1、工程材料學工程材料學第七章第七章 合金鋼合金鋼( Alloyed Steel )合金鋼的基礎知識合金鋼的基礎知識合金結構鋼合金結構鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼 第一節第一節 合金鋼的基礎知識合金鋼的基礎知識一一. .合金元素對鋼的組織和性能的影響合金元素對鋼的組織和性能的影響 合金元素與鐵和碳的作用。合金元素與鐵和碳的作用。 合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響。相圖的影響。 合金元素對鋼的熱處理的影響。合金元素對鋼的熱處理的影響。一一) )合金元素與鐵和碳的作用合金元素與鐵和碳的作用1.溶于基體中溶于基體中形成合金形成合金 F 或或合金合金 A 。2.與碳作用形成與碳作

2、用形成合金碳化物合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.單獨形成單獨形成特殊碳化物特殊碳化物 TiC、VC 。1.溶于基體中形成合金溶于基體中形成合金F或合金或合金A1.溶于基體中形成合金溶于基體中形成合金F或合金或合金A2.與碳作用形成合金碳化物與碳作用形成合金碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱強強v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。v 中強碳化物元素中強碳化物元素: : Cr、Mo、W。v 強碳化物元素強碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 碳化物形成元素在周期表中都是碳化物形成元素在周期表中都是位于位于鐵元素的左邊的過渡族金屬元素鐵元素的左邊的過渡族金

3、屬元素, ,它們都有它們都有一個未填滿的一個未填滿的d d電子亞層電子亞層, ,當當形成碳化物時形成碳化物時, ,碳原子首先將其價電子碳原子首先將其價電子填入金屬原子未填滿的填入金屬原子未填滿的d d電子亞層電子亞層, ,使使形成的碳化物具有形成的碳化物具有金屬鍵金屬鍵結合的性質結合的性質, ,金屬原子的金屬原子的d d電子亞層愈不滿電子亞層愈不滿( (周期表周期表中中, ,在鐵左邊離鐵愈遠在鐵左邊離鐵愈遠),),則其則其與碳的親與碳的親和力愈強和力愈強, ,形成碳化物的能力愈大形成碳化物的能力愈大, ,愈愈穩定穩定, ,而且不易分解。而且不易分解。3.單獨形成特殊碳化物單獨形成特殊碳化物 熔

4、點、硬度、耐磨性最高。熔點、硬度、耐磨性最高。 穩定性最高。穩定性最高。TiC、NbC、VC。二二) )合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響擴大奧氏體區擴大奧氏體區縮小奧氏體區縮小奧氏體區改變共晶點和共析點的參數改變共晶點和共析點的參數1.擴大奧氏體區的合金元素擴大奧氏體區的合金元素Mn、Ni、Co等元素。等元素。作用作用: 使使A3線溫度下降線溫度下降, A4線溫度上升。線溫度上升。 Mn 元素對奧氏體區的影響元素對奧氏體區的影響2.縮小奧氏體區的合金元素縮小奧氏體區的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。等元素。作用作用: : 使使A3線溫度上升線溫度上升, A

5、4線溫度下降。線溫度下降。 Cr 元素對奧氏體區的影響元素對奧氏體區的影響3.改變共晶點和改變共晶點和 共析點參數的元素共析點參數的元素v幾乎所有的合金元素。幾乎所有的合金元素。v作用作用: : 使使S點和點和E點的點的成分向左移成分向左移。 使使A1線線的的溫度變化溫度變化。 合金元素對合金元素對 S 點成分的影響點成分的影響合金元素對合金元素對A1線線的影響的影響三三) )合金元素對鋼的熱處理的影響合金元素對鋼的熱處理的影響加熱時對加熱時對奧氏體形成奧氏體形成的影響的影響對對過冷奧氏體轉變過冷奧氏體轉變的影響的影響對對回火轉變回火轉變的影響的影響1.合金元素對加熱時合金元素對加熱時 奧氏體

