材料性能学概要课件

本章目的：本章目的：1 介绍合金钢的概念及其分类、编号的介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法；方法；2 揭示合金元素在钢中的作用，即合金揭示合金元素在钢中的作用，即合金化原理；化原理；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。第十章第十章 工业用钢工业用钢本章重点本章重点:(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，主要的热处特点，合金元素的主要作用，主要的热处理方法、应用理方法、应用;(3)各类钢的典型钢种。各类钢的典型钢种。10-1 概述概述一一 多钢种原因多钢种原因 碳钢优点：碳钢优点：价廉、实用价廉、实用；力性随碳含量显著变化。力性随碳含量显著变化。碳钢的性能缺点：碳钢的性能缺点：（1）淬透性低淬透性低；水淬，；水淬，D临临=1020mm（2）强度、屈强比较低强度、屈强比较低；20钢与钢与16Mn的的s：240、360MN/m2；40钢与钢与35CrNi3Mo的的s/b：0.43、0.74(3)回火稳定性差回火稳定性差，综合机性不高综合机性不高；碳素工具钢碳素工具钢T使使200,V切切5m/min;(4)不能满足不能满足特殊性能特殊性能要求要求 -合金钢的产生合金钢的产生 二二 钢分类及编号钢分类及编号1 钢分类钢分类（1）按化学成分：）按化学成分：碳碳 钢钢 高、中、低碳钢：高、中、低碳钢：0.25%；0.6%合金钢合金钢 高、中、低合金钢：高、中、低合金钢：5%；10%）为改善钢的性能，冶炼时在碳钢的基础为改善钢的性能，冶炼时在碳钢的基础上上 特意加入特意加入一定的合金元素所获得的钢。一定的合金元素所获得的钢。（2）按用途：）按用途：结构钢：工程构件、机器零件结构钢：工程构件、机器零件 工具钢：刃、量、模工具钢：刃、量、模 特殊性能钢：耐热、耐蚀、磁性特殊性能钢：耐热、耐蚀、磁性（3）按质量等级：）按质量等级：优质优质、高级优质、普通；高级优质、普通；实际中往往采取综合法：实际中往往采取综合法：高级优质合金工具钢高级优质合金工具钢2 钢编号钢编号 反映：成分、用途反映：成分、用途 （1）碳钢（碳素结构钢、碳素工具钢）碳钢（碳素结构钢、碳素工具钢）普通碳素结构钢普通碳素结构钢 （0.06%0.4%）力性要求力性要求 Q195、Q215、Q235-AF、Q255、Q275；Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 与旧标准的对比：与旧标准的对比：Q235A3 -为构件用钢为构件用钢:建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等 优质碳素结构钢优质碳素结构钢(0.06%0.70%)08F、10、20:塑韧性、焊接性好塑韧性、焊接性好 冷冲、焊接、渗碳件冷冲、焊接、渗碳件调质后综合机性好调质后综合机性好 调质件调质件强度高、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、45:50、60、65:碳素工具钢（碳素工具钢（0.65%1.35%）T7、T8：一定韧性一定韧性 冲头、锤子、凿子冲头、锤子、凿子T9、T10：硬度高、韧性适中；硬度高、韧性适中；钻头、手锯条、刨刀钻头、手锯条、刨刀T12(A)、T13：硬度高、韧性低硬度高、韧性低 锉、刮刀、量具锉、刮刀、量具 低速运转的工具低速运转的工具（2）合金钢合金钢 C%Me%合金结构钢：合金结构钢：1/万万 1/百百 合金工具钢：合金工具钢：1/千千 特殊性能钢：特殊性能钢：1/千千 例：例：40Cr 合金结构钢；合金结构钢；9CrSi 合金工具钢合金工具钢 CrWMo合金工具钢；合金工具钢；1Cr18Ni9 不锈钢不锈钢 特殊：特殊：GCr15 1.5%Cr 0Cr18Ni9 0.08%00Cr18Ni9 0.6%;Mn1.5%;Cr2%;Ni5%时韧性明显下降时韧性明显下降 限量使用限量使用 但过多则降低韧性但过多则降低韧性 2 形成合金碳化物形成合金碳化物根据与碳的亲和力，合金元素分为两类：根据与碳的亲和力，合金元素分为两类：非碳化物形成元素非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B碳化物形成元素碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至强以上由弱至强 