二页，共129页。40CrNiMo、30CrNi3D水淬水淬临临界界(lnji)60-100mm（3）高淬透性）高淬透性第63页/共128页

28、第六十三页，共129页。5热处热处理工理工艺艺：淬火淬火+高温回火高温回火使用使用(shyng)态组织态组织：回火索氏：回火索氏体体第64页/共128页第六十四页，共129页。第65页/共128页第六十五页，共129页。第66页/共128页第六十六页，共129页。第67页/共128页第六十七页，共129页。弹簧钢弹簧钢1用途：用途：制作各种制作各种弹弹性元件性元件以以产产生生较较大大弹弹性性变变形，形，起起缓缓和冲和冲击击、吸收、吸收(xshu)振振动动等作用。等作用。2性能要求：性能要求：高的高的弹弹性极限，屈性极限，屈强强比、疲比、疲劳劳强强度度第68页/共128页第六十八页，共129页。

29、3成分成分(chngfn)特点特点(1)中高碳中高碳合金合金(hjn)弹弹簧簧钢钢:0.4%-0.7%C碳素碳素弹弹簧簧钢钢：0.6-0.9%C(2)MeMn、Cr、Si：淬透性，固溶淬透性，固溶强强化化(qinghu)Si：S/b(屈强比屈强比)W、Mo：防第二类回火脆性防第二类回火脆性1%2%第69页/共128页第六十九页，共129页。钢号钢号CSiMn其它其它65Mn0.620.700.170.370.91.255Si2Mn0.520.601.52.00.60.960Si2Mn0.560.641.52.00.60.960Si2CrVA0.560.641.41.80.40.7Cr:0.71

30、.060Si2MnWA0.610.691.502.000.701.00W:0.81.24 典型(dinxng)钢种： 65、60Si2Mn、60Si2MnWA第70页/共128页第七十页，共129页。（1）冷成型）冷成型(chngxng)弹弹簧簧小型小型(d10-15mm)热轧钢丝热轧钢丝(ns)或或钢钢板：淬火板：淬火+中温中温回火回火弹弹簧簧钢钢使用使用态组织态组织：回火屈氏体：回火屈氏体或屈氏体或屈氏体(2)热热成型成型(chngxng)弹弹簧簧第72页/共128页第七十二页，共129页。滚动轴承滚动轴承(gndngzhuchng)钢钢1用途：用途：滚动轴滚动轴承的承的滚动滚动体、内外套

31、圈等体、内外套圈等2性能性能(xngnng)要求：要求：点、点、线线接触接触高的高的压应压应力力1500-5000MPa交交变应变应力力高的接触疲高的接触疲劳劳摩擦摩擦高硬度与耐磨性：高硬度与耐磨性：HRC62-64大气、大气、润润滑油介滑油介质质耐耐蚀蚀性性第73页/共128页第七十三页，共129页。3成分成分(chngfn)特点特点(1)高碳高碳:0.95-1.15%C(2)低低铬铬(0.4-1.65%Cr)提高淬透性；形成碳化物提高淬透性；形成碳化物(3)其它元素：其它元素：Mn、Si，淬透性淬透性(4)高的冶金高的冶金质质量量(zhling)*夹杂夹杂物与碳化物的控制物与碳化物的控制第

32、74页/共128页第七十四页，共129页。4典型典型(dinxng)钢钢种种可用作工具钢可用作工具钢第75页/共128页第七十五页，共129页。5热处热处理及使用理及使用(shyng)态组织态组织热处理工艺：热处理工艺：球化退火球化退火(tuhu)+淬火淬火+低温回低温回火火使用态组织：使用态组织：高碳回火马氏体高碳回火马氏体+弥散弥散(msn)细小碳化物细小碳化物第76页/共128页第七十六页，共129页。第77页/共128页第七十七页，共129页。第78页/共128页第七十八页，共129页。第79页/共128页第七十九页，共129页。11-5工具钢工具钢工具工具钢钢分分类类：刃具：刃具(r

