碳钢与合金钢

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1、第九章 碳钢及合金钢（工业用钢 ）第一节 工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。碳钢：含碳量在0.0218%2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。合金钢： 在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素， 使其使用性能和工艺性能得 以提高的铁基的合金称为合金钢。钢中除铁、 碳及合金元素外， 还有炼钢时随生铁、 脱氧剂和燃料带入的硅、 锰、硫、磷、 氮、氢、氧等元素。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种：一、钢材的品种为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种：1 型材

2、 钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等） 、线材（直 径 5-10 毫米的圆钢和盘条）等。2板材薄钢板： 厚度等于和小于 4 毫米的钢板；厚钢板：厚度大于4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于 20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于 60mm）;钢带： 也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板；电工硅钢薄板 ：也叫硅钢片或矽钢片。3管材无缝钢管： 用热轧、热轧 冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管；焊接钢管： 将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。4金属制品： 包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。二、钢的分类钢的种类繁多，为了便

3、于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。1 按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。碳钢：低碳钢（Wc V 0.25%）、中碳钢（Wc=0.25%0.60%）和高碳钢（Wc0.6% ）合金钢：按钢中含合金元素总量 （Me% ）分为低合金钢（Me10% ）。按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。2. 按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：普通钢：S%S 0.055% , P%S 0.045%优质钢：S%、P%C 0.040%高级优质钢：S%c 0.030% , P%c 0.035%此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、

4、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。3 按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。4 按成形方法分类。 锻钢、铸钢、 热轧钢、 冷轧钢等。5按用途分类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。工程结构钢结构钢机器结构钢建筑工程用钢. 桥梁工程用钢一般属于低碳钢船舶工程用钢或低碳低合金钢车辆工程用钢渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢J 调质钢属于中碳钢或中碳合金钢弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢-滚动轴承钢属高碳合金钢按用途分类V工具钢-刃具钢模具钢量具钢一般属于咼碳钢 或高碳高合金钢L

5、不锈钢耐热钢耐磨钢实际中给钢的产品命名时，常常把成分、质量和用途几种分类方法结合起来，如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途。我国钢的牌号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法（GB221-79 ）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： 钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr 等,混合稀土元素用“RE1

6、 （或“Xt”表示。 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音缩写字母表示。 钢中主要化学元素含量（% ）采用阿拉伯数字表示。（一）碳钢的牌号表示方法见第四章（碳钢的分类、用途及牌号表示方法）（二）合金钢的牌号表示方法1.合金结构钢平均含碳量的万分之几合金元素平均含量的百分之几J两位数字+合金元素符号+数字+质量等级符号“A”（1）当合金元素的平均含量V 1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“ 1；例如钢号“ 12CrMoV和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。

7、（2） 当合金元素的平均含量 1.5% 2.5% 3.5%时，则相应地在元素符号后面 标以2、3、4；如果为高级优质钢，则在其钢号后加“A” 以区别于一般优质钢。例 如：18Cr2Ni4WA。（3）钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土 Re等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中，钒：0.070.12% ；硼：0.0010.005%。（4）专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为 ML30CrMnSi。举例:1. 20CrMnTi :表示平均含碳量为 0.20%，主要合金元素 Cr、M

8、n含量均低于1.5%，并 含有微量元素Ti的合金结构钢；2. 60Si2Mn :表示平均含碳量为 0.60%，主要合金元素 Mn含量低于1.5%，Si含量为1.52.5%的合金结构钢。练习：40Cr、45Mn22. 低合金高强度结构钢旧的编号方法，基本上和合金结构钢相同。新牌号的编制方法与碳素结构钢相同。如旧牌号的16Mn为新牌号的 Q345。3. 滚动轴承钢“ G” Cr +数字+其它元素符号。字母 “ G”滚”字头，表示为滚动轴承钢类，高 碳铬轴承钢的含碳量不标出，数字表示平均含铬量的千分之几，如GCr15，平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。4.合金工