弱碳化物形成元素、中强碳化物弱碳化物形成元素、中强碳化物形成元素可置换渗碳体中的铁原子形成元素可置换渗碳体中的铁原子 (Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C（1）形成合金渗碳体形成合金渗碳体意义：意义：合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点和合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点和硬度更高硬度更高 低合金钢中的主要强化相低合金钢中的主要强化相 （2）形成特殊碳化物）形成特殊碳化物 强碳化物形成元素、或较高含量的中强碳化物形成元素、或较高含量的中强碳化物形成元素（强碳化物形成元素（5%）：）：VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 形成特殊碳化物形成特殊碳化物 特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更高，特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更高，熔点与硬度也更高熔点与硬度也更高耐较高温度强化相耐较高温度强化相 高合金钢中的主要强化相高合金钢中的主要强化相 碳及合金元素在钢中存在形式及作用：碳及合金元素在钢中存在形式及作用：(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强化、固溶强化、第二相强化，提高耐磨性第二相强化，提高耐磨性小结：小结：二二 合金元素对铁碳相图的影响合金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%6.69FeT JNA1意义：意义：在室温下可能获得在室温下可能获得单相单相奥奥氏体组织或氏体组织或单相单相铁素体组织铁素体组织 奥氏体钢奥氏体钢 扩大扩大相区相区，使，使A3，A4：Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 扩大扩大相区相区，使使A3，A4：Ni、Mn、Cu、Co、C、N2 影响相图临界点（影响相图临界点（S、E)）*所有合金元素均使所有合金元素均使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 三三 对钢热处理的影响对钢热处理的影响1 对加热时相转变的影响：对加热时相转变的影响：大多数合金元素都使奥氏体的长大多数合金元素都使奥氏体的长大减慢，成分均匀化难度加大大减慢，成分均匀化难度加大 大多数合金钢比碳钢加热温度高，大多数合金钢比碳钢加热温度高，保温时间长；保温时间长；但须考虑合金元素对但须考虑合金元素对A3的影响，的影响，例含例含Mn钢钢 2 对冷却转变（对冷却转变（C曲线）的影响：曲线）的影响：实质为对实质为对C曲线的影响：曲线的影响：典型应用：典型应用：含含Mo的贝氏体钢的设计原理的贝氏体钢的设计原理非碳化物形成元素非碳化物形成元素改变位置，不改变形状改变位置，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，改变位置与形状，使使P、B转变分离转变分离(1)使使C曲线位置和形状改变：曲线位置和形状改变：(2)大部分合金元素使大部分合金元素使C曲线右移曲线右移意义：提高淬透性意义：提高淬透性 合金元素提高淬透性的顺序合金元素提高淬透性的顺序(由强至弱由强至弱)：Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V 另另 B 元素：添加元素：添加0.0005%0.0035%量量 显著提高淬透性显著提高淬透性(3)大部分合金元素大部分合金元素Ms、Mf,AR%;高碳、高合金钢的多次回火工艺，高碳、高合金钢的多次回火工艺，目的之一是减少目的之一是减少AR%。注：注：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在空含较多提高淬透性元素的钢可能在空冷条件下获马氏体冷条件下获马氏体 例如：例如：W18Cr4V 3 合金元素对回火过程的影响合金元素对回火过程的影响(1)提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 回火稳定性定义：回火稳定性定义：钢在回火过程中抵抗软化的能力钢在回火过程中抵抗软化的能力。