33、nj)钢钢、模具、模具钢钢、量具、量具钢钢一、一、刃具钢刃具钢(一一)用途：用途：切削刀具：车刀、铣刀、钻头、切削刀具：车刀、铣刀、钻头、锯、丝锥、板牙等锯、丝锥、板牙等受受力：弯曲、扭转、剪切、冲击、震动、摩擦力：弯曲、扭转、剪切、冲击、震动、摩擦失效形式：磨损失效形式：磨损(msn)、崩刃、卷刃、折断等、崩刃、卷刃、折断等第80页/共128页第八十页，共129页。（1）高硬度）高硬度(HRC60)（2）高耐磨性）高耐磨性（3）高的）高的热稳热稳定性或定性或红红硬性硬性热稳热稳定性：定性：钢钢在使用在使用变热过变热过程中保持其原金相程中保持其原金相组织组织与与性能的能力性能的能力(nngl)

34、。红红硬性：硬性：钢钢在高温条件下保持足在高温条件下保持足够够高硬度的能力高硬度的能力(nngl)。可用多次高温回火后在室温条件下。可用多次高温回火后在室温条件下测测得的硬度得的硬度表示。表示。(4)一定的一定的韧韧性：抗拉性：抗拉压压弯扭，抗冲弯扭，抗冲击击刃具刃具(rnj)钢共钢共性要求性要求不同刃具的性能要求不同刃具的性能要求(yoqi)有一定差异有一定差异基体组织：高碳马氏体基体组织：高碳马氏体 (二二)性能要求性能要求第81页/共128页第八十一页，共129页。刃具钢按成分分为刃具钢按成分分为碳素刃具钢、低合金碳素刃具钢、低合金(hjn)刃具钢刃具钢高合金高合金(hjn)刃具钢刃具钢

35、高速钢高速钢1碳素工具钢碳素工具钢(1)成分特点：高碳（成分特点：高碳（0.65%-1.35%C）碳的作用：提高硬度与耐磨性碳的作用：提高硬度与耐磨性作用机理：作用机理：、固溶于基体、固溶于基体(jt)、形成、形成Fe3C(三三)典型典型(dinxng)刃具刃具钢钢种及成分、种及成分、组织组织、热处热处理特点理特点第82页/共128页第八十二页，共129页。(2)热处热处理及使用理及使用(shyng)态组织态组织a.预备热处预备热处理：球化退火理：球化退火目的目的、软软化化组织组织(zzh)、细细化、均匀化化、均匀化组织组织(zzh)b.最最终终(zuzhn)热处热处理：理：淬火低温回淬火低温

36、回火火使用使用态组织态组织细针细针状高碳回火状高碳回火马马氏体粒状氏体粒状Fe3CAR第83页/共128页第八十三页，共129页。T12钢淬火态组织钢淬火态组织T12钢铸态组织钢铸态组织T12钢球化退火组织钢球化退火组织(3)典型典型(dinxng)钢钢种种(见书见书)第84页/共128页第八十四页，共129页。(4)碳素刃具碳素刃具(rnj)钢钢的的应应用用优点：优点：加工工艺简单加工工艺简单成本低成本低常温下硬度常温下硬度(yngd)足够足够第85页/共128页第八十五页，共129页。热稳定性较差：热稳定性较差：T200,HRC15mm时：水淬下仅表面淬硬时：水淬下仅表面淬硬工件工件(gn

37、gjin)尺寸受限，内应力及变形大尺寸受限，内应力及变形大应应用用：手：手动动工具或低速工具或低速(ds)运运转转的工具；的工具；尺寸尺寸较较小、小、对变对变形要求不高的工具形要求不高的工具切削切削软软金属或木工工具金属或木工工具碳素工具钢缺点碳素工具钢缺点(qudin)及应用及应用第86页/共128页第八十六页，共129页。热稳定性较差：热稳定性较差：T200,HRC15mm时：水淬下仅表面时：水淬下仅表面(biomin)淬硬淬硬工件尺寸受限，内应力及变形大工件尺寸受限，内应力及变形大应应用用：手：手动动工具工具(gngj)或低速运或低速运转转的工具的工具(gngj)；尺寸尺寸较较小、小、对

