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1、碳钢及合金钢重点要求重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；一般要求一般要求.特殊性能钢；特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。时效处理、热硬性等概念。3.1.1碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途3.1 碳钢碳钢3.1.1 3.1.1 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类.成分成分 w(C)2.11%Mn、Si 固溶强化固溶强化S 热脆热脆
2、P 冷脆冷脆 O、N、H 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧性.分类分类 1）按）按C含量分含量分低低C钢钢w(C)0.25%中中C钢钢 0.25%w(C)0.6%高高C钢钢w(C)0.6%2）按质量分（）按质量分（S、P含量）含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分）按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。碳素结构钢、碳素工具钢。3.1.23.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途1碳素结构钢碳素结构钢2优质碳素结构钢优质碳素结构钢3碳素工具钢碳素工具钢1碳素结构钢碳素结构钢牌号牌号 如如 Q215B，表示表示 s 215 MPa（厚度厚度 1
3、6mm），），B级质量。级质量。表表3-1 3-1 碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)GB/T700-1988)牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧脱氧方法方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.300.050/0.0450.045F,b,ZQ235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.0
4、45F,b,ZC0.180.35-0.800.300.0400.040ZD0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.300.050/0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045ZGB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能，B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分，C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学
5、成分及力学性能。Q195 Q195 A1A1；B1B1Q215 Q215 A2A2；C2C2Q235 Q235 A3A3；C3C3Q255 Q255 A4A4；C4C4Q275 Q275 C5C5碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照表表3-2 3-2 碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s，MPa抗拉抗拉强度强度 b b/MPa伸长率伸长率 s ,%温度温度V V型冲型冲击功击功(纵向纵向)J钢材厚度钢材厚度(直径直径)，mm钢材厚度钢材厚度(直径
6、直径),),mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。热处理：热处理：热轧空冷空冷组织组织：SF多边型角
7、钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁2优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号 如如 45 钢，含钢，含C量为量为 45/10000=0.45%。表表3-4 3-4 优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.5
8、0-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062（摘自（摘自GB/T1825
9、42002）应用应用 GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。热处理热处理:球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火冷处理，时效（冷处理，时效（120120140,10140,102020h）：）：稳定尺寸，去应力。稳定尺寸，去应力。组织组织 回火回火M 细碳化物少量细碳化物少量A 1 1合金刃具钢合金刃具钢2 2合金模具钢合金模具钢3 3量具用钢量具用钢3.2.3.2.3 3合金工具钢合金工具钢1合金刃具钢合金刃具钢（）性能要求（）性能要求高硬度高硬度 机加工刀具机加工刀具HRC60 高耐磨性高耐磨性 刀具寿命和生产率刀具寿命和生产率组织要求组织要求