原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗软化能力抗软化能力提高提高钢的回火稳定性钢的回火稳定性。合金碳化物稳定性高合金碳化物稳定性高意义：意义：（1）在相同温度下回火，合金钢比）在相同温度下回火，合金钢比碳钢有更高的强硬度；碳钢有更高的强硬度；（2）相同强度下合金钢比碳钢可在更）相同强度下合金钢比碳钢可在更高温度下回火，有更好韧性。高温度下回火，有更好韧性。（2）产生二次硬化）产生二次硬化二次硬化：含较多二次硬化：含较多W、Mo、V、Ti及较高及较高C%的钢回火时，硬度不是随回火温度升的钢回火时，硬度不是随回火温度升高单调下降，而是到某一温度后反而开始高单调下降，而是到某一温度后反而开始增大（增大（400），并在另一更高温度），并在另一更高温度（550）达到峰值。）达到峰值。回火温度，回火温度，HRC 200 400 600604020+5%Mo+2%Mo0.35C%原因：原因：马氏体中析出马氏体中析出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相的位错区沉淀析出，与出，与相共格相共格 共格强化共格强化与与弥散弥散强化强化 二次淬火：回火中未分解的二次淬火：回火中未分解的AR在随后在随后冷却到冷却到T0.4%时，焊接性差时，焊接性差 碳当量碳当量0.2%焊接性较好焊接性较好构件用钢只能微合金化、低合金化构件用钢只能微合金化、低合金化(2)Me(3%)微合金化或低合金化微合金化或低合金化 Mn（0.81.7%）元素作用：元素作用：固溶强化、增加珠光体量、细化珠光体固溶强化、增加珠光体量、细化珠光体 V、Ti、Nb：弥散强化、细化晶粒弥散强化、细化晶粒 Cu、P：耐蚀耐蚀4 典型钢种：典型钢种：Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 新标准新标准GB/T1591-94 旧标准旧标准GB/1591-88 16Mn、15MnV、14MnNb等等 AE：代表质量等级（由低到高），代表质量等级（由低到高），主要是主要是S、P含量的差异含量的差异新旧标准低合金结构钢牌号对照新旧标准低合金结构钢牌号对照Al0.015Al0.015Al0.015 C Mn Si P S Cr NiQ420 0.7 0.75 热处理：正火热处理：正火 使用状态：使用状态：热轧（组织：细铁素体索氏体热轧（组织：细铁素体索氏体）与相同碳含量碳钢相比，低合金高与相同碳含量碳钢相比，低合金高强度钢综合性能更佳：强度钢综合性能更佳：强度更高：强度更高：25150 塑韧性更好：塑韧性更好：1525，ak 6080%;脆性转变温度脆性转变温度(TK)更低更低；TaKTK二二 渗碳钢渗碳钢 渗碳定义：渗碳定义：在增碳的活性介质中，钢的在增碳的活性介质中，钢的表面为碳所饱和而获得高碳的渗层组织，称表面为碳所饱和而获得高碳的渗层组织，称为渗碳。为渗碳。目的：提高零件表面硬度、耐目的：提高零件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。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，用作整体受冲击或交变应力，表面受磨损的零件，这些零件要求表面硬、表面受磨损的零件，这些零件要求表面硬、心部韧，如机床、汽车、拖拉机的变速齿轮心部韧，如机床、汽车、拖拉机的变速齿轮等。等。1 成分特点：成分特点：Me：Cr、Ni、Mn、B；V、Ti、Nb淬透性，淬透性，强韧性强韧性阻碍阻碍A晶粒长大晶粒长大 低低C（0.1%0.25%）2 典型渗碳钢种典型渗碳钢种 (1)低淬透性低淬透性 20Cr、20Mn2、20MnV、20CrV 合金总量合金总量 100mm高载荷、重要耐磨件高载荷、重要耐磨件中等载荷件中等载荷件热处理前渗层组织：热处理前渗层组织：（1）热处理工艺：）热处理工艺：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 热处理及使用状态的组织：热处理及使用状态的组织：二、渗碳后缓冷的组织1C0.2C心部心部亚共析区亚共析区 共析区共析区 过共析区过共析区三三 调质钢调质钢 调质工艺：淬火调质工艺：淬火+高温回火，高温回火，1 用途：用途：汽车、拖拉机、机床等的重要零件如：汽车、拖拉机、机床等的重要零件如：轴类、连杆、齿轮、螺栓等轴类、连杆、齿轮、螺栓等 2 性能要求性能要求 受力复杂：较大的循环载荷、复合应力受力复杂：较大的循环载荷、复合应力 高强度、良好塑韧性、高的疲劳强度高强度、良好塑韧性、高的疲劳强度 要求高的综合机械性能。