6、形成的影響奧氏體形成的影響除除Mn 元素外元素外, ,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入, ,均使奧氏體的形成速度減慢。均使奧氏體的形成速度減慢。強碳化物形成元素強碳化物形成元素能強烈的阻止奧能強烈的阻止奧 氏體晶粒長大氏體晶粒長大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。非碳化物形成元素非碳化物形成元素能輕微的阻止奧能輕微的阻止奧 氏體晶粒長大氏體晶粒長大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。2.合金元素對合金元素對 過冷奧氏體轉變的影響過冷奧氏體轉變的影響v 除除 Co 元素外元素外, 所有的合金元素均使所有的合金元素均使 鋼的鋼的 TTT 曲線向右移。曲線向右移。v 除除 Co、Al 元素外元

7、素外, 所有的合金元素所有的合金元素 都使都使馬氏體轉變溫度馬氏體轉變溫度下降。下降。v 提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性, 常用的元素有常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。3.合金元素對回火轉變的影響合金元素對回火轉變的影響回火抗力回火抗力的增加的增加 ( temper resistance )二次硬化二次硬化的產生的產生 ( secondary hardening ) 產生產生回火脆性回火脆性 ( temper brittleness ) W、Mo、V 等碳化物在等碳化物在550時時,使鋼使鋼達到最高硬度達到最高硬度, 產生產生二次硬化二次硬化。 Cr-Ni 鋼的回火脆性示

8、意圖鋼的回火脆性示意圖 防止第二類回火脆性的產生的方法防止第二類回火脆性的產生的方法:v在在500600 快速冷卻。快速冷卻。v加入合金元素加入合金元素W、Mo。二.合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用1.主加元素主加元素: 對提高鋼的性能起主要作對提高鋼的性能起主要作 用。用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素輔加元素: 配合主加元素進一步提高配合主加元素進一步提高 鋼的性能鋼的性能,彌補主加元素的彌補主加元素的 不足與缺陷。不足與缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。 第二節第二節 合金結構鋼合金結構鋼 ( Alloy Constructional Steel )普通低合金鋼普通低

9、合金鋼合金滲碳鋼合金滲碳鋼 合金調質鋼合金調質鋼彈簧鋼彈簧鋼滾動軸承鋼滾動軸承鋼易切削鋼易切削鋼一一. .普通低合金鋼普通低合金鋼 ( common low alloyed steel )1.化學成分化學成分: 碳素結構鋼碳素結構鋼 + 合金元素合金元素主加合金元素主加合金元素: Mn 1.8 %以內。以內。輔加合金元素輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。一一. .普通低合金鋼普通低合金鋼2.牌號牌號: Q 345 C 質量等級質量等級345 MPa屈服強度屈服強度一一. .普通低合金鋼普通低合金鋼Q460鋼含鋼含Mo、B，正火組織，正火組織 為為B，強度高強度高，用于石化中溫，用于石化中溫 高

10、壓容器。高壓容器。壓力容器壓力容器南京長江大橋南京長江大橋 Q345鋼鋼(16Mn)綜合性能好綜合性能好， 用于船舶、橋梁、車輛等大用于船舶、橋梁、車輛等大 型鋼結構。型鋼結構。 Q390鋼含鋼含V、Ti、Nb，強度強度 高高，用于中等壓力的容器。，用于中等壓力的容器。萬噸遠洋輪萬噸遠洋輪二二.碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼( carbon case-hardened steel and alloy case-hardened steel )1.對滲碳鋼的性能要求對滲碳鋼的性能要求:2.對滲碳鋼的含碳量的要求對滲碳鋼的含碳量的要求: 低碳低碳3.滲碳鋼的熱處理特點滲碳鋼的熱處理特

