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1、金属工艺学基础（上）第金属工艺学基础（上）第7章章 合金钢合金钢 第第7 7章章 合金钢合金钢碳素钢：碳素钢：生产简单，价格低廉，种类齐全，但碳素钢的生产简单，价格低廉，种类齐全，但碳素钢的强度较低，淬透性差，热硬性、耐磨、耐蚀、耐热性差。强度较低，淬透性差，热硬性、耐磨、耐蚀、耐热性差。合金钢：合金钢：为了改善碳素钢的力学性能、工艺性能或某些为了改善碳素钢的力学性能、工艺性能或某些特殊物理、化学性能，有选择地加入一些合金元素，这类特殊物理、化学性能，有选择地加入一些合金元素，这类钢称为合金钢。钢称为合金钢。7.1 认识合金钢认识合金钢1.Mn1.MnMnMn溶入溶入F F和和FeCFeC3
2、3起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度Mn+SMnSMn+SMnS，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。一般认为，一般认为，MnMn和和SiSi为钢中的为钢中的有益元素有益元素。2.Si2.SiSiSi溶溶入入F F起起固固溶溶强强化化作作用用，提提高高钢钢的的强强度度和和硬硬度度，塑塑韧韧性性稍稍微降低微降低 7.2 钢铁中的元素及其作用钢铁中的元素及其作用一、常存杂质元素对钢性能的影响一、常存杂质元素对钢性能的影响3.S3.S以以FeSFeS的形式存在，使钢的塑性变差；的形式存在，使钢的塑性变差；FeS+FeFeS+
3、Fe低熔点共晶体（低熔点共晶体（985985O OC C）分布在晶界上；）分布在晶界上；在热加工（在热加工（1000-1200 1000-1200O OC C）时共晶体熔化）时共晶体熔化导致钢材沿晶界开裂导致钢材沿晶界开裂“热脆热脆”。MnMn与与S S形成形成MnS(1620MnS(1620）,粒状分布在晶内。粒状分布在晶内。钢中的钢中的MnSMnS夹杂夹杂合金晶界的低熔合金晶界的低熔点硫化物点硫化物比利时阿尔伯比利时阿尔伯特运河钢桥因特运河钢桥因磷高产生冷脆磷高产生冷脆性，于性，于1938年年冬发生断裂坠冬发生断裂坠入河中。入河中。4.P 4.P PP溶于溶于F F，导致钢材强、硬度，导致
4、钢材强、硬度，塑、韧性塑、韧性；特别是使钢在低温时脆性急剧增加特别是使钢在低温时脆性急剧增加冷脆。冷脆。S、P P多，脆性大，多，脆性大，有害元素有害元素；S、P P有利的一面，若含量适当可提高钢的切削性能有利的一面，若含量适当可提高钢的切削性能（S S0.05%0.05%、P 0.045%0.045%），易切削钢（改善切削加工性）。），易切削钢（改善切削加工性）。激激光光制制导导炮炮弹弹 合金元素分类合金元素分类（根据与碳亲和力的大小）：（根据与碳亲和力的大小）：强碳化物形成元素：强碳化物形成元素：Ti、Nb、Zr、V等等中强碳化物形成元素：中强碳化物形成元素：W、Mo、Cr弱碳化物形成元素
5、：弱碳化物形成元素：Mn、Fev合金元素对钢的相变、组织和性能的影响合金元素对钢的相变、组织和性能的影响 都取决于它们与钢中的都取决于它们与钢中的FeFe或或C C的相互作用的相互作用二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用1 1）形成碳化物的合金元素：）形成碳化物的合金元素：ZrZr、TiTi、NbNb、V V、W W、M0M0、CrCr、Mn Mn、FeFe等等1 1、合金元素与碳的作用、合金元素与碳的作用82 2）非碳化物合金元素：）非碳化物合金元素：如如NiNi、SiSi、AlAl、C0C0、CuCu等等这些元素只能溶入铁素体形成这些元素只能溶入铁素体形成固溶体固溶体或者以或者
6、以第二相第二相形式形式分布在钢中。分布在钢中。2、合金元素与铁的作用合金元素与铁的作用图图 合金元素对铁素体性能的影响合金元素对铁素体性能的影响a)a)对硬度的影响对硬度的影响 b)b)对韧性的影响对韧性的影响3、合金元素对、合金元素对Fe-C合金相图的影响（点、线、区）合金相图的影响（点、线、区）扩大奥氏体区：扩大奥氏体区：C、N、Co、Ni、Mn、Cu奥氏体形成元素奥氏体形成元素Mn对相图的影响：对相图的影响：低温、低碳低温、低碳缩小奥氏体区：缩小奥氏体区：Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al 铁素体形成元素铁素体形成元素Cr对铁碳合金相图的影对铁碳合金相图的影响响:高温、低碳高温、低碳使