要求高的综合机械性能。（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不够回火后强度不够 C过高：韧性不够过高：韧性不够（2）加入提高淬透性合金元素加入提高淬透性合金元素 Cr、Ni、Mn、Si；3 成分特点成分特点：（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 4 典型钢种：典型钢种：(1)低淬透性低淬透性 40Cr、40MnB、40MnVB D水淬临界水淬临界大约大约2040mm,（2）中淬透性）中淬透性 40CrMn、40CrNi、40CrMnTi、35CrMo D水淬临界水淬临界大约大约4060mm,（3）高淬透性）高淬透性 40CrNiMo、30CrNi3 D水淬临界水淬临界60100mm,5 热处理工艺：热处理工艺：淬火淬火+高温回火高温回火 使用态组织：回火索氏体使用态组织：回火索氏体 四四 弹簧钢弹簧钢 1 用途：用途：制作各种弹性元件制作各种弹性元件以产生较大弹以产生较大弹性变形，起缓和冲击、吸收振动等作用。性变形，起缓和冲击、吸收振动等作用。2 性能要求：性能要求：高的弹性极限，屈强比、疲劳强度高的弹性极限，屈强比、疲劳强度3 成分特点成分特点 (1)中高碳中高碳:合金弹簧钢合金弹簧钢:0.4%0.7%C;碳素弹簧钢：碳素弹簧钢：0.60.9%C (2)Me：Mn、Cr、Si：淬透性，固溶强化淬透性，固溶强化 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%4 典型钢种：典型钢种：65、60Si2Mn、60Si2MnWA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:0.71.060Si2MnWA0.610.691.502.000.701.00W:0.81.2 5 成型与热处理工艺：成型与热处理工艺：（1）冷成型弹簧）冷成型弹簧 小型小型(d1015mm)热轧钢丝或钢板热轧钢丝或钢板 淬火淬火+中温回火中温回火 弹簧钢使用态组织：弹簧钢使用态组织：回火屈氏体或屈氏体回火屈氏体或屈氏体c.铅浴淬火冷拉钢丝铅浴淬火冷拉钢丝 铅浴等温淬火获屈氏体铅浴等温淬火获屈氏体冷拔、成卷冷拔、成卷 1600MPa，强度高但不均匀强度高但不均匀五五 滚动轴承钢滚动轴承钢 1 用途：用途：滚动轴承的滚动体滚动轴承的滚动体、内外套圈等。内外套圈等。2 性能要求：性能要求：点、线接触点、线接触 高的压应力：高的压应力：15005000MPa 交变应力交变应力 高的接触疲劳高的接触疲劳 摩擦摩擦 高硬度与耐磨性：高硬度与耐磨性：HRC6264 大气、润滑油介质大气、润滑油介质 耐蚀性耐蚀性3 成分特点：成分特点：(1)高碳高碳:0.951.15%C (2)低铬低铬(0.41.65%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)高的冶金质量：高的冶金质量：*夹杂物与碳化物的控制夹杂物与碳化物的控制4 典型钢种典型钢种 5 热处理及使用态组织：热处理及使用态组织：热处理工艺：球化退火热处理工艺：球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火使用态组织：高碳回火马氏体使用态组织：高碳回火马氏体+弥散细小碳化物弥散细小碳化物可用作工具钢可用作工具钢10-4 工具钢工具钢工具钢分类：工具钢分类：刃具钢、模具钢、量具钢。刃具钢、模具钢、量具钢。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、力：弯曲、扭转、剪切、冲击、震动、擦震动、擦 失效形式：磨损、崩刃、卷刃、折断等失效形式：磨损、崩刃、卷刃、折断等(二二)性能要求：性能要求：（1）高硬度）高硬度(HRC60)（2）高耐磨性）高耐磨性 （3）高的热稳定性或红硬性）高的热稳定性或红硬性 热稳定性：钢在使用变热过程中保持热稳定性：钢在使用变热过程中保持其原金相组织与性能的能力。