11、點:滲碳滲碳 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火(180200)表硬里韌表硬里韌Wc 0.25 %Wc = 0.150.25 %合金元素合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、 Mo、Ti等。等。表層表層:M回回+Fe3C+A殘殘心部心部:F+P表層表層:M回回+Cm+A殘殘心部心部:低碳低碳M回回 +F碳素滲碳鋼碳素滲碳鋼合金滲碳鋼合金滲碳鋼化學成分化學成分熱處理后的組織熱處理后的組織4.合金滲碳鋼的牌號合金滲碳鋼的牌號20 Mn2 Ti A等級等級:高級優質高級優質含鈦量含鈦量WTi1.5 %含錳量含錳量WMn 2 %含碳量含碳量WC 20 %005.典型合金滲碳鋼種介紹典型合金滲碳鋼種介紹

12、 低淬透性合金滲碳鋼低淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量鋼含合金元素總量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油機的活塞銷、凸輪軸等。油機的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼中淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在鋼含合金元素總量在4 %左左 右。右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等載荷。用于中等載荷 的耐磨件，如變速箱齒輪。的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機凸輪軸柴油機凸輪軸活塞銷活塞銷( 20Cr )5.典型合金滲碳鋼種介紹典型合金滲碳鋼種介紹高淬透性合金滲碳鋼高淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在鋼含合金元素

13、總量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大載荷等。用于大載荷 的耐磨件，如柴油機曲軸。的耐磨件，如柴油機曲軸。 柴油機曲軸柴油機曲軸 20 CrMnTi 鋼制造齒輪的鋼制造齒輪的 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線三三.碳素調質鋼及合金調質鋼碳素調質鋼及合金調質鋼 ( carbon hardened tempered steel and alloy hardened tempered steel ) 1.對調質鋼的性能要求對調質鋼的性能要求: 既強又韌既強又韌2.對調質鋼的含碳量的要求對調質鋼的含碳量的要求:中碳中碳3.調質鋼的熱處理特點調質鋼的熱處理特點:淬火淬火

14、+ 高溫回火高溫回火( 500650 )Wc = 0.250.6 %Wc = 0.250.5 %合金元素合金元素: Cr、Mn、 Ni、B、Si、V、 W、Mo、Ti等。等。表層表層: S回回碳素調質鋼碳素調質鋼合金調質鋼合金調質鋼化學成分化學成分熱處理后的組織熱處理后的組織心部心部: P + F表層表層: S回回心部心部: S回回4.合金調質鋼的牌號合金調質鋼的牌號38 Cr Mo Al A5.典型合金調質鋼種介紹典型合金調質鋼種介紹 低淬透性調質鋼低淬透性調質鋼鋼含合金元素總量鋼含合金元素總量3 %。40Cr、40MnB等。等。 中淬透性調質鋼中淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在鋼含合金元素總

15、量在4 %左右。左右。38 CrSi、35 CrMo 等。等。圓錐齒輪圓錐齒輪柴油機凸輪軸柴油機凸輪軸常用于制造較小的齒輪、常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。軸、螺栓等零件。5.典型合金調質鋼種介紹典型合金調質鋼種介紹 高淬透性調質鋼高淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在鋼含合金元素總量在4 % 10 %。 制造大截面重載荷零件，如制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等曲軸等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。等。 40Cr鋼制造連桿螺栓的鋼制造連桿螺栓的 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線四四. .碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼

16、碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼 ( carbon spring steel and alloy spring steel ) 1.對彈簧鋼的性能要求對彈簧鋼的性能要求:高的高的e、高的、高的s/ b、高的、高的-1、良好、良好的韌性。的韌性。2.對彈簧鋼含碳量的要求對彈簧鋼含碳量的要求: 中、高碳。中、高碳。3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點熱成型彈簧鋼的熱處理特點:淬火淬火 + 中溫回火中溫回火( 450550 )碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼合金彈簧鋼合金彈簧鋼化學成分化學成分熱處理后的組織熱處理后的組織Wc = 0.60.9 %Wc = 0.50.7 %合金元素合金元素: Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。等。