10、硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性（红硬性）高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性足够的韧性 以承受冲击载荷以承受冲击载荷（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢成分成分 w(C)=0.9 1.5%，合金元素合金元素5%。性能性能 HRC60，使用温度使用温度200 300 。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w/%热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.95
11、1.25860880油油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/T12992000）热处理热处理 球化退火（球化退火（+机加工）机加工）+淬火淬火+低温回火低温回火最终组织最终组织 回火回火M+合金碳化物合金碳化物 +少量少量A 应用应用 如如9SiCr，做板牙、丝锥等。做板牙、丝锥等。板牙板牙丝锥丝锥（）高速钢（）高速钢 成分特点：成分特点：高碳，高碳，w(C)=0.7 1.2%，一方面保证能与一方面保证能与WCrV等形成足量的碳化物，等形成足量的碳化物，另一方面还要有一定的碳溶于奥氏
12、体中保证另一方面还要有一定的碳溶于奥氏体中保证M的硬度；的硬度；加入加入Cr、W、Mo、V等合金元素，等合金元素，Cr提高淬透性和抗氧化脱碳，提高淬透性和抗氧化脱碳，W、Mo 保证红硬保证红硬性，性，V形成形成VC，弥散分布，提高硬度和耐磨性；，弥散分布，提高硬度和耐磨性；性能：性能：高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性 VC等弥散硬化等弥散硬化 高热硬性高热硬性 600 时时HRC62，W2C等提高热硬性。等提高热硬性。高淬透性高淬透性 尺寸不大时可空冷淬火，尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。等元素提高淬透性。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrM
13、o淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285 油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.751.752.203.804.404.755.5012101230油油540560三次三次63热处理热处理（锻造（锻造+）球化退火（）球化退火（+机加工）机加工）淬火淬火+回火回火锻造目的锻造目的 成型；使成型；使铸态铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。淬火，淬火，1280 增加增加A、M中中合金含量合金含量，提高热硬性。，提高热硬性。淬火组织（左图）：淬
14、火组织（左图）：M+碳化物碳化物 +A 最终组织最终组织（右图）：回火（右图）：回火M+粒状碳化物粒状碳化物 +少量少量 A 回火，回火，560，三次，三次 W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除弥散硬化，二次淬火基本消除A 。应用应用 高速车刀、钻头、高速车刀、钻头、铣刀铣刀等。等。2合金模具钢合金模具钢（）冷模具钢（）冷模具钢 冷冲、冷镦、冷挤压模等。冷冲、冷镦、冷挤压模等。性能性能 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力，热处理变形小。高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力，热处理变形小。应用应用小型模具小型模具 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。等。大型模具大型模具 Cr12、Cr1
15、2MoV 等，热处理变形小。等，热处理变形小。成分特点成分特点：高碳（高碳（1.01.0），保证高硬度和耐磨性；），保证高硬度和耐磨性；加入加入CrCr、W W、MoMo、V V等合金元素，形成难熔碳化物，提高耐磨性。等合金元素，形成难熔碳化物，提高耐磨性。如如Cr12型钢中型钢中CrCr含量达含量达1212，形成，形成M7C3M7C3型碳化物，极大的提高耐型碳化物，极大的提高耐 磨性，且磨性，且CrCr还显著提高钢的淬透性。还显著提高钢的淬透性。最终最终热处理热处理 淬火淬火+低温回火低温回火最终组织最终组织 回火回火M+碳化物碳化物 +少量少量 A（）热模具钢（）热模具钢 热锻、热挤压、压
16、铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。性能性能 耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。应用应用 中小型模具中小型模具 5CrMnMo 等。等。大型模具大型模具 3Cr2W8V等，淬透性好。等，淬透性好。H13钢（钢（4Cr5MoV1Si）最终最终热处理热处理 淬火淬火 +高温回火高温回火最终组织最终组织 回火回火T 或或 回火回火S3量量具用钢具用钢 卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等性能性能 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用应用 简单量具简单量具 T10A、T12A 等。等。高精度量具高精度量具 GCr15、CrWMn 等。等。最终最终热处理