其原金相组织与性能的能力。红硬性：钢在高温条件下保持足够高红硬性：钢在高温条件下保持足够高硬度的能力。可用多次高温回火后在室温条硬度的能力。可用多次高温回火后在室温条件下测得的硬度表示。件下测得的硬度表示。(4)一定的韧性：抗拉压弯扭，抗冲击一定的韧性：抗拉压弯扭，抗冲击 刃具钢共性要求刃具钢共性要求不同刃具的性能要求有一定差异不同刃具的性能要求有一定差异基体组织：高碳马氏体基体组织：高碳马氏体(三三)典型刃具钢种及成分、组织、热处理特点典型刃具钢种及成分、组织、热处理特点 刃具钢按成分分为：刃具钢按成分分为：碳素刃具钢、低合金刃具钢、碳素刃具钢、低合金刃具钢、高合金刃具钢高合金刃具钢 高速钢高速钢1 碳素工具钢碳素工具钢 (1)成分特点：成分特点：高碳（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；、形成、形成Fe3C(2)热处理及使用态组织：热处理及使用态组织：a.预备热处理：球化退火预备热处理：球化退火 目的：目的：、软化组织；、软化组织；、细化、均匀化组织、细化、均匀化组织 b.最终热处理：最终热处理：淬火低温回火淬火低温回火 使用态组织：使用态组织：细针状高碳回火马氏体细针状高碳回火马氏体 粒状粒状Fe3CART12钢淬火态组织T12钢铸态组织T12钢球化退火组织(3)典型钢种典型钢种 T7、T8：T9、T10：T12、T13：一定韧性的一定韧性的 冲头、锤子、凿子冲头、锤子、凿子硬度高、韧性适中的钻头、手硬度高、韧性适中的钻头、手锯条、刨刀锯条、刨刀硬度高、韧性低的锉、刮刀等硬度高、韧性低的锉、刮刀等(4)碳素刃具钢的应用碳素刃具钢的应用优点：优点：加工工艺简单；加工工艺简单；成本低；成本低；常温下硬度足够。常温下硬度足够。缺点：缺点：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 应用应用：手动工具手动工具或或低速运转的工具低速运转的工具；尺寸较小、对变形要求不高的工具尺寸较小、对变形要求不高的工具 切削软金属或木工工具切削软金属或木工工具2 低合金刃具钢低合金刃具钢(1)化学成分特点化学成分特点 a.高碳：高碳：0.9%1.5%C;进一步提高硬度与耐磨性进一步提高硬度与耐磨性 b.加入加入淬透性元素淬透性元素:Cr、Mn、Si；c.加入加入硬度与耐磨性元素硬度与耐磨性元素:W、V d.加入加入回火稳定性元素：回火稳定性元素：Si 注意：合金元素的综合作用注意：合金元素的综合作用 合金总量合金总量15%,添加大量碳化物形成元素添加大量碳化物形成元素 W、Mo、Cr、V等等 Cr:淬透性；回火后形成细小碳化物淬透性；回火后形成细小碳化物 W、Mo：高的红硬性；二次硬化高的红硬性；二次硬化 V：红硬性；细化晶粒红硬性；细化晶粒(3)热处理特点：热处理特点：莱氏体钢莱氏体钢 粗大的共晶碳化物粗大的共晶碳化物 a.反复锻造；反复锻造；打碎粗大的鱼骨状共晶碳化物打碎粗大的鱼骨状共晶碳化物(2)典型钢种：典型钢种：W18Cr4V；Mo8Cr4V2;W6Mo5Cr4V2 b.分级预热（分级预热（600、800）；）；c.高温淬火（高温淬火（12501300）；）；d.分级淬火（分级淬火（600、400）；）；e.多次回火（多次回火（550，三次以上），三次以上）目的：产生二次硬化；目的：产生二次硬化；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：15 AR 二次回火：二次回火：57 AR 三次回火：三次回火：12 AR。(4)高速钢组织高速钢组织 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：回火组织：极细回火马氏体极细回火马氏体+大量粒状碳化物大量粒状碳化物 +少量少量（12%）AR 性能：性能：HRC6365 600：HRC60；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高速钢的发展：高速钢的发展：(1)合金化：合金化：加加Co：W6Mo5Cr4V2Co12 加加Al：W6Mo5Cr4V2Al 硬度可达硬度可达HRC6870(2)粉末冶金法：消除莱氏体共晶组织粉末冶金法：消除莱氏体共晶组织(3)表面处理工艺：蒸汽处理等表面处理工艺：蒸汽处理等(4)低碳高速钢：低碳高速钢：0.2%C含含Co超硬高速钢成分超硬高速钢成分 渗碳处理渗碳处理 二、模具钢二、模具钢 包括：包括：1 热作模具钢热作模具钢：要求高温下的硬度和强度，：要求高温下的硬度和强度，抗热疲劳和良好的韧性。