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1、第3章黑色金属材料本讲稿第一页，共六十一页2.硬度硬度布氏硬度布氏硬度是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，硬度试验方法很
2、多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。等。布氏硬度值布氏硬度值HB是以试样压痕面积上的平均压力是以试样压痕面积上的平均压力P/F表示。表示。即单位面积所承受的压力。即单位面积所承受的压力。本讲稿第二页，共六十一页布氏硬度测定的原理布氏硬度测定的原理-是把一定直径的淬火钢球，以规定的是把一定直径的淬火钢球，以规定的载荷载荷P压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压痕直径压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积求出压痕面积F计算出平均应力值，以此为布氏硬度值的计量指标，计算出平均应力值，以
3、此为布氏硬度值的计量指标，并用符号并用符号HB表示。表示。本讲稿第三页，共六十一页布氏硬度测定主要适用于布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、各种未经淬火的钢、退火、正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地正火状态的钢；结构钢调质件；铸铁、有色金属、质地轻软的轴承合金等原材料。轻软的轴承合金等原材料。标注：标注：D/P/T如如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值，即表示此硬度值120在在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的秒的条件下得到的。简单标注：简单标注：200230HB或或300330HBS布氏硬度试验只可用来测定小于布氏硬度试验只可用来
4、测定小于HB450的金属材料，的金属材料，本讲稿第四页，共六十一页洛洛氏硬度氏硬度（HR）基本原理基本原理洛氏硬度属压入法洛氏硬度属压入法洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（予载荷洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（予载荷P1和主载荷和主载荷P2）预加载预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确。洛氏硬度就是以荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确。洛氏硬度就是以主载荷引起的残余压入深度主载荷引起的残余压入深度（来表示来表示）。为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数（为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数（k）减去（减去（h3-h1）的差值
5、表示硬度值。为了简便起见又规定每）的差值表示硬度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）洛氏硬度值公式如下：洛氏硬度值公式如下：采用金钢石圆锥时采用金钢石圆锥时k=0.2（用于（用于HRA，HRC）用钢球时用钢球时k=0.26（用于（用于HRB）。）。本讲稿第五页，共六十一页硬度符号压头总载荷（kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围使用范围HRA金钢石圆锥60黑 色7085碳化物、硬质合金表面淬火等HRB100红 色25100有色金属、退火及正火钢等HRC金钢石圆锥150黑 色2067调质钢、淬火钢等洛氏硬
6、度测定仅产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验洛氏硬度测定仅产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验设备简单，操作迅速方便。但测一点无代表性，不准确，需多点测量，设备简单，操作迅速方便。但测一点无代表性，不准确，需多点测量，然后取平均值。洛氏硬度虽可用来测定各种金属材料的硬度然后取平均值。洛氏硬度虽可用来测定各种金属材料的硬度。本讲稿第六页，共六十一页维氏硬度（维氏硬度（HV）为了从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬度标度，为了从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬度标度，因而制定了维氏硬度试验法。因而制定了维氏硬度试验法。维氏硬度试验法维氏硬度试验法是压入试验法中较精确的