38、变对变形要求不高的工具形要求不高的工具(gngj)切削切削软软金属或木工工具金属或木工工具(gngj)碳素工具钢缺点碳素工具钢缺点(qudin)及应及应用用第87页/共128页第八十七页，共129页。2 低合金刃具(rnj)钢(1)成分成分(chngfn)特点：高碳（特点：高碳（0.75%-1.45%C）+Cr、MnSi、W、V等等元素元素第88页/共128页第八十八页，共129页。(3)热处热处理及使用理及使用态组织态组织预备热处预备热处理、最理、最终热处终热处理及使用理及使用态组态组织织与碳素刃具与碳素刃具(rnj)钢钢相同。相同。(2)典型典型(dinxng)钢钢种种9SiCr、9Mn2

39、V、CrWMn等等第89页/共128页第八十九页，共129页。第90页/共128页第九十页，共129页。第91页/共128页第九十一页，共129页。以以9SiCr为为例例,回火回火稳稳定性提高定性提高(tgo)：300，HRC60淬透性提高淬透性提高(tgo)：油淬：油淬直径可达直径可达2540mm应应用：形状复用：形状复杂杂、要求、要求变变形形(binxng)小、切小、切削速度中等、加工精度削速度中等、加工精度较较高的板牙、高的板牙、丝锥丝锥、铰铰刀等刀等(4)性能性能(xngnng)及用途及用途第92页/共128页第九十二页，共129页。第93页/共128页第九十三页，共129页。3高速钢

40、高速钢用作高速切削用作高速切削(qixio)的车刀、铣刀、高速钻的车刀、铣刀、高速钻头等头等(1)化学成分特点：化学成分特点：a.高碳：高碳：0.7%1.65%C；b.Me15%,添加大量添加大量(dling)碳化物形成元素碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等等Cr:淬透性；回火后形成淬透性；回火后形成细细小碳化物小碳化物W、Mo：高的：高的红红硬性；二次硬化硬性；二次硬化V：红红硬性；硬性；细细化晶粒化晶粒第94页/共128页第九十四页，共129页。(3)热处热处理特点：理特点：莱氏体莱氏体钢钢粗大的共晶粗大的共晶(njn)碳化碳化物物a.反复反复锻锻造；造；打碎粗大的打碎粗大的鱼鱼骨状共晶骨

41、状共晶(njn)碳化物碳化物W18Cr4V；Mo8Cr4V2;W6Mo5Cr4V2 (2)典型典型(dinxng)钢钢种种第95页/共128页第九十五页，共129页。第96页/共128页第九十六页，共129页。b.分分级预热级预热（600、800）；）；c.高温淬火（高温淬火（12501300）；）；d.分分级级淬火（淬火（600、400）；）；e.多次回火（多次回火（550，三次以上），三次以上）目的：目的：产产生二次硬化生二次硬化(ynghu)；消除残余奥氏体消除残余奥氏体淬淬火：火：2030AR一次回火：一次回火：15AR二次回火：二次回火：57AR三次回火：三次回火：12AR。第97页

42、/共128页第九十七页，共129页。第98页/共128页第九十八页，共129页。第99页/共128页第九十九页，共129页。淬火组织：淬火组织：隐晶马氏体隐晶马氏体+粒状碳化物粒状碳化物+2030AR回火组织：极细回火马氏体回火组织：极细回火马氏体+大量粒状碳化物大量粒状碳化物+少量少量(sholing)（12%）AR性能：性能：HRC6365600：HRC60；(4)高速高速钢组织钢组织(zzh)第100页/共128页第一百页，共129页。铸态组织铸态组织锻造态组织锻造态组织淬回火态组织淬回火态组织第101页/共128页第一百零一页，共129页。(1)合金化：合金化：加加Co：W6Mo5Cr