17、T回回制造尺寸小于制造尺寸小于815mm的的小型彈簧。小型彈簧。T回回制造尺寸在制造尺寸在2025mm左右的彈簧。左右的彈簧。4.合金彈簧鋼的牌號合金彈簧鋼的牌號6565 Mn60 Si 2 Mn50 Cr V A50 Cr Mn A55 Si Mn Mo V Nb5.冷成形彈簧生產工藝特點冷成形彈簧生產工藝特點 用于生產尺寸小于用于生產尺寸小于815mm的小型的小型彈簧彈簧,常用彈簧鋼絲常用彈簧鋼絲(片片)冷繞成形冷繞成形,其制造方其制造方法有法有:v T組織冷成型組織冷成型+200300去應力去應力 退火。退火。60、75、85、65 Mn。v T回組織冷成型回組織冷成型+去應力退火。去應

18、力退火。v 退火組織冷成型退火組織冷成型+淬火淬火+中溫回火。中溫回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。汽車板簧汽車板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧熱卷大彈簧彈簧絲彈簧絲五五.滾動軸承鋼滾動軸承鋼 ( bearing steel )1.性能要求性能要求:v高的硬度強度和耐磨性高的硬度強度和耐磨性;v高的接觸疲勞強度高的接觸疲勞強度;v足夠的韌性和耐蝕性足夠的韌性和耐蝕性;v高的純凈度高的純凈度;滾珠軸承滾珠軸承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承五五.滾動軸承鋼滾動軸承鋼 ( bearing steel )2.化學成分特點化學成分特點:高碳高碳, Wc = 0.91.1%。

19、主加主加Cr, 0.41.65 % 輔加輔加Si、Mn。優質鋼材優質鋼材。五五.滾動軸承鋼滾動軸承鋼 ( bearing steel )3.熱處理特點熱處理特點:球化退火球化退火+ 淬火淬火+ 低溫回火低溫回火極細回火馬氏體極細回火馬氏體+ +細粒狀碳化物細粒狀碳化物+ +少量殘余奧氏體少量殘余奧氏體4.滾動軸承鋼的牌號滾動軸承鋼的牌號G Cr9 Si Mn 含含Mn量量WMn1.5 % 含含Si量量WSi1.5 % 含含Cr量量WCr 0.9 % 滾動軸承鋼滾動軸承鋼5.鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造鍛造 球化退火球化退火 機加工機加工 淬火淬火 + 冷處理冷處理

20、( 60 80;1h ) 低溫回火低溫回火 磨削加工磨削加工 穩定穩定化處理化處理 ( 120 130；5 10h ) 六六.易切削鋼易切削鋼( fee cutting steel )2.性能要求性能要求: 降低切削力和切削熱降低切削力和切削熱,減少減少刀具磨損刀具磨損,延長刀具壽命延長刀具壽命,改改排屑性能排屑性能,提高切削速度。提高切削速度。3.化學成分特點化學成分特點:1.用途用途:適用于高速切削和在自動加工機適用于高速切削和在自動加工機床上加工的材料。床上加工的材料。S:Ws = 0.080.3%Pb:WPb=0.150.25%Ca:微量微量4.易切削鋼的牌號易切削鋼的牌號Y 40 M

21、n 含錳量含錳量WMn 1.5 % 含碳量含碳量WC 0.4 % 易切削鋼易切削鋼5.易切削鋼的熱處理工藝特點易切削鋼的熱處理工藝特點 低碳易切削鋼低碳易切削鋼 ( Y12、Y15、Y20 ) 滲碳滲碳或或淬火淬火成成低碳馬氏體低碳馬氏體。 中碳易切削鋼中碳易切削鋼 ( Y40 ) 調質調質及及表面淬火表面淬火。 第三節第三節 合金工具鋼合金工具鋼 ( Alloy tool steel )合金刃具鋼合金刃具鋼 ( alloy cutting steel )合金模具鋼合金模具鋼 ( alloy die steel )合金量具鋼合金量具鋼( alloy measuring steel )量量 具具