9、具钢和高速工具钢平均含碳量的千分之几合金元素平均含量 的百分之几数字+合金元素符号+数字说明: 合金工具钢中，当 Wo 1.0%寸，含碳量不标出，女口 Cr12、CrWMn ;当Wc v 1.0%时，以千分之几表示，如9SiCr、3Cr2W8V。 对于含铬量低的钢，其含铬量以千分之几表示，并在数字前加“0；以示区别。如平均Cr =0.6%的低铬工具钢的钢号为“Cr06。 高速钢，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如钨18铬4矶”（W18Cr4V ；简称 18-4-1）；钨 6 钼 5 铬 4 矶 2” W6Mo5Cr4V2 ；简称 6-5-4-2）。5不锈钢和耐热钢说明:(1

10、) 钢中含碳量 58HRC心部3545HRC。成分：Wc = 0.15 0.25%，保证心部塑韧性；主加元素Cr、Ni、Mn、B，强化基体，提高淬透性，保证心部强韧性；微量元素V、Ti、W、Mo，防止渗碳时过热，细化晶粒，提高耐磨性。分类和典型牌号：低淬透性渗碳钢，典型钢种 20、20Cr，其水淬临界直径20 - 35mm，渗碳淬火后，心部强韧性较低，只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件，如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等。中淬透性渗碳钢，典型钢种为20CrMnTi，其油淬临界直径约为2560mm，主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件。高淬透性渗碳钢，典型钢种为

11、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A，其油淬临界直径100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。常用牌号：15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnTiB等，通常尺寸小、受力小的零件，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。热处理特点：预备热处理，一般是正火，组织为P+ F,目的是调整硬度，改善组织和切削加工性能；最终热处理，一般是渗碳后直接淬火+低温回火。其组织为：表面组织为“M回+细小碳化物+少量 Ar”，心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定，淬透时为低碳 M回，未淬透为低碳 M回+ F+ P。应用举例：下面以应用广泛的 20C

12、rMnTi钢为例，分析其热处理工艺规范。20CrMnTi是中淬透性钢，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。用20CrMnTi钢制作齿轮的加工工艺路线如下：下料t锻造t正火t机加工齿形t滲碳，预冷淬火+低温回火 t磨齿。预备热处理为正火，正火后的组织为（S+ F）,其目的是改善锻造组织；调整硬度（170210HBS）便于机加工。最终热处理为滲碳后预冷到875 C直接淬火+低温回火；预冷的目的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次滲碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。最终S7-2常用藩礁羽的钢号、热处理

13、工艺s力学性餾買用産別钢号迪址理）机械性能尺寸(mm)用逢举例领备热iJL理淬火0A(MPa)(MPa)s(縛15890 .LlC 空770800 水20050030015120C100010凸代 20CiMnTi?30950空850空20012003501015丈型常碳齿轮和需类零件20Ct2Ni4AESO抽730油200120011001015皿15CjMn2SiMo?30g8C430 空SfiO油20012005001015大型議碳齿耗、飞 机齿较热处理后组织由表面到心部为M回+细小碳化物+少量 A残回+少量A残t低碳M + F +P。2 调质钢采用调质处理，即淬火 +高温回火后使用的优

14、质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。应用： 用于受力较复杂的重要结构零件。如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半 轴等轴类零件，以及连杆、螺栓、齿轮等。性能要求： 具有良好的综合力学性能，即高的强度、良好塑性和韧性。成分特点：碳含量：中碳Wc: 0.250.5%，保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性。 含碳量太低，强度硬度不足；太高，塑性、韧性降低；为达到两者兼顾，取中碳范围。一般 碳素调质钢的淬透性低， 含碳量偏上限； 合金调质钢淬透性好，随合金元素的增加，含碳量 趋于下限，如 30CrMnSi 、 38CrMoAl 。合金元素：主 加 Cr、 Ni、 Mn 、 Si、 Al 等，提

15、高淬透性，调质处理后有良好的综合力 学性能；辅加 W、 Mo 元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。分类及典型牌号： 按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类： 低淬透性调质钢。 典型钢种45、40Cr，这类钢的油淬临界直径最大为3040mm ,广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn 、 40MnB 是为节约铬而发展的代用钢种。 中淬透性调质钢。 典型钢种40CrNi，这类钢的油淬临界直径最大为4060mm，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40CrNiMoA，这类钢的油淬临界直径为60

16、100mm，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。钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的。载荷大、尺寸大、形状复杂的零件，为保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢。热处理工艺特点：（1）预备热处理： 采用完全退火或正火（高淬透性的调质钢正火后应再高温回火），P+F）。其目的是细化晶粒，改善组织；调整硬度，改善切削加工性能。组织（2）最终热处理调质处理，组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。调质处理表面淬火、低温回火。对除了要求良好综合机械性能外，