17、热处理 淬火淬火 +（-70-80）冷处理）冷处理+低温回火低温回火+时效处理时效处理时效处理：时效处理：120130，保温几几十小时，使，保温几几十小时，使M、A 稳定，消除内应力。稳定，消除内应力。最终组织最终组织 回火回火M+碳化物碳化物 +少量少量A 1 1不锈钢不锈钢2 2耐热钢耐热钢3 3耐磨钢耐磨钢3.2.3.2.4 4特殊性能钢特殊性能钢1.不锈钢不锈钢钢的抗腐蚀措施钢的抗腐蚀措施形成单相组织。形成单相组织。加入加入Cr，降低两相的电极电位差。，降低两相的电极电位差。加入加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜等，生成致密的表面氧化膜。常用不锈钢常用不锈钢F 型型 如如 1Cr1
18、7，化工设备、食品工业。化工设备、食品工业。M 型型 如如 1Cr13 用于汽轮机叶片；用于汽轮机叶片；3Cr13 做手术器具及刀具。做手术器具及刀具。A 型型 如如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。用于化工、食品、医疗行业。A-FA-F型型 如如 1 1Cr21Ni5TiCr21Ni5Ti成分特点：成分特点：1.含碳量：含碳量：耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般C 0.1 （防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）（防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）2.加入主要加入主要耐蚀元素耐蚀元素Cr；提高钢基体的电极电位（；提高钢基体的电极电位（Cr 12）
19、，并，并 在氧化介质中极易形成钝化膜。在氧化介质中极易形成钝化膜。3.加入加入镍镍：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。4.加入加入钼钼、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。5.加入加入钛、铌钛、铌：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 bMPasMPa5%HRCHB1Cr130.1512149501000水水,油油7007504Cr130.360.451
20、21410501100油油200300M型型540345680400254159501Cr170.121618780850正火正火0Cr18Ni90.07171981210101150水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.80.350.89501100水水,空空60035020奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：1.水韧处理水韧处理将钢加热至10501150，使碳化物充分溶解，然后水冷，获得单
21、相奥氏体组织，提高耐蚀性。2.稳定化处理稳定化处理固溶处理后，将钢加热至850880，使钢中Cr的碳化物完全溶解，而Ti等的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，让溶于奥氏体的C与Ti以TiC形式析出，防止晶间腐蚀。（用于含Ti或Nb的钢）3.消除应力退火消除应力退火将钢加热至300350消除冷加工应力，加热至850以上消除焊接残余应力。.耐热钢耐热钢抗氧化性：抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力金属在高温下的抗氧化能力热强性：热强性：热强性是指钢在高温下的强度热强性是指钢在高温下的强度用途：锅炉、燃气轮机等用途：锅炉、燃气轮机等类类别别钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回火回火C
22、CrNiTiM型型1Cr130.1512149501000油油7007501Cr11MoV0.110.181011.5Mo0.50.710501100空空720740A型型1Cr18Ni9Ti0.1217198110.50.89201150水水机械性能机械性能 bMPasMPa5403454906855202055%2040HB 159159187.耐磨钢耐磨钢ZGMn13成分特点：高碳，保证硬度和耐磨性（但不超过成分特点：高碳，保证硬度和耐磨性（但不超过1.4保证韧性）；保证韧性）；高锰，保证完全获得奥氏体组织；高锰，保证完全获得奥氏体组织；一定的硅，改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。一
23、定的硅，改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。热处理热处理：水韧处理：水韧处理 加热至加热至10001100，保温使碳化物全部溶解，水冷，在室温下，保温使碳化物全部溶解，水冷，在室温下 得到单相得到单相A组织，硬度低组织，硬度低，韧性高。韧性高。性能：性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度转变，硬度 显著提高，心部保持高韧性。显著提高，心部保持高韧性。用途：履带、铁道岔道用途：履带、铁道岔道小结小结重点要求重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织