22、刃刃 具具模模 具具一一.碳素刃具鋼碳素刃具鋼 ( carbon cutting steel )1.性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性,有一有一定的強度和韌性。定的強度和韌性。2.化學成分特點化學成分特點:高碳。高碳。3.熱處理特點熱處理特點:淬火淬火 + 低溫回火低溫回火4.組織組織: M回回 + Fe3C + A殘殘5.用途用途:用于低速、低溫用于低速、低溫(200）、）、 低沖擊、硬度在低沖擊、硬度在HRC62左右的左右的 刃具。刃具。一一.碳素刃具鋼碳素刃具鋼 ( carbon cutting steel )銼銼 刀刀手手 錘錘二.合金刃具鋼合金刃具鋼( alloy c

23、utting steel )種類種類 : 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 ; 高速鋼。高速鋼。牌號牌號 :合金元素及含量合金元素及含量千分之幾的含碳量千分之幾的含碳量 9 Si Cr W18 Cr4 V1.低合金刃具鋼低合金刃具鋼1.性能要求性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一高硬度、高耐磨性、有一定的紅硬性、強度和韌性定的紅硬性、強度和韌性,工作溫度不超過工作溫度不超過300。2.化學成分特點化學成分特點: *高碳高碳*加入加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。等合金元素。3.熱處理特點熱處理特點:球化退火球化退火 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火 9 SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線鋼板牙熱處理

24、工藝曲線板牙板牙2.高速鋼高速鋼 ( high speed steel )(1) 性能要求性能要求:高硬度、高耐磨性、高的紅高硬度、高耐磨性、高的紅硬性硬性(600時時,HRC63以上以上) 、有一定的強度和韌性。有一定的強度和韌性。高速鋼高速鋼 - 鋒鋼、風鋼鋒鋼、風鋼 ; 18 4 1 鋼鋼車刀車刀銑刀銑刀鉆頭鉆頭(2) 化學成分特點化學成分特點:v高碳高碳 0.71.5%:v鎢鎢 18%:v鉬鉬 5%:v鉻鉻 4%:v釩釩1.5%: 保證高硬度保證高硬度退火狀態下形成退火狀態下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火時左右回火時, 彌散析彌散析出出W2C, 造成二次硬化造成二次硬化,

25、提高提高鋼的紅硬性鋼的紅硬性。1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W。形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高鋼的提高鋼的淬透性淬透性。形成形成VC, 硬度極高硬度極高, 提高鋼的提高鋼的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, 產生二次硬化。產生二次硬化。(3) W18Cr4V鋼的生產工藝及鋼的生產工藝及 熱處理特點熱處理特點鑄造鑄造 鍛造鍛造 球化退火球化退火 機加工機加工 淬火淬火+三次三次570回火回火 磨削加工磨削加工 鑄造鑄造:高速鋼屬于高速鋼屬于萊氏體鋼萊氏體鋼,鑄態組織鑄態組織 中含有中含有大量呈魚骨狀分布的粗大量呈魚骨狀分布的粗 大共晶碳化物大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大鋼的韌性大 幅下降。

26、幅下降。 W18Cr4V鋼的鑄態組織鋼的鑄態組織W18Cr4V鑄造組織 130 W18Cr4V鋼的鑄態組織鋼的鑄態組織W18Cr4V鑄態組織 420 鍛造鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依只能依 靠反復多次鍛打來擊碎。靠反復多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織 210 球化退火球化退火:消除應力消除應力,調整組織調整組織,便于機加工便于機加工, 為淬火作好組織準備。為淬火作好組織準備。球化退火后的組織球化退火后的組織 : S + 粒狀粒狀 Cm W18Cr4V球化退火組織 420 W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖鋼的熱處理過程示意圖淬火淬火 : 12