17、还要求表 面具有高硬度、 高耐磨性的调质件， 调质处理后还需进行 “表面淬火 +低温回火 ” 处理，表面淬火多采用感应加热表面淬火。表面组织为M 回，心部为 S 回 。举例：通过实例分析热处理工艺规范（ 1）用 40Cr 制作拖拉机上的连杆、螺栓。其工艺路线为：下料T锻造T退火或正火T粗机加工T调质T精机加工T装配。在工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的是改善锻造组织，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备。调质工艺采用830C加热、油淬、得到马氏体组织；然后在 525C回火水冷，水冷为防止第二类回火脆性，最终使用状态下的组织为 回火索氏体，具有良好综合机械性能。（2

18、）45 或 40Cr 钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：下料t锻造t正火t机加工t调质处理t精加工t局部表面淬火+低温回火t磨削。讨论题：1有一 40Cr钢制机床主轴，心部要求有良好的强韧性（200300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（5458HRC ），试回答下列问题：（ 1 ） 应选择何种预备及最终热处理？（ 2） 说明各热处理后的组织？分析： 40Cr 为低淬透性钢，应采用正火作预备热处理，细化晶粒，改善组织及切削加 工性能；正火处理后的组织为（ P+F）；最终热处理宜选用调质处理，然后对轴颈处进行 “表面淬火 +低温回火 ”的热处理，可达 到性能要求。调质处理后的组织为回火索氏体

19、；“表面淬火 +低温回火 ”后，心部组织仍为回火索氏体，表面组织则为 “M回+少量A残”2某厂用 45 钢制作一批齿轮， 制作过程中因 45 钢数量有够用， 想用 20钢代替。 试问： 这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同，并指出热处理后的组织。分析：45钢为调质钢，制作齿轮时，预备热处理采用正火，组织为（S+ F），细化组织、改善切削加工性能；最终热处理为调质处理，组织为S 回，获得良好综合力学性能；最 后齿面再进行 表面淬火+低温回火 ”齿轮心部组织为 S回，齿面组织“M回+少量A残”提 高齿面硬度及耐磨性，消除淬火应力。20钢为渗碳钢，预备热处理采用正火，组织为S+ F;机加工成形后

20、渗碳，再淬火+低温回火，齿面组织为“M回+细小渗碳体+少量 A残”心部为 板条M回+ S+ F。新的趋势：用低碳和金刚经 “淬火+ 低温回火 ”得到低碳马氏体代替中碳调质钢， 可以提高零 件的承载能力，减轻重量。在汽车、石油、矿山方面应用效果好。应用实例：(1) 汽车螺栓：用15MnVB代替40Cr，承载能力提高45 70% ;使用寿命延长；( 2)用 20SiMnMoV 代替 35CrMo 制造石油钻井用的吊环，使吊环质量减轻 68 公斤。3 弹簧钢应用： 用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧。性能要求： 具有高的弹性极限和屈强比，高的疲劳强度和足够的塑性、韧性。成分特点：Wc ：

21、0.450.70% ，多数 0.6% 左右，为中、高碳：含碳量过高，塑性和韧性降 低，疲劳极限也下降。Me ： Si、Mn 、Cr、V、Nb、Mo 、W 。主加元素Mn、Si，提高淬透性，提高强度及屈强比；辅加元素W、Mo、V等，进一步提高淬透性，细化晶粒，提高回火稳定性和耐热性。常用牌号： 65Mn 、 60Si2Mn 、 50CrVA热处理工艺： 根据弹簧的加工成形方法不同，弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧。一般，截面尺寸1015mm的弹簧采用热成形方法；截面尺寸 或拉成押丝制 作小型机械弹螯830油r-u:8001000S少于中12昨的一琐机器上的弹琶,咸竝成锢樂制 作小型机桶弹赞水袖48