7、一种，它与布氏硬度试验法相同，是压入试验法中较精确的一种，它与布氏硬度试验法相同，是用一种顶角为是用一种顶角为136的金钢石角锥压头，在载荷的金钢石角锥压头，在载荷p（kgf）作用下，试样）作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度d（mm）供以计算压痕）供以计算压痕面积面积F（m）以）以P/F的数值表示试样的硬度值。的数值表示试样的硬度值。维氏硬度值表示方法为维氏硬度值表示方法为HV硬度数值，有时为反映试验条件在硬度数值硬度数值，有时为反映试验条件在硬度数值前用下标加上负荷，例如前用下标加上负荷，例如HV20232，20为加载负荷。为
8、加载负荷。维氏硬度试验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及维氏硬度试验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理（如氮化、渗碳等）后的表面硬度。化学热处理（如氮化、渗碳等）后的表面硬度。维氏硬度的压力一般可选维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，等，小于小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。的压力可以测定显微组织硬度。本讲稿第七页，共六十一页3.冲击韧性冲击韧性（Ak或或ak）韧性韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力：材料断裂前吸收变形能量的能力-韧度韧度冲击韧性冲击韧性（Ak）：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。单位为
9、焦耳单位为焦耳/厘米厘米（J/cm）ak=冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积标准试样断口截面积Fak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。Ak=mg(h1-h2)本讲稿第八页，共六十一页冲击韧性实验冲击韧性实验Ak=h1-h2本讲稿第九页，共六十一页4.疲劳强度疲劳强度-1 80%的断裂由疲劳造成的断裂由疲劳造成疲劳：疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，承受载荷的大小
10、和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。的最高应力值。条件疲劳极限：条件疲劳极限：经受经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。影响因素：影响因素：
11、循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。表面状态、残余应力等。本讲稿第十页，共六十一页3.2 铁碳合金的基础知识铁碳合金的基础知识本讲稿第十一页，共六十一页一、纯铁的同素异晶转变一、纯铁的同素异晶转变在固态下，金属的晶格类型随温度（或压力）变化的特性同素异晶转变。1394912FeFeFe体心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格铁的同素异构转变是钢铁材料能够进行热处理的依据。本讲稿第十二页，共六十一页本讲稿第十三页，共六十一页二二、铁碳合金的基本组织、铁碳合金的基本组织1铁素体铁素体F（C固溶到固溶到-Fe中的间隙式固溶体）中的
12、间隙式固溶体）强度、硬度低，塑性、韧性好。强度、硬度低，塑性、韧性好。（室温：（室温：C%=0.0008%,727度：度：C%=0.0218%）2奥氏体奥氏体A（C固溶到固溶到-Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体）强度低，易塑性变形强度低，易塑性变形3渗碳体渗碳体Fe3C(铁和碳的金属化合物铁和碳的金属化合物)性能特点性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。渗碳体在钢和铸铁中通常呈片状、粒状、网状、带状等形态,是钢中主要的强化相,它的数量、形态及分布情况,对钢的性能有很大的影响.、(体心立方晶格)（面心立方晶格）本讲稿第十四页，共六十一页34珠光体珠