27、80; 淬火后的組織淬火后的組織:M+Cm+A殘殘(2025%) W18Cr4V鋼淬火組織鋼淬火組織 W18Cr4V淬火組織 300 三次三次570回火回火在在570回火時回火時 , 產生產生二次硬化。二次硬化。三次三次570回火回火*淬火后淬火后A殘殘約約2025 %。*第一次回火后第一次回火后A殘殘約剩約剩1518 %。*第二次回火后第二次回火后A殘殘約剩約剩35 %。*第三次回火后第三次回火后A殘殘約剩約剩12 %。回火后的組織回火后的組織: M回回 + Cm + A殘殘 ( 1 2 % )組織硬度組織硬度為為HRC65以上。以上。 W18Cr4V淬火淬火+ 一次回火組織一次回火組織W1

28、8Cr4V淬火+一次回火組織 105 W18Cr4V淬火淬火+ 三次回火組織三次回火組織W18Cr4V淬火+ 三次回火組織 420 三三.合金模具鋼合金模具鋼( alloy die steel )v熱作模鋼熱作模鋼:工作溫度為工作溫度為600以上。以上。v冷作模鋼冷作模鋼:工作溫度為工作溫度為200300。一一) 熱作模鋼熱作模鋼 ( hot die steel )1.性能要求性能要求:高的熱硬性、高溫耐磨性高的熱硬性、高溫耐磨性;高的抗氧化能力高的抗氧化能力;高的熱強性和足夠高的韌性高的熱強性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力高的熱疲勞抗力( 防止龜裂防止龜裂 );高的淬透性和導熱性高的淬透性和

29、導熱性; 2.化學成分特點化學成分特點: 中碳中碳 0.30.6 %;合金元素合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。曲軸模具曲軸模具3.熱處理特點熱處理特點: *熱鍛模鋼熱鍛模鋼: 5 CrMnMo 熱處理工藝熱處理工藝: 淬火淬火 + 550回火回火 熱處理后的組織熱處理后的組織: S回回或或T回回 溫度時間500820850預冷預冷油冷油冷530550回火回火3.熱處理特點熱處理特點: *熱壓模鋼熱壓模鋼: 3 Cr2W8V 熱處理工藝熱處理工藝: 淬火淬火 + 600三次回火三次回火 熱處理后的組織熱處理后的組織: M回回 + Cm粒狀粒狀二二) 冷作模鋼冷作模鋼 ( col

30、d die steel )1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足夠高的韌性與疲勞抗力足夠高的韌性與疲勞抗力;熱處理變形小熱處理變形小;2.化學成分特點化學成分特點:高碳高碳 12 %;合金元素合金元素:Cr, Mo、W、V。汽車沖壓模具汽車沖壓模具3.熱處理特點熱處理特點: *一次硬化法一次硬化法: 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法二次硬化法: 淬火淬火 + 三次回火三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 )熱處理后的組織熱處理后的組織: M回回 + Cm + A殘殘牌號牌號: Cr1

31、2、Cr12MoV四四.合金量具鋼合金量具鋼 ( alloy measuring steel )1.性能要求性能要求: 高的硬度高的硬度, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;高的尺寸穩定性高的尺寸穩定性;足夠高的心部韌性足夠高的心部韌性;熱處理變形小熱處理變形小; 尺寸穩定尺寸穩定;良好的耐蝕性良好的耐蝕性;卡卡 尺尺量量 規規千分尺千分尺3.熱處理特點熱處理特點:4.熱處理后的組織熱處理后的組織: M回回 + Cm淬火淬火 冷處理冷處理 ( - 70 - 80 ) 低溫回火低溫回火 時效處理時效處理 ( 120130,幾十小時幾十小時 ) 5.牌號牌號: CrWMn、4Cr13、GCr15、