22、0130013006*加2血弹螯 工作煜度f轩23tr切远MmETC油43U12Q013 QU弹蟄“工隹雇厘低于和0兀兀16昭旳D油nr1150130010申勢52 弹簧制作工柞温蔗f轩210的气 阀弹畫50Si2CrVA呵抽410non19006出50律豐j工住盪屢低于250遜D油513D01400电73週暉叢重型汽车。越哥汽车丸琶面稅賞4.滚动轴承钢用于制作各类滚动轴承的内外套圈、滚动体。常用钢种和牌号：有两大类(1 )高碳铬轴承钢： GCr15、GCr15SiMn。含碳量：0.951.15，高碳，过共析成分，保证形成足够铬的碳化物强化相，提高强度、硬度及耐磨性。合金元素：主加Cr元素，提

23、高淬透性和接触疲劳抗力，细化晶粒。对大尺寸轴承，加入Si、Mn进一步提高淬透性。从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件。(2) 高碳无铬轴承钢：为了节铬，加入了 Mo、V得到的，常用牌号 GMnMoVRE、GSiMnMoV，其性能与 GCr15相近。热处理工艺：(1)预备热处理：采用球化退火，获得球状珠光体，改善组织，降低硬度(210HBS ),便于切削加工。(2)最终热处理：淬火+低温回火(150180C), M回+细小粒状碳化物+ A残，硬度6165HRC。低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性，消除淬火应

24、力。对精密轴承零件, 为了将残余奥氏体降低到最低程度, 提高尺寸稳定性, 常采用淬火后 冷处理,并时效。冷处理后,恢复到室温,立即低温回火。第四节 工具钢 工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具 钢、高合金工具钢等。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。刃具：用于切削加工的工具,车刀,刨刀,转头等；模具：用于进行压力加工的工具。冷作模具：200 3000C;热作模具：600 C;量具：测量尺寸的工具,如卡尺、千分尺、块规等。共性： 一般都在磨损条件下工作,要求具有高硬度和高耐磨性。不同： 具体工作条件的不同, 对各自的性能又有特殊要求。 如刃具钢要求热硬性好,

25、冷 作模具钢要求热处理变形小, 热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性, 量具钢要求热 处理后组织稳定好。所以,各类工具在钢材的选用和热处理方法上各有其特点。一、 刃具钢1切削刃具的工作条件及性能要求切削刃具的种类繁多,工况条件各有特点,性能要求也各有不同。以车刀为例：工作条件：( 1 )刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦,造成严重的磨损;( 2) 刀刃部分温度高(高速切削时,温度达 600 度);( 3)进刀时,发生冲击与振动。失效形式： 磨损,崩刃,刀具折断。性能要求： 高硬度和耐磨性;高的热硬性;高的抗弯强度和足够的韧性。热硬性：又称红硬性,指 刃具钢在高温下保持高硬度的能力称为热硬性,是衡

26、量刃具钢使用寿命的重要指标。2碳素工具钢碳素工具钢以成本低、具有一般较好的性能，在钳工、木工和形状简单受力不大的刃具、 磨具中得到广泛应用。成分：高碳0.651.35%。常用钢种及用途：这类钢淬火后的硬度相近，但随碳含量增加，未熔渗碳体增多，钢的 耐磨性增加，韧性下降。T7、T8钢多用于制造承受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头等。T9T11钢多用于制造要求中等韧性的工具，如形状简单的小冲模、手工锯条等。T12、T13耐磨性最高，但韧性最低，多用于制造不受冲击负荷的量具、锉刀、刮刀等。高级优质碳素工具钢(T7AT13A )，由于其淬火时产生裂纹的倾向较小，因此多用 于制造形状较为复杂的工具。热

27、处理工艺：(1) 预备热处理：机加工之前进行，采用球化退火(T7钢可采用完全退火)，组织为 球状珠光体，硬度 217HBS目的是降低硬度，改装切削加工性能，并为淬火作组织准备。(2) 最终热处理机加工之后进行，采用淬火 +低温回火，组织为回火马氏体 +粒状渗碳 体+少量A残(一般T7有23% , T12有58%)，硬度可达 6065HRC。目的是提高硬 度和耐磨性，低温回火消除淬火应力。性能特点：耐磨性和加工性较好，价格低，生产上得到广泛应用。缺点：是红硬性差；刃部工作温度不能超过200 C ;淬透性低，尺寸大的淬不透，形状复杂的水淬容易变形和开裂。3 低合金工具钢为了克服碳素工具钢热硬性差，