7、使S、E点的含碳量降低（共析温度、成分）点的含碳量降低（共析温度、成分）727缩小缩小区区扩大扩大区区0.77124 4、合金元素对钢热处理工艺的影响、合金元素对钢热处理工艺的影响1 1）对加热时奥氏体化的影响对加热时奥氏体化的影响对形成对形成A速度的影响速度的影响(由由C来控制来控制)Co、Ni加速扩散加速扩散 Mo、W、V、Ti阻碍扩散阻碍扩散对对A晶粒度的影响晶粒度的影响 P、Mn促进促进 Ti、Nb、V强烈阻碍强烈阻碍(AlN)W、Mo、Cr有一定阻碍作用有一定阻碍作用 Si、Ni、Co、Cu影响不大影响不大a）等温转变）等温转变C曲线的位置与形状：曲线的位置与形状：非非(弱弱)碳化物
8、形成元素：碳化物形成元素：Ni、Si、Mn、Cu溶溶入奥氏体、增大稳定性，使入奥氏体、增大稳定性，使C曲线右移、曲线右移、Ms点降低点降低碳化物形成元素碳化物形成元素：V、W、Mo、Cr、Ti不仅使不仅使C曲线右移，而且分离成两个曲线右移，而且分离成两个“鼻子鼻子”2 2）对钢冷却转变的影响）对钢冷却转变的影响图图 合金元素对等温转变图的影响合金元素对等温转变图的影响a a）只改变位置）只改变位置 b)b)位置、形状均改变位置、形状均改变b）对过冷奥氏体马氏体转变的影响）对过冷奥氏体马氏体转变的影响除除Co、Al外，大多数合金元素均能降低胍点，外，大多数合金元素均能降低胍点，使残留奥氏体量增加
9、。使残留奥氏体量增加。影响最显著的合金元素是影响最显著的合金元素是Mn、Ni、Cr、Mo等。等。5、对钢回火转变的影响对钢回火转变的影响提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si产生二次硬化产生二次硬化：Mo W V Ti在在500600 回火时硬度升高回火时硬度升高回火脆性回火脆性:第一类：第一类：250400 不可逆不可逆 第二类：第二类：500600可逆可逆(Cr Mn Ni)7.3 合金钢的分类方法合金钢的分类方法低合金钢（低合金钢（5%5%）中合金钢（）中合金钢（510%510%）高合金钢（高合金钢（10%10%）合金钢合金钢按合金元按合金元素总量素总量按合
10、金元按合金元素种类素种类铬钢、锰钢、铬镍钢、铬钼钢、铬锰钢、铬钢、锰钢、铬镍钢、铬钼钢、铬锰钢、硅锰钢、硅锰钼钒钢、铬镍钼钢等硅锰钢、硅锰钼钒钢、铬镍钼钢等 低合金结构钢、合金工具钢、特殊性能低合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢钢按主要用按主要用途途1）性能要求）性能要求较高的强度和屈强比；较高的强度和屈强比；较好的塑性和韧性；较好的塑性和韧性；良好的焊接性；良好的焊接性；较低的缺口敏感性和冷弯后低的时效敏感性；较低的缺口敏感性和冷弯后低的时效敏感性；较低的韧脆转变温度。较低的韧脆转变温度。2）成分特点）成分特点低碳：低碳：0.2%C.加入少量加入少量合金元素合金元素。1、低合金高强度钢、低合
11、金高强度钢7.4 合金结构钢合金结构钢3）低合金高强度结构钢牌号低合金高强度结构钢牌号由代表屈服强度由代表屈服强度“屈屈”字的汉语拼音第一个字母字的汉语拼音第一个字母Q+屈屈服强度数值服强度数值+质量等级代号组成。质量等级代号组成。质量等级代号有质量等级代号有A、B、C、D、E五个级别，并由五个级别，并由A至至E，钢中的，钢中的S、P含量依次降低。含量依次降低。如如Q460E，表示屈服强度，表示屈服强度S460MPa，质量等级数为，质量等级数为E级的低合金高强度结构钢，级的低合金高强度结构钢，低合金高强度结构钢牌号有低合金高强度结构钢牌号有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q5
12、50、Q620、Q690。4）用途：）用途：Q345钢钢(16Mn)综合性能好，综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度，强度高，用于中等压力的压力容高，用于中等压力的压力容器。器。Q460钢含钢含Mo、B，正火组，正火组织为贝氏体，强度高织为贝氏体，强度高,用于石用于石化中温高压容器化中温高压容器.南京长江大桥南京长江大桥制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。1）性能要求）性能要求表面具有高硬度、高耐表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧性和强度，即表硬里韧。良好的热处