13、光体P（铁素体和渗碳体的机械混合物）（铁素体和渗碳体的机械混合物）抗拉强度抗拉强度b=770MPa延伸率延伸率=20=2035断面收缩率断面收缩率=4060auk=31054105J/硬度硬度180HBA0.77F0.0218+Fe3C或或A0.77P0.777277275莱氏体莱氏体高温莱氏体高温莱氏体Ld（奥氏体和渗碳体的机械混合物）（奥氏体和渗碳体的机械混合物）L4.31148Le4.3低温莱氏体低温莱氏体Ld(珠光体和渗碳体的机械混合物）珠光体和渗碳体的机械混合物）硬而脆，塑性、韧性几乎为零。硬而脆，塑性、韧性几乎为零。强度、硬度较高，具有一定的塑性和韧性，是一种综合力学性能较好的组织
14、。本讲稿第十五页，共六十一页三、铁碳合金状态图及其应用三、铁碳合金状态图及其应用铁碳合金状态图铁碳合金状态图-表示在缓慢冷却（加热）条件下，不同表示在缓慢冷却（加热）条件下，不同 成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的 组织或状态的一种图形。组织或状态的一种图形。作用作用：清楚地反映了铁碳合金的成分、温度、组织之间的关：清楚地反映了铁碳合金的成分、温度、组织之间的关 系，是研究钢和铸铁及其加工处理（铸、锻、焊、热系，是研究钢和铸铁及其加工处理（铸、锻、焊、热 处理等加工工艺）的重要理论基础。处理等加工工艺）的重要理论基础。本讲稿第十六页，共六十一页铁碳合金状态图A
15、ECDGSKP6.694.32.110.77153811487270.0128本讲稿第十七页，共六十一页Fe-Fe3C相图中的特性点本讲稿第十八页，共六十一页Fe-Fe3C相图中的特性线本讲稿第十九页，共六十一页(一一)铁碳合金的分类铁碳合金的分类1工业纯铁工业纯铁，C%=0.0218%2.钢钢0.0218%C%=2.11%亚共析钢亚共析钢0.0218%C%0.77%共析钢共析钢0.77%过共析钢过共析钢0.77%C%=2.11%3白口铸铁白口铸铁2.11%C%6.69%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11%C%4.3%共晶白口铸铁共晶白口铸铁4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4.3%C%3
16、00，HRC降低。韧性：降低。韧性：400度开始升高，度开始升高，600最高。最高。弹性极限：在弹性极限：在300-400最高。塑性：在最高。塑性：在600-650最高。最高。本讲稿第三十八页，共六十一页4钢的表面热处理钢的表面热处理仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理，也叫表面淬火。艺称为表面热处理，也叫表面淬火。种类种类:有感应加热、火焰加热、电接触加热和电解加热等表有感应加热、火焰加热、电接触加热和电解加热等表面热处理，最常用的是前两种。面热处理，最常用的是前两种。本讲稿第三十九页，共六十一页(1)感应加热表面热处理
17、感应加热表面热处理1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理感应线圈通以交流电时，即在其内部和周围产生一与感应线圈通以交流电时，即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。把工件置于磁场中，则在工件电流相同频率的交变磁场。把工件置于磁场中，则在工件内部产生感应电流，产生电阻热。由于交流电的集肤效应，内部产生感应电流，产生电阻热。由于交流电的集肤效应，感应电流，靠近表面的电流密度大，而中心几乎为零。电感应电流，靠近表面的电流密度大，而中心几乎为零。电流渗入工件表层的深度，与电流频率有关。对于碳钢：流渗入工件表层的深度，与电流频率有关。对于碳钢：=500/f式中，式中，为电流透入深度（为电流透入
18、深度（mm），），f为电流频率为电流频率（Hz）。）。f愈大，电流透入深度愈小，加热层也愈薄，不同频率，可得愈大，电流透入深度愈小，加热层也愈薄，不同频率，可得到不同的淬硬层深度。到不同的淬硬层深度。本讲稿第四十页，共六十一页2)感应加热淬火方法种类感应加热淬火方法种类a.高频淬火（高频淬火（1050KHz）:适用于淬硬层适用于淬硬层0.5mm2mm的小工的小工件，如：机床齿轮，小销等。件，如：机床齿轮，小销等。b.中频淬火（中频淬火（100010000Hz）：适用于淬硬层）：适用于淬硬层2mm15mm的中大型工件，如轴类件。的中大型工件，如轴类件。c.工频淬火（工频淬火（50Hz）：适用于淬
19、硬层）：适用于淬硬层15mm以上的大型工件，如以上的大型工件，如轧辊等。轧辊等。本讲稿第四十一页，共六十一页3)感应加热适用的钢种感应加热适用的钢种中碳钢和中碳低合金钢，如中碳钢和中碳低合金钢，如45、40Cr、40MnB钢等。钢等。这类钢经正火或调质后表面淬火，心部保持较高的综合机械性这类钢经正火或调质后表面淬火，心部保持较高的综合机械性能，而表面具有较高的硬度（能，而表面具有较高的硬度（50HRC）和耐磨性。）和耐磨性。本讲稿第四十二页，共六十一页4)感应加热淬火工艺特点感应加热淬火工艺特点表面淬火组织为细隐晶马氏体。表面硬度高，比一般淬火高表面淬火组织为细隐晶马氏体。表面硬度高，比一般淬