32、 9SiCr、T12A、60等。等。2.化學成分特點化學成分特點:高碳高碳 0.91.5 %;合金元素合金元素:Cr, Mn、W。 CrWMn鋼制造塊規退火后的鋼制造塊規退火后的 熱處理工藝熱處理工藝650820840油冷油冷3h-70-80 冷處理冷處理1401603h11012036h時效處理時效處理精磨精磨3h研磨研磨溫度時間 第四節第四節 特殊性能鋼特殊性能鋼 ( special performance steel )不銹鋼不銹鋼 ( stainless steel )耐熱鋼耐熱鋼 ( heat resistant steel )耐磨鋼耐磨鋼 ( wear resistant stee

33、l ) 一一.不銹鋼不銹鋼 ( stainless steel )1.定義定義: 在腐蝕介質中具有很高的抗腐在腐蝕介質中具有很高的抗腐 蝕能力的鋼。蝕能力的鋼。2.概念概念:*在在空氣空氣中的年腐蝕量為中的年腐蝕量為0.01mm 以內的鋼以內的鋼, 稱為在空氣中使用的稱為在空氣中使用的 不銹鋼。不銹鋼。 *在在強酸、強堿強酸、強堿介質中的年腐蝕介質中的年腐蝕 量為量為0.1mm以內的鋼以內的鋼,稱為在強稱為在強 酸、強堿介質中使用的不銹鋼。酸、強堿介質中使用的不銹鋼。3.金屬腐蝕的機理金屬腐蝕的機理金屬腐蝕的種類金屬腐蝕的種類:1)化學腐蝕化學腐蝕: 金屬與介質金屬與介質 ( 干燥氣體和干燥氣

34、體和 非電解質溶液非電解質溶液 ) 發生化學發生化學 反應而產生的腐蝕。反應而產生的腐蝕。 例如例如:高溫氧化、脫碳等。高溫氧化、脫碳等。2)電化學腐蝕電化學腐蝕:金屬與介質金屬與介質 ( 電解質溶電解質溶 液液,即酸、堿、鹽溶液即酸、堿、鹽溶液 ) 發生電化學反應而產生發生電化學反應而產生 的腐蝕。的腐蝕。 電化學腐蝕過程示意圖電化學腐蝕過程示意圖 珠光體電化學腐蝕示意圖珠光體電化學腐蝕示意圖4.金屬的防腐措施金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護覆蓋層保護: 涂漆、電鍍、發藍、磷涂漆、電鍍、發藍、磷 化等工藝。化等工藝。2)形成氧化層形成氧化層: 加入合金元素加入合金元素Cr、Al、 Si 等等,

35、形成形成Cr2O3、SiO2、 Al2O3等氧化膜。等氧化膜。 3)提高金屬的電極電位提高金屬的電極電位: 加入合金元素加入合金元素 Cr、Ni、Si等等,提高金屬提高金屬 基體的電極電位。基體的電極電位。4)使鋼在室溫下呈單相組織使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素加入合金元素 Mn、Ni、Co等能擴大等能擴大 區區,可在室溫獲得可在室溫獲得奧氏體鋼奧氏體鋼。加入合金元素加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能擴大等能擴大區區,可在室溫獲得可在室溫獲得鐵素體鐵素體 鋼。鋼。5)減少與消除鋼中的各種不均勻現象減少與消除鋼中的各種不均勻現象: 偏析、應力、組織等。偏析、應力、組織等。

36、6)犧牲陽極保護陰極犧牲陽極保護陰極 : 鑲嵌一些比金屬鑲嵌一些比金屬 或合金基體電極電位更低的金屬塊。或合金基體電極電位更低的金屬塊。5.化學成分特點化學成分特點: * 低碳低碳:耐蝕性要求愈高耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。碳含量愈低。 * 合金元素合金元素:主加主加Cr。 輔加輔加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。等。6.常用的不銹鋼常用的不銹鋼: *馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼 *鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼 *奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼1)馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼 - Cr13型鋼型鋼 Martensitic stainless steel 化學成分特點化學成分特點: Wc