28、淬透性低，易变形开裂等缺点，在碳素工具钢的基础上 加入少量的合金元素，一般不超过35%,制造了低合金工具钢。成分特点：含碳量：0.751.50%，高碳；保证高硬度，并形成足够的合金碳化物，提高耐磨性。合金元素：主加元素硅、锰、铬、钼，固溶强化，提高硬度和淬透性；辅加元素钼、钨、矶，细化晶粒，形成特殊碳化物，提高硬度和耐磨性。常用钢种及用途：9SiCr、CrWMn、9Mn2V(1)用于制作形状复杂、尺寸不大的低速切削刀具，如铳刀、拉刀，板牙、丝锥、钻头、 铰刀等。（2）尺寸较大、形状较复杂的冷作模具和量具。例如：9SiCr具有高的淬透性和回火稳定性，工作温度可达300 C； 9SiCr多采用分级

29、或等温淬火，减少变形，适宜制造形状复杂的薄刃刀具，如板牙、丝锥、钻头等。注：硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（HB217241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。CrWMn 钢的含碳量为 0.90% 1.05%,铬、钨、锰同时加入， 使钢具有更高的硬度 （64 66HRC ）和耐磨性，但热硬性不如9CrSi。但CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。热处理工艺 ：同碳素工具钢。球化退火，淬火低温回火。 M 回细小碳化物少量 A9SiCr 制造圆板牙工艺路线和热处理工艺（书上）：（1） 预备热处理采用等温球化退火，等温冷却使球化更充分

30、，为节省时间500 C后出炉冷却，这时组织已转变完成。目的：消除锻造应力，降低硬度，便于切削加工。（2）最终热处理采用等温淬火加低温回火。等温淬火是减少淬火应力和变形的主要方 法。一般在盐浴中等温， 转变产物为下贝氏体组织，具有良好的综合机械性能。低温回火目 的是消除应力，保持高硬度和高的耐磨性。4高速钢高速钢是高速切削用钢的代名词。 尽管低合金工具钢的淬透性、耐磨性及热硬性已有所提高，但其工作温度也只有250300 C，不能满足高速切削的要求，需要更优异的刃具材料。 高速钢就是随着工业技术的不断发展，为适应高速切削的要求发展起来的钢种。 常用牌号及用途： 我国最常用是 W18Cr4V、W6M

31、o5Cr4V2 ，简称 18-4-1 和6-5-4-2 。 前者的过热敏感性小，磨削性好，但由于热塑性差，通常适于制造一般高速切削刀具，如车刀、铣刀、绞刀等；后者的耐磨性、韧性和热塑性要好些，适于制造耐磨性和韧性很好 配合的高速刀具，如丝锥、齿轮铣刀、插齿刀等。成分特点：碳含量： 0.7 1.65，属高碳。高的含碳量，保证高硬度，并与W、V 等形成特残碳化物或合金渗碳体，保证具有高的耐磨性和良好的热硬性。合金元素：含有大量合金元素，主要是Cr、W、Mo、V 等。（1） 高的W含量： 使钢保持红硬性，提高回火抗力，提高淬透性。在500-600度回火 时产生细小而弥散分布 W2C。（2）Cr: 提

32、高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。（3）V :提高硬度和红硬性，细化晶粒。（4）Mo ：主要是提高热硬性。性能特点：具有高的硬度、耐磨性和热硬性。工作温度可达600C,硬度仍保持在60HRC 以上。这是高速钢区别于其它钢种的主要特性。由于它切削金属材料很锋利，又称为“锋钢”；因其淬透性好，在空气中就能淬火，又称 “风钢”。是刃具材料中最重要的钢种。热处理工艺：下面以 W18Cr4V 制造盘形齿轮铣刀为例，说明高速钢制作刀具的工艺路线及热处理工艺的制定。下料t锻造（反复镦粗、三镦三拔）t等温球化退火 t机加工 t 淬火（1280C）目的：打碎粗大的碳化物并均 适当降低硬度，利于