20、火高2HRC3HRC，且脆性较低。，且脆性较低。表面淬火可提高工件的疲劳强度。表面淬火可提高工件的疲劳强度。加热速度快，没有保温时间，效率高，工件氧化脱碳少，淬火变形也小。加热速度快，没有保温时间，效率高，工件氧化脱碳少，淬火变形也小。加热温度和淬硬层厚度容易控制，便于实现机械化和自动化。加热温度和淬硬层厚度容易控制，便于实现机械化和自动化。可实现连续加热、一次加热和局部加热淬火。可实现连续加热、一次加热和局部加热淬火。其缺点是设备较贵，形状复杂的零件处理较困难。其缺点是设备较贵，形状复杂的零件处理较困难。感应加热后，采用水、乳化液或聚乙稀醇水溶液喷射淬火，感应加热后，采用水、乳化液或聚乙稀醇
21、水溶液喷射淬火，淬火后进行淬火后进行180200低温回火，以降低淬火应力，并保持高硬低温回火，以降低淬火应力，并保持高硬度和高耐磨性。度和高耐磨性。本讲稿第四十三页，共六十一页(2).火焰加热表面热处理火焰加热表面热处理火焰加热表面淬火，是用乙炔火焰加热表面淬火，是用乙炔-氧或煤气氧或煤气-氧等火焰加热工件氧等火焰加热工件表面，进行淬火。表面，进行淬火。火焰加热表面淬火设备简单，操作灵活，成本低等优点。但生火焰加热表面淬火设备简单，操作灵活，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量不稳定。因此主要适产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量不稳定。因此主要适用于单件、小批量生产
22、及大型零件（如大型齿轮、轴、轧锟等）的用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧锟等）的表面淬火。表面淬火。本讲稿第四十四页，共六十一页2钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。进表面性能，满足技术要求的热处理过程。种类：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。种类：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。作用：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及作用
23、：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及疲劳强度等。疲劳强度等。本讲稿第四十五页，共六十一页化学热处理基本过程：化学热处理基本过程：介质的分解加热时介质分解，释放出欲渗入元素的活性原子；介质的分解加热时介质分解，释放出欲渗入元素的活性原子；表面吸收表面吸收分解出的活性原子在钢件表面被吸收并溶解，超过溶解度分解出的活性原子在钢件表面被吸收并溶解，超过溶解度时还能形成化合物；时还能形成化合物；原子扩散原子扩散溶入元素的原子在浓度梯度的作用下由表及里溶入元素的原子在浓度梯度的作用下由表及里扩散，形成一定厚度的扩散层。扩散，形成一定厚度的扩散层。本讲稿第四十六页，共六十一页(1)渗碳渗碳钢件在渗
24、碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表层工艺称为渗钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表层工艺称为渗碳。碳。1)渗碳目的：增加低碳钢表层的碳质量分数和获得一定碳浓度梯度，渗碳目的：增加低碳钢表层的碳质量分数和获得一定碳浓度梯度，（碳质量分数约（碳质量分数约1.0%）,再经过淬火和回火处理。提高表面的硬再经过淬火和回火处理。提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性。度、耐磨性和疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性。2)应用应用：用于承受大的交变接触应力、严重磨损和较大冲击载荷的零用于承受大的交变接触应力、严重磨损和较大冲击载荷的零件，例如各种齿轮、活塞销、套筒等。件，
25、例如各种齿轮、活塞销、套筒等。本讲稿第四十七页，共六十一页3)渗碳方法渗碳方法气体渗碳气体渗碳将工件在密封的渗碳炉中，加热到将工件在密封的渗碳炉中，加热到900950，向炉内滴入，向炉内滴入易分解的有机液体（如煤油、苯、甲醇等），或直接通入渗碳气体易分解的有机液体（如煤油、苯、甲醇等），或直接通入渗碳气体（如煤气、石油液化气等），通过下列反应产生活性碳原子，使钢（如煤气、石油液化气等），通过下列反应产生活性碳原子，使钢件表面渗碳：件表面渗碳：2COCO2+CCO2+H2H2O+CCnH2nnH2+nCCnH2n+2（n+1）H2+nC气体渗碳的优点是生产效率高，劳动条件好，渗碳过程气体渗碳的优
