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1、工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德（二）编号（二）编号数字化学元素数字数字化学元素数字合金元素平均含量主要合金元素符号平均含碳量1工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德 1、含碳量的标记结构钢：wC10,000工具钢：wC1,000，为了避免与结构钢混淆，又规定wC1.0%时不予以标注，高速钢例外，其wC 1.0%也不标注。特殊性能钢：wC1,000 wC=0.080.1%，标 1 wC=0.030.08%，标 0 wC 0.03%，标 002工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德 2、合金元素含量的标记wMe%800MPa,b980MPa,10%,45%,ak-2（一）（一）成分及
2、性能特点成分及性能特点16（二）（二）典型牌号典型牌号低淬透性合金调质钢低淬透性合金调质钢 40Cr、40MnB中淬透性合金调质钢中淬透性合金调质钢 35CrMo、38CrSi高淬透性合金调质钢高淬透性合金调质钢 38CrMoAl、40CrNiMoA 17四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢是是用用来来制制造造弹弹簧簧和和其其它它弹弹性性零零件件的的钢钢种种。如如拖拖拉拉机机和和火火车车上上的的板板弹簧和螺旋弹簧。弹簧和螺旋弹簧。弹性比功是关键。弹性比功是关键。应力 应变 e应力 应变 18中中高高碳碳wc0.70%，含含C量量比比合合金金调调质质钢钢高高，保保证证高高强强度度和和高高的的弹弹性极限。
3、性极限。加加Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W,以以提提高高钢钢的的淬淬透透性性和和回回火火抗抗力力，强化铁素体强化铁素体加加Mo、W、V、Nb，以以降降低低因因Si的的加入造成的脱加入造成的脱C敏感性敏感性（一）（一）成分及性能特点成分及性能特点1960Si2Mn含含Si、Mn元元素素的的合合金金弹弹簧簧钢钢，用用于于制制造造截截面面尺尺寸寸25mm的的弹弹簧簧，如如汽汽车车脱脱拉拉机机的的板板弹簧弹簧50CrVA含含Cr、V元元素素的的合合金金弹弹簧簧钢钢，用用于于截截面面30mm并并在在350400工工作作的的重重载载弹弹簧簧，如如阀门弹簧阀门弹簧（二）典型牌号（二）典型牌号热处理：热
4、处理：淬火+中温回火组织：组织：回火T20五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套圈等钢种。也可以用于制作精密和套圈等钢种。也可以用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。要求具有高的接触疲劳强度，高要求具有高的接触疲劳强度，高而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐蚀性能。蚀性能。21高碳高碳wC1.1%传传统统轴轴承承钢钢是是高高C低低Cr钢钢，可可以以保保证证钢钢有有高高的的硬硬度度和和强强度度。wCr=0.35%1.
5、95%，提提高高钢钢的的淬淬透透性性，并并形形成成合合金金渗渗碳碳体体，使钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。使钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。对对于于大大型型轴轴承承用用钢钢加加Si、Mn、Mo可可进一步提高淬透性、强度和弹性极限。进一步提高淬透性、强度和弹性极限。轴轴 承承 钢钢 要要 求求 纯纯 度度 高高，wS0.020%,wP0.027%（一）成分及性能特点（一）成分及性能特点22 含含Cr轴承钢轴承钢 GCr9、GCr15、GCr9SiMn、GCr15SiMn无无Cr轴承钢，性能和轴承钢，性能和GCr 15相当相当GMnMoVRe、GSiMoMnV（二）典型牌号（二）典型牌号热处理：热
6、处理：淬火+低温回火组织：组织：回火M23242526六、超高强度钢六、超高强度钢工工 程程 上上 把把 抗抗 拉拉 强强 度度 1500MPa以以上上的的钢钢称称为为超超高高强强度度钢钢。主主要要用用于于制制造造飞飞机机起起落落架架、机机翼翼大大粱粱，火火箭箭发发动动机机壳壳体体、液液体体燃燃料料氧氧化化剂剂储储藏藏箱箱、炮炮筒筒、枪枪筒、防弹板等等。筒、防弹板等等。27wC=0.03%0.45%，含，含C范围宽。范围宽。按按少少量量多多元元的的原原则则加加入入合合金金元元素素：Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Nb、Ti、Al Cr、Mn、Ni、Si 钢的淬透性；钢的淬透性；Mo、V、Nb
7、、Ti、Al形形成成特特殊殊碳碳化物使钢产生二次硬化，化物使钢产生二次硬化，V、Nb、Ti 有细化晶粒的作用有细化晶粒的作用（一）成分及性能特点（一）成分及性能特点28低合金超高强度钢低合金超高强度钢 wMe5%中合金超高强度钢中合金超高强度钢 5 wMe10%高合金超高强度钢高合金超高强度钢 wMe10%分类分类294.3 合金工具钢合金工具钢 工具钢是用于制造工具钢是用于制造 刃具、模具、量具刃具、模具、量具 的钢种。的钢种。30刃具是用来进行切削加工的刃具是用来进行切削加工的工具，其服役条件是：工具，其服役条件是：摩擦导致严重磨损，伴随高温摩擦导致严重磨损，伴随高温大的切削力导致刃部崩缺