37、 = 0.1 0.4 % WCr = 13 %熱處理特點熱處理特點:正火正火后的組體是后的組體是馬氏體馬氏體。牌號牌號: 1Cr134Cr13用途用途: 醫療器械醫療器械醫用鑷子醫用鑷子 1Cr13金相組織圖金相組織圖1Cr13供貨狀態組織 ( 化染 ) 580 2)鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼 ( Ferritic stainless steel )化學成分特點化學成分特點: Wc = 0.1 %左右左右 WCr = 17 %熱處理特點熱處理特點: 不能進行熱處理強化不能進行熱處理強化。牌號牌號: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。等。用途用途:化工設備中要求耐蝕性高、塑化工設備中要

38、求耐蝕性高、塑 性好、強度低的容器、管道等。性好、強度低的容器、管道等。鐵素體型不銹鋼的用途鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產裝置硝酸生產裝置合成氨生產裝置合成氨生產裝置3)奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼-18 8型鋼型鋼 ( Austenitic stainless steel )化學成分特點化學成分特點: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。等。加工特點加工特點:不能進行熱處理強化不能進行熱處理強化,只能只能 冷塑性變形強化。冷塑性變形強化。熱處理特點熱處理特點:固溶處理固溶處理;穩定化處理穩定化處理; 消除應力退火。消除應力退火

39、。牌號牌號: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途用途: 化工容器、管道等。化工容器、管道等。大型化工儲罐大型化工儲罐(304)(304)管板換熱器管板換熱器 ( 304 ) 1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖固溶處理組織金相圖1Cr18Ni9Ti固溶處理組織 580 二二.耐熱鋼耐熱鋼 ( heat-resisting steel )1.定義定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫在高溫下具有抗氧化性和高溫 強度的特殊鋼。強度的特殊鋼。2.性能要求性能要求抗氧化性抗氧化性 ( 熱穩定性熱穩定性 )高溫強度高溫強度( 熱強性熱強性 )蠕變強度蠕變強

40、度持久強度持久強度3.提高鋼的耐熱性的途徑提高鋼的耐熱性的途徑: 加入合金元素加入合金元素Cr、Si、Al等等,在在 鋼的表面形成穩定、致密的氧化膜。鋼的表面形成穩定、致密的氧化膜。4.提高鋼的耐熱性的途徑提高鋼的耐熱性的途徑: 1)固溶強化固溶強化:加入加入W、Mo、 Nb、Ti、 V等元素強化基體等元素強化基體;提高再結晶溫度。提高再結晶溫度。 2)彌散強化彌散強化:加入加入Nb、V、Ti等元素形等元素形 成碳化物成碳化物,在晶內彌散析出在晶內彌散析出,阻礙位錯阻礙位錯 的滑移的滑移,提高塑變抗力。提高塑變抗力。3)晶界強化晶界強化:加入加入Mo、V、B、Zr 等元等元 素素,形成粗晶形成

41、粗晶,減少晶界減少晶界,使晶界強化。使晶界強化。5.鋼種及鋼種及 用途用途 抗氧化鋼抗氧化鋼 ( 不起皮鋼不起皮鋼 ) :奧氏體型鋼奧氏體型鋼1Cr18Ni9Ti等等,工作溫度工作溫度 850。熱強鋼熱強鋼珠光體型珠光體型 16Mo，工作溫度工作溫度 600。馬氏體型馬氏體型1Cr13，工作溫度工作溫度 600。奧氏體型奧氏體型18-8型，型，工作溫度工作溫度 850。耐耐 熱熱 鋼鋼 的的 用用 途途發動機葉片發動機葉片航空發動機航空發動機汽輪機葉片汽輪機葉片汽車閥門汽車閥門三三.耐磨鋼耐磨鋼( wear-resistant steel )1.定義定義:在強烈沖擊載荷作用下發生沖擊在強烈沖擊載荷作用下發生沖擊 形變硬化的高錳鋼。形變硬化的高錳鋼。球磨機球磨機挖掘機挖掘機顎式破碎機顎式破碎機三三.耐磨鋼耐磨鋼( wear-resistant