26、点是生产效率高，劳动条件好，渗碳过程中可以控制，渗碳层的质量和机械性能较好。此外，还可进中可以控制，渗碳层的质量和机械性能较好。此外，还可进行直接淬火。行直接淬火。本讲稿第四十八页，共六十一页2一、碳钢的分类和编号一、碳钢的分类和编号1.按钢的碳质量分数分按钢的碳质量分数分低碳钢低碳钢w(C)0.25%中碳钢中碳钢0.25w(C)0.6%3.4常用钢的分类、牌号和应用常用钢的分类、牌号和应用本讲稿第四十九页，共六十一页32按钢的质量分按钢的质量分普通碳素钢普通碳素钢Ws、Wp0.45%优质碳素钢优质碳素钢Ws、Wp0.35%高级优质钢高级优质钢（标（标A）Ws0.20%Wp0.30%特级优质钢
27、特级优质钢（标（标E）Ws0.15%Wp0.25%3按钢的用途分按钢的用途分碳素结构钢碳素结构钢（工程结构和机械零件用钢）（工程结构和机械零件用钢）碳素工具钢碳素工具钢（刃具、量具和模具用钢）（刃具、量具和模具用钢）铸钢铸钢4按钢脱氧程度分：按钢脱氧程度分：沸腾钢沸腾钢（标（标F）、）、镇静钢（镇静钢（标标Z，可省略），可省略）半镇静钢半镇静钢（标（标b）本讲稿第五十页，共六十一页二、碳钢的牌号及用途二、碳钢的牌号及用途1碳素结构钢碳素结构钢牌号牌号:Q+数字数字质量等级质量等级脱氧程度符号脱氧程度符号例例：Q235AF（屈服强度（屈服强度235MPa,A级沸腾钢）级沸腾钢）（Q屈服点屈服点“
28、屈屈”字拼音首字母。数字为屈服强度数值。质量等级字拼音首字母。数字为屈服强度数值。质量等级A、B、C、D四级）四级）Q215Q255Q195Q235Q275塑性好，钢板、钢筋、型钢塑性好，钢板、钢筋、型钢、螺钉、螺帽螺钉、螺帽。强度高的型钢、钢板做较大型构件。强度高的型钢、钢板做较大型构件。重要焊接结构件重要焊接结构件本讲稿第五十一页，共六十一页2优质碳素结构钢优质碳素结构钢钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。如：如：08F，30A，45，15Mn（F表沸腾钢）表沸腾钢）（0.30%C，后有，后有“A”表高级优质钢）表高级优质钢）注：注：Mn指含指含M
29、n量高量高0.71.2（制作各种机器零件，一般进行热处理）（制作各种机器零件，一般进行热处理）08F塑性好，轧成薄板和钢带做冷冲压件塑性好，轧成薄板和钢带做冷冲压件10，20冷冲压件，焊接件，渗碳处理。冷冲压件，焊接件，渗碳处理。35，45，40，50齿轮、轴类、连杆齿轮、轴类、连杆、销类件。销类件。60，65小尺寸弹簧元件。小尺寸弹簧元件。本讲稿第五十二页，共六十一页3碳素工具钢碳素工具钢（WC0.651.35）碳碳素素工工具具钢钢生生产产成成本本较较低低；易易于于冷冷、热热加加工工，在在热热处处理理后后有有相相当当高高的的硬硬度度；在在受受热热不不大大的的情情况况下下工工作作时时有有较较好
30、好的的耐耐磨磨性性，所所以得到广泛的使用。以得到广泛的使用。化学成分化学成分:为为了了有有足足够够高高的的硬硬度度及及较较好好的的耐耐磨磨性性，碳碳素素工工具具钢钢一一般般含含有有0.65-1.35%C。含含碳碳量量越越高高，则则钢钢的的耐耐磨磨性性越越好好，而而韧韧性性越越差差。常常用用的的碳碳素素工工具具钢钢有有T7、T8、T9、T10、T11、T12及及T13各各类类。随随着着数数字字的的升升高高，钢钢的的硬硬度度与与耐耐磨磨性增高，而韧性逐渐下降。性增高，而韧性逐渐下降。碳素工具钢中加少量（碳素工具钢中加少量（0.35-0.60%）的锰，如）的锰，如T8Mn，可提高钢，可提高钢的淬透性
31、，但含锰量过高会使钢的韧性下降。的淬透性，但含锰量过高会使钢的韧性下降。本讲稿第五十三页，共六十一页钢号钢号:T+数字数字数字数字为平均碳质量分数的为平均碳质量分数的千分数千分数的数字的数字T为为“碳碳”字拼音首字母字拼音首字母如：如：T10A,T9,T12Mn(A表示高级优质碳素工具钢）表示高级优质碳素工具钢）注：注：Mn指含指含Mn量高量高0.40.6T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9，T10，T11，强度，韧性适中，可制作钻头、，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。T12，T13，
32、硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。T10A本讲稿第五十四页，共六十一页四、合金钢四、合金钢碳钢的不足：碳钢的不足：碳钢淬透性低，不适易形状复杂和尺寸大的工件。碳钢淬透性低，不适易形状复杂和尺寸大的工件。只能水冷，易变形开裂，性能不均，只能水冷，易变形开裂，性能不均，强度和屈强比低强度和屈强比低回火稳定性差。回火稳定性差。不能满足特殊性能的要求。不能满足特殊性能的要求。耐热、耐蚀、抗氧化、耐磨、红硬性等。耐热、耐蚀、抗氧化、耐磨、红硬性等。本讲稿第五十五页，共六十一页（一）、合金钢的分类（一）、合金钢的分类1、按合金元素质量分数总量分类、按合金元