24、，性能及用途。合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；一般要求一般要求.特殊性能钢；特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。时效处理、热硬性等概念。作作 业业 3 3P2122week12,Nov162.2.3)3)，7)7)9)9)，21)21)3.3.2)2)，5)5)P2122week12,Nov182.2.4)4)6)6)，10)10)，12)12)3.3.1)1)，3)3)，4)4)，6)6)，7)7)作作 业业 3 3a a2.2.27)27)除（除（）、（）、（）外，几乎所有的合金元素都使
25、）外，几乎所有的合金元素都使M Ms s、M Mf f点下降，点下降，因此淬火后相同因此淬火后相同C C质量分数的合金钢与质量分数的合金钢与C C钢相比，残余钢相比，残余A A（）,使钢的硬度（使钢的硬度（）。）。CoCoAlAl增多增多下降下降3.3.26)26)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（）NoNo28)28)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（）NoNo作业作业2 2f f 参考答案参考答案 P145.5.26)26)直径为直径为1010 mmmm 的的共析钢小试样加热共析钢小试样加热 AcAc+30
26、30，用，用图图1-3 所示的冷却所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。答：答：a M+Aa M+A单液淬火单液淬火b M+Ab M+A分级淬火分级淬火c T+M+Ac T+M+A油冷淬火油冷淬火d d 下下B B 等温淬火等温淬火e S e S 正火正火f P f P 完全退火完全退火g P g P 等温退火等温退火 作业作业2 2f f 参考答案参考答案 P155.5.29)29)说明直径为说明直径为1010 mmmm 的的 45 钢试样分别经下列温度加热：钢试样分别经下列温度加热：7000、760
27、0、8400、11000，保温后在水中冷却得到的室温组织。，保温后在水中冷却得到的室温组织。答：答：7000F+PF+P7600M+F M+F 8400M M1111000粗粗 M M 33)33)甲、乙两厂生产同一零件，均选用甲、乙两厂生产同一零件，均选用4545钢，硬度要求钢，硬度要求220220250250HBHB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别甲、乙两厂产品的组织和性能差别。答：答：甲甲厂厂F+SF+S乙厂乙厂回火回火S S，韧性较好。韧性较好。作业作业3 3 参考答案参考答
28、案 P21-222.2.3)20 3)20 是（是（）钢，可制造（）钢，可制造（）。）。优质碳素结构优质碳素结构冲压、焊接件冲压、焊接件 7)7)T12 T12 是（）钢，可制造（）。是（）钢，可制造（）。碳素工具碳素工具锉刀、量规等锉刀、量规等 8)8)16Mn 16Mn 是（）钢，可制造（）。是（）钢，可制造（）。低合金结构低合金结构 桥梁桥梁 9)9)40Cr 40Cr 是（）钢，可制造（）。是（）钢，可制造（）。合金调质合金调质车床齿轮车床齿轮 21)21)20CrMnTi 20CrMnTi 是（）钢，是（）钢，Cr,MnCr,Mn的主要作用是的主要作用是（）（）,TiTi的主要作用是
29、的主要作用是（），热处理工艺是（），热处理工艺是（）。合金渗碳合金渗碳提高淬透性提高淬透性3.3.)T8T8钢比钢比T12T12和和4040钢有更好的淬透性和淬硬性。（钢有更好的淬透性和淬硬性。（）NoNo)T8T8钢与钢与2020MnVBMnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（相比，淬硬性和淬透性都较低。（）NoNo细化晶粒细化晶粒渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火2.2.4)9 4)9SiCr SiCr 是（是（）钢，可制造（）。）钢，可制造（）。低合金刃具钢低合金刃具钢板牙、丝锥板牙、丝锥 5)55)5CrMnMo CrMnMo 是（）钢，可制造（）。是（）钢，可制造（）。热模具钢热模具
30、钢热锻、压铸模热锻、压铸模 6)6)Cr12MoV Cr12MoV 是（）钢，可制造（）。是（）钢，可制造（）。冷模具钢冷模具钢 冷冲、冷挤压模冷冲、冷挤压模 10)6010)60Si2Mn Si2Mn 是（）钢。是（）钢。合金弹簧钢合金弹簧钢 12)112)1Cr13 Cr13 是（）钢，可制造（）是（）钢，可制造（）。M M型不锈钢型不锈钢3.3.1)1)调质钢的合金化主要是考虑提高其红调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。（硬性。（）NoNo3)3)A A型型不锈钢可采用加工硬化提高强度不锈钢可采用加工硬化提高强度。（。（）YesYes4)4)高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。（。（）NoNo6)18-4-16)18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地 溶入溶入A中，从而提高钢的红硬性中，从而提高钢的红硬性。（。（）YesYes7)7)A A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。（。（）NoNo汽轮机叶片汽轮机叶片此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