43、4V2Co12加加Al：W6Mo5Cr4V2Al硬度可达硬度可达HRC6870(2)粉末冶金粉末冶金(fnmyjn)法：消除莱氏体共法：消除莱氏体共晶晶组织组织(3)表面表面处处理工理工艺艺：蒸汽：蒸汽处处理等理等(4)低碳高速低碳高速钢钢：0.2%C含含Co超硬高速超硬高速钢钢成分成分渗碳渗碳处处理理高速钢的发展高速钢的发展(fzhn)第102页/共128页第一百零二页，共129页。第103页/共128页第一百零三页，共129页。二、模具钢二、模具钢包括：包括：热热作模具作模具钢钢、冷作模具冷作模具钢钢、量具量具钢钢。（一）冷作模具（一）冷作模具钢钢1用途：用来制作使金属冷用途：用来制作使金

44、属冷变变形形(binxng)的模具，如冷冲、冷的模具，如冷冲、冷镦镦、冷、冷挤压挤压、冲裁拉、冲裁拉丝丝等模具。等模具。2工作状况：工作状况：变变形形(binxng)抗力大；冲抗力大；冲击击较较大；工作温度低于大；工作温度低于2003003性能要求：高硬度和耐磨性，一定性能要求：高硬度和耐磨性，一定韧韧性。性。第104页/共128页第一百零四页，共129页。4常用常用(chnyn)冷作模冷作模具具钢钢（1）中小型模具）中小型模具高碳、低合金高碳、低合金如如T12、Mn2V、Cr2、CrWMn等。等。尺寸小、形状尺寸小、形状(xngzhun)简单、负荷小简单、负荷小模具可用低合金刃具钢代替；模具

45、可用低合金刃具钢代替；第105页/共128页第一百零五页，共129页。（2）大型）大型(dxng)模具模具主要主要(zhyo)包括高淬透性、高耐磨的高碳高包括高淬透性、高耐磨的高碳高铬铬钢钢、高碳中、高碳中铬钢铬钢、低、低C高速高速钢钢或基体或基体钢钢。如：如：Cr12,Cr12MoV高碳高高碳高铬钢铬钢Cr6WV,Cr4W2MoV,Cr5Mo1V高碳中高碳中铬钢铬钢6W6Mo5Cr4V2;Cr4W3Mo2VNb低低C高速高速钢钢50Cr4Mo3W2V,0Cr4Mo3Ni2WV基体基体钢钢第106页/共128页第一百零六页，共129页。高铬模具钢高铬模具钢Cr12及及Cr12MoV属于高属于高

46、C亚亚共晶莱氏体共晶莱氏体钢钢，含含Cr7C3型化合物（型化合物（HV2100）具有高淬透性。具有高淬透性。可用两种可用两种热处热处理工理工艺艺(gngy)：1）低温淬火和低温回火）低温淬火和低温回火,M+Ar(少少)HRC61-63；2）高温淬火与高温回火，）高温淬火与高温回火，M+Ar(多多)多次回火，提高硬度。多次回火，提高硬度。第107页/共128页第一百零七页，共129页。（3）新型新型(xnxng)冷作模具冷作模具钢钢材材质质上：高上：高韧韧性、高耐磨性模具性、高耐磨性模具钢钢如：如：8Cr8Mo2VSi、Cr8Mo2V2WSi等等加工工加工工艺艺上：粉末冶金上：粉末冶金(fnmy