33、切削 碳化物溶于奥氏体中 匀分布，改善钢的性能加工并为淬火作组织准备。 A 中含有较多的金属元素t 回火（5600C三次）t喷砂T磨削T成品减少残余 Ar 的量，消除内应力、稳定组织，提高硬度。最终组织：细针状 M 回 + 细小粒状碳化物 +少量 Ar。性能特点：一定强度、塑性、韧性。高硬度；红硬性；回火抗力。（1） 锻造：高速钢的铸态组织为 “鱼骨状粗大碳化物 +网状莱氏体 +M+A 残”。粗大碳化 物的出现使铸态高速钢的脆性很大，且难以用热处理来消除，必须经过反复锻造。（2） 球化退火：锻造后机加工前进行，860880 C加热保温，然后冷却到720750 C 等温珠光本转变，炉冷至 550

34、C以下出炉。硬度 207225HBS，组织为S +细小碳化物。（3）淬火、回火高速钢优异的性能必须经正确的淬火、回火才能发挥出来。W18Cr4V 钢的淬火、回火工艺示意图。与其它钢的淬火回火工艺相比较， 高速钢的淬火、回火可归纳为“两高一多”， 即淬火温度高（12501300C）,回火温度高（560C）,回火次数多（3次）。1370-1285时间hW18Cr4V钢的淬、回火工艺曲线淬火：W18Cr4V钢的淬火温度为12701280C。由于合金元素多，导热性差，加热时 采用分级加热。高速钢的热硬性取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶入奥氏体中的合金元素量（图示）。所以，高速钢的淬火加热温度尽

35、量高些，这样可以使较多的W、V溶入奥氏体中，在1000 C以上加热淬火， W、V在奥氏体中的溶解度急速增加； 1300 C左右加热，各 合金元素在奥氏体中的溶解度也大为增加。但时间稍长，会造成晶粒长大。因此，在不使钢发生过热的前提下，淬火温度越高越好。 W18Cr4V 一般选择在12701280C,淬火冷却采 用油中分级淬火法，组织为 M+粒状碳化物+A残。回火：淬火后及时回火。常用的回火工艺是560C左右保温1小时，重复三次。图示为回火温度对硬度的影响。在560C左右时产生二次硬化现象，出现了硬度峰值。所以，回火温度确定在 560 C左右。采用三次回火是由于高速钢淬火组织中残余奥氏体多，一次

36、回火不能转变完全，三次回火的才能基本转变完。硬度峰值的出现，一是回火时Mo、W、V等碳化物的弥散析出， 二是每次回火冷却时发生残奥氏体转变成马氏体的二次淬火现象。为减少回火次数，使高速钢中的残余奥氏体量减少到最低程度，往往还需进行冷处理。回火后的组织为：回火 M+粒状碳化物+少量A残，硬度6663HRC。当刃具的工作温度高于700C时，一般高速钢也无法胜任，应使用硬质合金材料制作刀具，工作温度达8001000r ；或陶瓷材料刀具，工作温度达1ooo1200 r ；等。模具钢1.冷作模具钢制造在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷镦模、拉丝模、冷轧辊等。工作条件及对性能的要求 高的硬度和耐磨性。在冷态

37、下冲制螺钉、螺帽、硅钢片、面盆等，被加工的金属在模具中产生很大的塑性变形，模具的工作部分承受很大的压力和强烈的摩擦，要求有高的硬度和耐磨性，通常要求硬度为5862HRC以保证模具的几何尺寸和使用寿命。 .较高的强度和韧性。 冷作模具在工作时， 承受很大的冲击和负荷，甚至有较大的应力集中，因此要求其工作部分有较高的强度和韧性，以保证尺寸的精度并防止崩刃。 .淬透性好，热处理的变形小。成分特点及常用钢种： .碳素工具钢和低合金工具钢：对于尺寸小、形状简单、工作负荷不大的模具采用这类钢，钢种有T8A、T10A; T12A、Cr2、9Mn2V 9SiCr、CrWMn Cr6WV等。优点：价格便宜，加工

38、性能好，基本上能满足模具的工作要求。缺点：碳素工具钢淬透性较差，热处理变形大；耐磨性较差，使用寿命较低。低合金工具钢，由于含有少量的合金元素，淬透性提高，可采用油淬火，晶粒细小，变形减小，女口 9SiCr、Cr2可用来制造滚丝模等。 .高碳高铬模具钢（为主）主要指Cr12型冷作模具钢。性能特点及用途：淬透性好，淬火变形小，耐磨性好；广泛用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的冷作模具。典型牌号：Cr12、Cr12MoV7-8 Q12型羽的化学成分、坏处理工艺更甲途钢寻化学慮分CO按处雀硬度用逢宰例CSiMnCr闌V退火 g淬火 卩）回火退火(HB)(HRC)6122.00V別0 00.4011.50