33、素质量分数总量分类2按用途分类按用途分类（1）低合金钢）低合金钢总量低于总量低于5（2）中合金钢）中合金钢总量总量510（3）高合金钢）高合金钢总量大于总量大于10（1）合金结构钢）合金结构钢（2）合金工具钢）合金工具钢（3）特殊钢）特殊钢（低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金渗碳钢、合金调质钢合金调质钢、合金弹簧钢合金弹簧钢、滚动轴承钢、滚动轴承钢）（合金刃具钢、合金模具钢、合金量具钢）（合金刃具钢、合金模具钢、合金量具钢）（不锈钢、耐热钢、耐磨钢）（不锈钢、耐热钢、耐磨钢）本讲稿第五十六页，共六十一页（二）、合金结构钢（二）、合金结构钢编号方法：编号方法：Q+屈服强度屈服
34、强度+质量等级质量等级（A,B,C,D）如：如：Q295Q345Q390Q420Q460合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢合金弹簧钢合金弹簧钢两位数字两位数字+所加合金元素符号和其百分含量所加合金元素符号和其百分含量类推类推（两位数字为平均碳质量分数的万分数，两位数字为平均碳质量分数的万分数，加加A为高级优质。）为高级优质。）（如（如合金元素含量少于合金元素含量少于1.5时不标数）时不标数）1.52.49标标22.53.49标标3类推类推如：如：20CrMnTi20Cr2Ni4A40CrMo60Si2Mn滚动轴承钢滚动轴承钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢G+CR+数字数字（“G”滚
35、字拼音首字母）滚字拼音首字母）数字为数字为Cr含量的千分数含量的千分数如：如：GCr6GCr9GCr15本讲稿第五十七页，共六十一页低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢1.成分特点成分特点低低C:0.2%保证韧性、焊接性、冷成型性。保证韧性、焊接性、冷成型性。合金元素以合金元素以Mn为主、为主、Mn和和Si产生产生固溶强化固溶强化加入加入V,Nb,Ti等元素细化等元素细化F晶粒和细化碳化物而沉淀强化晶粒和细化碳化物而沉淀强化加入加入Cu抗腐蚀抗腐蚀2.性能特点性能特点高强度高强度:s300MPa高韧性高韧性良好焊接性能和冷成形性能良好焊接性能和冷成形性能耐大气腐蚀耐大气腐蚀使用组织：使用组织：
36、P细细F本讲稿第五十八页，共六十一页3.常见钢号及其应用常见钢号及其应用Q295Q345Q390Q420Q460一般工程结构，桥梁一般工程结构，桥梁、车辆，油罐、容器等、车辆，油罐、容器等大型桥梁大型桥梁,船舶船舶,压力容器，焊接结构压力容器，焊接结构.高压锅炉高压锅炉,高压容器，大型船舶高压容器，大型船舶本讲稿第五十九页，共六十一页合金渗碳钢合金渗碳钢1.成分特点成分特点低低C:0.1%0.25%加入提高淬透性元素加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B加入加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍等阻碍A晶粒长大和形成提高耐磨性晶粒长大和形成提高耐磨性Ni增加渗层塑性、韧性增加渗层塑性、韧性2.性能
37、特点性能特点渗层硬度高渗层硬度高,耐磨耐磨,抗接触疲劳抗接触疲劳,且有适当塑性且有适当塑性,韧性韧性心部高韧性和足够强度心部高韧性和足够强度良好的热处理工艺性能良好的热处理工艺性能。晶粒不宜长大，良好淬透性。晶粒不宜长大，良好淬透性。本讲稿第六十页，共六十一页3.热处理及使用态组织热处理及使用态组织表层：表层：MA心部：心部：淬透，低淬透，低C的的M未淬透，未淬透，TMF(少量少量)4.典型钢号及其应用典型钢号及其应用低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢:20Cr,15Cr冲击载荷小的耐磨件冲击载荷小的耐磨件,如小轴如小轴,活塞销活塞销,小齿轮小齿轮.中淬透性中淬透性:20CrMnTi有良好的力学性能和工艺性能有良好的力学性能和工艺性能,适合高速较高载有冲击的耐磨件适合高速较高载有冲击的耐磨件,如重要齿轮如重要齿轮,连轴器连轴器,十字销头十字销头.高淬透性高淬透性:18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A适合重载大截面重要耐磨件适合重载大截面重要耐磨件,如齿轮、柴油机曲轴如齿轮、柴油机曲轴,连杆等。连杆等。预先热处理：正火预先热处理：正火最终热处理：渗碳淬火最终热处理：渗碳淬火+低温回火低温回火本讲稿第六十一页，共六十一页