47、jn)冷作模具冷作模具钢钢用水用水雾雾化法将化法将钢钢水水雾雾化成化成细细小小钢钢粉末，通粉末，通过过快速凝快速凝固，每固，每颗颗粉末中的高合金莱氏体得到粉末中的高合金莱氏体得到细细化，化，显显著改善著改善烧结烧结后后钢钢的的韧韧性。可以生性。可以生产产用用传统传统冶金方法冶金方法难难以生以生产产的高碳高合金冷作模具的高碳高合金冷作模具钢钢。使。使钢钢中含有更多的硬中含有更多的硬质质碳碳化物化物VC，具有更高的耐磨性。，具有更高的耐磨性。第108页/共128页第一百零八页，共129页。（二）热作模具（二）热作模具(mj) 金属的金属的热热成型有两种途径：成型有两种途径： 锤锻锤锻、挤压压铸挤压

48、压铸 热热作模具作模具钢钢的特殊要求：的特殊要求： 工作温度可达工作温度可达600； 韧韧性、性、热稳热稳定性要求高定性要求高 具体具体(jt)： 高温硬度、高温高温硬度、高温强强度、度、 高抗高抗热热塑性塑性变变形能力、高形能力、高韧韧性、性、 高抗高抗热热疲疲劳劳、良好的抗、良好的抗热烧蚀热烧蚀性。性。第109页/共128页第一百零九页，共129页。1锤锻锤锻模模(dunm)钢钢n中碳中碳：13%1/82/83/8n/8腐腐蚀蚀速速度度3不不锈钢锈钢的合金化原理的合金化原理(yunl)第115页/共128页第一百一十五页，共129页。第116页/共128页第一百一十六页，共129页。（2）

49、添加）添加(tinji)形成单相固溶体元素形成单相固溶体元素Ni、Mn、Cu单相奥氏体单相奥氏体Cr12.7%单相铁素体单相铁素体（3）可形成致密氧化元素）可形成致密氧化元素(yuns)要求：结构致密、不溶于腐介、高电阻要求：结构致密、不溶于腐介、高电阻CrCr2O3;AlAl2O3;SiSiO2；MoO3;第117页/共128页第一百一十七页，共129页。不锈钢中不可不锈钢中不可(bk)缺的元素：缺的元素：Cr13%Cr的作用：的作用：提高基体提高基体电电极极电电位位形成致密氧化膜；形成致密氧化膜；一定条件一定条件(tiojin)下形成下形成单单相相铁铁素体素体不锈钢中不锈钢中Cr的作用的作

50、用(zuyng)第118页/共128页第一百一十八页，共129页。碳对钢耐腐蚀性的影响碳对钢耐腐蚀性的影响(yngxing)固溶固溶态态C则则影响小影响小总总体不利体不利(bl)：形成碳化物，增加微形成碳化物，增加微电电池数；池数；形成形成Cr的碳化物，降低的碳化物，降低Cr%，降低基体，降低基体电电极极电电位；位；造成晶造成晶间间腐腐蚀蚀故不故不锈钢锈钢中通常中通常(tngchng)C%13%n添加添加Ni：n/8规规律提高基体律提高基体电电极极电电位；位；n形成形成单单相相(dnxin)奥氏体奥氏体n加加Mo、Cu抗非氧化性酸抗非氧化性酸nTi、Nb抗晶抗晶间间腐腐蚀蚀nMn、N替代替代Ni第120页/共128页第一百二十页，共129页。4典型典型(dinxng)不不锈钢锈钢按正火按正火态组织态组织分分为为：M、F、A（1）Cr13型：型：0.1%0.4%C；1318Cr马马氏体型氏体型(较较高碳；高碳；较较低低Cr)典型典型(dinxng)钢钢种：种：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18等等第121页/共128页第一百二十一页，共129页。Cr17型：型：C15%铁铁素体型素体型(低碳高低碳高铬铬)典型典型(dinxng)钢钢种：种：1Cr17、1Cr17Mo2Ti18-8型：型：C13%。谢谢大家观赏第一百二十九页，共129页。