39、 *13_5O*900-980450207 215究期重戟荷咼耐 匿更型要汞 小的冲压期 具Crl2MoV14了 -1.70创434?3斜塑斜压慎 犬型殽樟等兀 rMnMo0 50 砒0.251.20-1600.60 -05C-C.30820*850亠颊324*354中、小型锻模驾0300.40.00402.20470即;匕；.007:0 JO-0.501050J1CO无M三 次）445(HRC)富应力压複 盛钉威 卵钉热压複 抉剪切 耳压祷模等量具钢（简单介绍，或略）量具钢是用于制造量具的钢，如卡尺、千分尺、块规、塞尺等。工作条件及性能要求：量具在使用过程中主要是受到磨损，因此对量具钢的主要

40、性能要求是：（1） 工作部分有高的硬度和耐磨性，以防止在使用过程中因磨损而失效;（2）要求组织稳定性高，要求在使用过程中尺寸不变，以保证高的尺寸精度；（3）良好的磨削加工性。量具钢的成分特点及钢种：最常用的量具用钢为碳素工具钢和低合金工具钢。碳素工具钢，淬透性低，采用水淬，变形大，因此常用于制作尺寸小，形状简单，精度要求低的量具。低合金工具钢（包括 GCr15等），淬透性较高，采用油淬，变形小。合金元素在钢中形成的合金碳化物，可提高耐磨性。其中，GCr15耐磨性和尺寸穏定性都较好，用得最多。此外，有时用渗碳钢经渗碳淬火或渗氮钢氮化处理后制作精度不高、耐冲击的量具；也用冷作模具钢制作要求精密的量

41、具；在腐蚀介质中使用的量具则用不锈钢制作。表7-10所示为量具用钢的选用举例。量具钢的热处理：精密量具，热处理和使用过程中变形要小，从选材方面考虑。在淬火后，一般尺寸是膨胀的，解决的办法是：a）淬火前进行调质处理，得回火索氏体。由于马氏体与回火索氏体之间的体积差小， 而马氏体与珠光体之间的体积差大，则淬火后的变形就小。b）回火后进行冷处理，降低奥氏体含降，低内应力量。c）长时间的低温回火（低温时效），使马氏体趋于稳定，进一步降低内应力。举例：用GCr15制作量规，其工艺路线为：锻造t球化退火t机加工t粗磨t淬火+低温回火t精磨t时效t涂油。时效的作用是消除应力、稳定尺寸。S7-10量具用羽轴选

42、用奉呵选用的钢号举例钢的类别钢号尺吋yK精度不髙、刑状简单的量规、塞规、样板 等蓿度不高亍耐;中击的卡按、样極、直尺等观銮规、样柱等 答和要茨拮度的量具 要求精度和耐腐蚀的量具碳素工具钢 渗 碳 钢 低含金工貝钢 滚殊轴星钢 冷住模具钢 不诱肅TIQAs TH As T】2占、 d 2(k 15CrCrMik 9CiWMn. CrWMnCtCil59Mi那 CranSiWMoV4CT15. 96返常用碳钢的临界点钢号临界点（C）AciAc3 或 AccmAriA32073585568083545724780682760T8730700T12730820700第五节特殊性能钢特殊性能钢指具有特殊物理化学力学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、低温钢、耐磨钢。主要介绍不锈钢和耐热钢。一、不锈钢（为主）通常所说的不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指能抵抗大气腐蚀的钢；耐酸 钢是指能抵抗化学介质腐蚀的钢。“不锈”只是说腐蚀的速度相对较慢，没有绝对不受腐 蚀的钢种。所以，“不锈”是相对的，“腐蚀”才是绝对的。（一）腐蚀原理与防止措施腐蚀 指金属表面与周围介质相互作用，使金属基体受到破坏的现象。根据腐蚀的原理 不同，分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。1.腐蚀原理（1）化学腐蚀化学腐蚀是指金属与周围介质直接接触产生化学反应而产生的腐蚀。腐蚀过程中无电 流产生，如金属在高温下的氧化，