抗热疲劳和良好的韧性。如锤锻模，挤压模，压铸模。如锤锻模，挤压模，压铸模。2 冷作模具钢冷作模具钢：高硬度，耐磨性和一定的韧：高硬度，耐磨性和一定的韧性。性。如冲切模、搓丝模、拉丝模、剪刀片。如冲切模、搓丝模、拉丝模、剪刀片。3 量具钢量具钢：要求高硬度，高耐磨性和尺寸稳：要求高硬度，高耐磨性和尺寸稳定性。定性。如量规、样板、卡尺。如量规、样板、卡尺。二、模具钢二、模具钢 包括：包括：热作模具钢热作模具钢、冷作模具钢冷作模具钢、量具钢量具钢。（一）冷作模具钢（一）冷作模具钢 1 用途用途：用来制作使金属冷变形的模具，如冷：用来制作使金属冷变形的模具，如冷冲、冷镦、冷挤压、冲裁拉丝等模具。冲、冷镦、冷挤压、冲裁拉丝等模具。2 工作状况工作状况：变形抗力大；冲击较大；工作温：变形抗力大；冲击较大；工作温度低于度低于200300 3 性能要求性能要求：高硬度和耐磨性，一定韧性。：高硬度和耐磨性，一定韧性。4 常用冷作模具钢常用冷作模具钢（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、形状简单、负荷小模具尺寸小、形状简单、负荷小模具可用低合金刃具钢代替；可用低合金刃具钢代替；（2）大型模具）大型模具 主要包括高淬透性、高耐磨的高碳高铬钢、主要包括高淬透性、高耐磨的高碳高铬钢、高碳中铬钢、低高碳中铬钢、低C高速钢高速钢 或基体钢。或基体钢。如：如：Cr12,Cr12MoV高碳高铬钢高碳高铬钢 Cr6WV,Cr4W2MoV,Cr5Mo1V 高碳中铬钢高碳中铬钢 6W6Mo5Cr4V2;Cr4W3Mo2VNb 低低C高速钢高速钢 50Cr4Mo3W2V,0Cr4Mo3Ni2WV 基体钢基体钢其中：其中：高铬模具钢高铬模具钢Cr12及及Cr12MoV 属于高属于高C亚共晶莱氏体钢，亚共晶莱氏体钢，含含Cr7C3型化合物（型化合物（HV2100）具有高淬透性。具有高淬透性。可用两种热处理工艺：可用两种热处理工艺：1）低温淬火和低温回火）低温淬火和低温回火,M+Ar(少少)HRC 61-63；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。（3）新型冷作模具钢新型冷作模具钢 材质上材质上：高韧性、高耐磨性模具钢：高韧性、高耐磨性模具钢 如：如：8Cr8Mo2VSi、Cr8Mo2V2WSi等等 加工工艺上加工工艺上：粉末冶金冷作模具钢：粉末冶金冷作模具钢 用水雾化法将钢水雾化成细小钢粉末，用水雾化法将钢水雾化成细小钢粉末，通过快速凝固，每颗粉末中的高合金莱氏通过快速凝固，每颗粉末中的高合金莱氏体得到细化，显著改善烧结后钢的韧性。体得到细化，显著改善烧结后钢的韧性。可以生产用传统冶金方法难以生产的高碳可以生产用传统冶金方法难以生产的高碳高合金冷作模具钢。使钢中含有更多的硬高合金冷作模具钢。使钢中含有更多的硬质碳化物质碳化物VC，具有更高的耐磨性。，具有更高的耐磨性。（二）热作模具（二）热作模具 金属的热成型有两种途径：金属的热成型有两种途径：锤锻、挤压压铸锤锻、挤压压铸 热作模具钢的特殊要求热作模具钢的特殊要求：工作温度可达工作温度可达600；韧性、热稳定性要求高韧性、热稳定性要求高 具体：具体：高温硬度、高温强度、高温硬度、高温强度、高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。1 锤锻模钢锤锻模钢o中碳中碳：13%1/8 2/8 3/8 n/8腐蚀速度腐蚀速度3 不锈钢的合金化原理不锈钢的合金化原理（2）添加）添加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）可形成致密氧化物元素：可形成致密氧化物元素：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 Cr Cr2O3;Al Al2O3;Si