13、理性能良好的热处理性能,如淬如淬透性和渗碳能力。透性和渗碳能力。2、渗碳钢、渗碳钢渗渗碳碳炉炉渗碳件渗碳件渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮2）成分特点）成分特点低碳：低碳：0.10.25%C合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性：提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B强化铁素体：强化铁素体：Cr、Mn、Ni细化晶粒：细化晶粒：W、Mo、Ti、V渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱3）热处理特点）热处理特点渗碳钢的最终热处理是在渗碳钢的最终热处理是在渗碳渗碳后进行的。后进行的。对于对于在渗碳温度下仍保持细小奥氏体晶粒的钢在渗碳温度下仍保持细小奥氏体晶粒的钢，如，如20CrMnTi，渗碳
14、后如不需要机加工，则可在渗碳后预冷并，渗碳后如不需要机加工，则可在渗碳后预冷并直接淬火直接淬火+低温回火。低温回火。对于对于渗碳时容易过热的钢渗碳时容易过热的钢，如，如20Cr，渗碳后需先正火消除，渗碳后需先正火消除过热组织，再进行淬火过热组织，再进行淬火+低温回火，得到心部为低碳回火马低温回火，得到心部为低碳回火马氏体，表面为高碳回火马氏体氏体，表面为高碳回火马氏体+合金渗碳体合金渗碳体+少量残留奥氏少量残留奥氏体的组织。体的组织。4）钢种、牌号及应用）钢种、牌号及应用低淬透性钢：低淬透性钢：20、20Cr。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)用于受力小的
15、耐用于受力小的耐磨件，如柴油机磨件，如柴油机的活塞销、凸轮的活塞销、凸轮轴等。轴等。中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于用于中等载荷的耐磨中等载荷的耐磨件，如变速箱齿件，如变速箱齿轮。轮。高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用用于大载荷的耐磨于大载荷的耐磨件，如柴油机曲件，如柴油机曲轴。轴。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽汽汽汽车车车车变变变变速速速速箱箱箱箱齿齿齿齿轮轮轮轮调质件（螺杆）调质件（螺杆）调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。1）性能要求）性能要求良好的综合力学性能良好的综合力学性能.良好的淬透性。良好的淬透性。3、合金调质钢、合金调质钢2）成分特点）成分特点中碳
16、：中碳：0.30.5%C合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B强化铁素体强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni细化晶粒细化晶粒:Ti、V防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W、Mo调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴33）热处理特点）热处理特点）热处理特点）热处理特点调质钢的最终热处理通常采用调质钢的最终热处理通常采用淬火淬火+高温回火高温回火(即调汽车、拖即调汽车、拖拉机上连杆选用拉机上连杆选用40Cr，锻造成形后采用正火，粗加工后调质，锻造成形后采用正火，粗加工后调质处理。处理。调质处理车间调质处理车间制造弹簧或类似性能零件的钢制造弹簧或
17、类似性能零件的钢种。种。1）性能要求）性能要求弹簧是利用弹性变形储存能量弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。或缓和冲击的零件。高的高的s，s/b；高的高的-1；足够的韧性；足够的韧性高的淬透性。高的淬透性。4、合金弹簧钢、合金弹簧钢2）成分特点）成分特点中高碳：中高碳：碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr提高提高 s/b：Si细化晶粒：细化晶粒：V汽车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝弹簧丝弹簧丝3、热处理及组织特点、热处理及组织特点对于大型弹簧或复杂形状的弹