8、大的切削力导致刃部崩缺振动，冲击使刃具发生断裂振动，冲击使刃具发生断裂 一、一、工具的服役条件工具的服役条件（一）刃具（一）刃具31冷作模具冷作模具室温金属变形的模具室温金属变形的模具热作热作 模具模具热态金属变形的模具热态金属变形的模具可能的失效可能的失效 磨损，刃口钝化，塌陷，沟磨损，刃口钝化，塌陷，沟槽，热疲劳，断裂。槽，热疲劳，断裂。（二）模具（二）模具32磨损磨损碰撞碰撞变形变形（三）量具（三）量具33(1)高的硬度高的硬度(2)耐磨损耐磨损(3)足够的韧性足够的韧性(4)抗热脆性抗热脆性(5)耐热疲劳性耐热疲劳性对工具钢的要求对工具钢的要求34二、常用合金工具钢及其热处理二、常用合
9、金工具钢及其热处理合金工具钢合金工具钢高碳低合金高碳低合金工具钢工具钢高碳高合金高碳高合金工具钢工具钢中碳合金中碳合金工具钢工具钢35（一）高碳低合金工具钢（一）高碳低合金工具钢wc=0.85%1.1%,wMe5%加加Si、Mn、Cr、W、V等等，Si、Mn、Cr是是提提高高钢钢的的淬淬透透性性和和回回火火抗抗力力、固固溶溶强强化化M，从从而而提提高高强强度度。W、V是形成特殊化合物，细晶提高韧性。是形成特殊化合物，细晶提高韧性。.成成分及性能特点分及性能特点369Mn2V、9SiCr、Cr2、CrWMn等等 主主要要用用于于制制造造低低速速和和中中速速切切削削刀刀具具，中中等等负负荷荷的的冷
10、冷变变形形模模具具及量具及量具2.典型牌号典型牌号37383.热处理工艺热处理工艺预先热处理预先热处理球化退火球化退火获得颗粒状碳化物获得颗粒状碳化物改善切削加工性能改善切削加工性能最终热处理最终热处理淬火淬火+低温回火低温回火冷处理和时效处理冷处理和时效处理回火后的组织：回火后的组织：细针状回火细针状回火M+细颗粒状碳化物细颗粒状碳化物+少量残余少量残余A39（二）高碳高合金工具钢（二）高碳高合金工具钢 虽虽然然低低碳碳低低合合金金工工具具钢钢的的淬淬透透性性、回回火火抗抗力力及及耐耐磨磨性性比比碳碳素素工工具具钢钢好好，但但是是回回火火温温度度高高于于300时时，其其硬硬度度变变急急剧剧下
11、下降降不不能适合高温的要求。能适合高温的要求。40wc=0.70%2.3%,wMe10%具具有有优优良良的的淬淬硬硬性性、回回火火抗抗力、红硬性和耐磨性力、红硬性和耐磨性1.成成分及性能特点分及性能特点41高高速速钢钢 用用于于制制造造高高速速切切削削刀刀具的钢种有钨系、钼系、钒系等。具的钢种有钨系、钼系、钒系等。高高铬铬钢钢 用用于于制制造造承承受受重重载载荷荷、形形状状复复杂杂，要要求求变变形形小小、耐耐磨磨性性高高、红红硬硬性性好好的的模模具具材材料料。典典型型有有Cr12和和Cr12MoV2.典型分类典型分类42高碳和大量的碳化物形成元素高碳和大量的碳化物形成元素wC1.5%wCr4.
12、0%wW19.0%wMo=06.0%wV5.0%高速钢高速钢a)成成分分43Cr23C6、W2C、Mo2C、Fe3W3C、Fe3Mo3C、VC 保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。b)性能性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。抗脱碳，抗腐蚀能力。W和和Mo提高钢的淬透性，回火抗力，热硬提高钢的淬透性，回火抗力，热硬性，性，W2C、Mo2C 可以在可以在500600产生二次硬化。产生二次硬化。44c)锻造工艺锻造工艺在制造工具前必须进行锻造在制造工具前必须进行锻造使粗大使粗大的碳化物成小颗粒均匀分布以提高的
13、碳化物成小颗粒均匀分布以提高钢的强度，塑性和韧性。钢的强度，塑性和韧性。45d)热处理工艺热处理工艺预先热处理预先热处理球化退火球化退火进一步细化碳化物进一步细化碳化物降低硬度降低硬度改善切削加工性能改善切削加工性能组织为：组织为：S+细粒状碳化物细粒状碳化物最终热处理最终热处理淬火淬火+高温回火高温回火冷处理和时效处理冷处理和时效处理回火后的组织：回火后的组织：细针状回火细针状回火M+细颗粒状碳化物细颗粒状碳化物+少量残余少量残余A46e)常用高速钢常用高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V247高碳高碳 高铬高铬Cr12:wC2.30%wCr13.00%Cr12MoV:wC1.70%wCr
14、12.50%高铬钢高铬钢a)成成分分48可以承受重载荷可以承受重载荷 形状复杂形状复杂 要求变形小要求变形小 耐磨性高耐磨性高 红硬性好红硬性好b)性能性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。抗脱碳，抗腐蚀能力。49c)制造工艺制造工艺球化退火球化退火锻锻 造造机加工机加工淬火淬火+回火回火热处理工艺热处理工艺1热处理工艺热处理工艺2低温淬火低温淬火低温回火低温回火高温淬火高温淬火高温回火高温回火5051（三）中碳合金工具钢（三）中碳合金工具钢 这这类类钢钢主主要要用用来来制制造造热热作作模模具具，如如热热锻锻模模、热热挤挤压压模模、压铸模。压铸模。52wc0.60%加加Mn、Ni、Si、Cr、W、Mo、V等等以以提提高高钢钢的的淬淬透透性性和和回回火火稳稳定定性性及及强强化化F。W、Mo可可抑抑制制高高温温回回火火脆脆性。性。Cr、W、Mo、Si还还能能提提高高钢钢的的耐热疲劳性能。耐热疲劳性能。(1)成分及性能特点成分及性能特点535CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等等(2)典型牌号典型牌号54三、新型合金工具钢三、新型合金工具钢新型新型合金工具钢合金工具钢基体钢基体钢 冷模具钢冷模具钢 热模具钢热模具钢 55