SiO2；MoO3;不锈钢中不可缺的元素：不锈钢中不可缺的元素：Cr13%Cr的的作用：提高基体电极电位；作用：提高基体电极电位；形成致密氧化膜；形成致密氧化膜；一定条件下形成单相铁素体一定条件下形成单相铁素体碳对钢耐腐蚀性的影响碳对钢耐腐蚀性的影响总体不利总体不利：o形成碳化物，增加微电池数；形成碳化物，增加微电池数；o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极电位；电极电位；o造成晶间腐蚀造成晶间腐蚀故不锈钢中故不锈钢中 通常通常 C%13%o添加添加Ni:n/8；单相奥氏体单相奥氏体o加加Mo、Cu抗非氧化性酸抗非氧化性酸oTi、Nb抗晶间腐蚀抗晶间腐蚀oMn、N替代替代Ni4 典型不锈钢典型不锈钢Cr17型型：C15%铁素体型铁素体型(低碳高铬低碳高铬)1Cr17、1Cr17Mo2Ti 按正火态组织分为：按正火态组织分为：M、F、A Cr13型型：0.1%0.4%C;1318Cr 马氏体型马氏体型 (较高碳；较低较高碳；较低Cr)1Cr13、2Cr13、3Cr13、9Cr1818-8型型：C0.1%;18%Cr,9%Ni 奥氏体型奥氏体型（低碳高铬高镍）（低碳高铬高镍）1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9第十章第十章 习题与思考题习题与思考题1 钢分类的方法有哪几种？钢中常用合金元素有哪些钢分类的方法有哪几种？钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素2 合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些？提高回火稳定性的元素有哪些？些？提高回火稳定性的元素有哪些？3 解释下列现象：（解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为含碳量为0.4%、含铬量为、含铬量为12%的铬钢属于过共的铬钢属于过共析钢，而含碳量为析钢，而含碳量为1.5%、含铬量为、含铬量为12%的铬钢的铬钢属于莱氏体钢；（属于莱氏体钢；（4）高速钢在热锻或热轧后经空）高速钢在热锻或热轧后经空冷获得马氏体钢。冷获得马氏体钢。4 有资料表明，南京长江大桥采用有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通钢比普通碳素钢节约钢材碳素钢节约钢材15，简要解释原因。，简要解释原因。5 试比较试比较45钢与钢与40Cr钢的应用范围，以此说明合钢的应用范围，以此说明合金元素金元素Cr在调质钢中的作用。在调质钢中的作用。6 说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成分、最终热处理及组织、性能特点。分、最终热处理及组织、性能特点。7 说明下列牌号钢的大致化学成分、合金元素的主说明下列牌号钢的大致化学成分、合金元素的主要作用、用途及最终热处理工艺：要作用、用途及最终热处理工艺：20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn GCr15 8 工具钢分几类？低合金工具钢与碳素工具钢相比工具钢分几类？低合金工具钢与碳素工具钢相比有何优点？何谓二次硬化？何谓红硬性？提高红硬有何优点？何谓二次硬化？何谓红硬性？提高红硬性的主要元素是什么？各举出性的主要元素是什么？各举出12个碳素工具钢、个碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的典型钢种，简要说明合金低合金工具钢、高速钢的典型钢种，简要说明合金元素的作用。元素的作用。9 高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火？高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火？在在560回火是否是调质处理？回火是否是调质处理？10 为什么为什么Cr能提高金属的腐蚀抗力？常用的含能提高金属的腐蚀抗力？常用的含Cr量量是多少？是多少？C对钢的耐腐蚀性能有何影响？对钢的耐腐蚀性能有何影响？11 1Cr13钢和钢和Cr12钢中的含铬量都大于钢中的含铬量都大于11.7%，现现1Cr13属于不锈钢，而属于不锈钢，而Cr12钢不属于不锈钢，钢不属于不锈钢，说明原因。说明原因。12 讨论题：讨论题：C 及合金元素及合金元素Mn、Cr、Si、Ni、W、Mo、V、Ti、B等在钢中一般主要有哪些作用？等在钢中一般主要有哪些作用？