18、簧对于大型弹簧或复杂形状的弹簧采用热轧成形后采用热轧成形后淬火淬火+中温回火中温回火(450550)工艺，获得回火托氏体组工艺，获得回火托氏体组织，保证高的弹性极限、疲劳极限织，保证高的弹性极限、疲劳极限及一定的塑韧性。及一定的塑韧性。汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧小尺寸的弹簧小尺寸的弹簧铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝。冷拔前将钢丝加热到冷拔前将钢丝加热到Ac3(Accm)+100200，完全奥氏体化，再在铅浴，完全奥氏体化，再在铅浴(480540)中进行等温淬火，得到塑性高的索氏体组织，经冷拔中进行等温淬火，得到塑性高的索氏体组织，经冷拔后绕卷
19、成形，再进行去应力退火后绕卷成形，再进行去应力退火(200300)，这种方法能，这种方法能生产强度很高的钢丝。生产强度很高的钢丝。油淬回火弹簧钢丝。油淬回火弹簧钢丝。冷拔钢丝退火后冷绕成弹簧，再进行淬冷拔钢丝退火后冷绕成弹簧，再进行淬火火+中温回火处理，得到回火托氏体组织。中温回火处理，得到回火托氏体组织。硬拉弹簧钢丝。硬拉弹簧钢丝。冷拔至要求尺寸后，利用淬火冷拔至要求尺寸后，利用淬火+回火来进行回火来进行强化，再冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再进行热强化，再冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再进行热处理。处理。4）常用钢号及用途）常用钢号及用途Si、Mn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn、
20、60Si2Mn，用于制造较，用于制造较大截面弹簧。大截面弹簧。Cr、V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV，用于大截面、大载荷、，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。耐热的弹簧。大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。高的高的 b和接触疲劳强度。和接触疲劳强度。足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性.5 5、滚动轴承钢、滚动轴承钢、滚动轴承钢、滚动轴承钢l用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。1）性能要求）性能要求l轴承工作时轴承工作时,承受接触应力承受接触应力(达达30003500MPa)、周期性交变、周期性交
21、变载荷载荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦。和摩擦。圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承2）成分特点）成分特点高碳：高碳：0.951.10%C合金元素：以合金元素：以Cr为主为主,加入加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提的主要作用是提高淬透性高淬透性推力球轴承推力球轴承滚滚针针轴轴承承lCr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。和耐蚀性。l当当1.65%Cr时时,会因会因A增加而使硬增加而使硬度和稳定性下降。度和稳定性下降。3）热处理和组织特点）热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。热处理：热处理：球化退火
22、球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火组织：组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80),可以减可以减少少A、稳定尺寸、稳定尺寸.轴承生产车间轴承生产车间滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大大型型轴轴承承4）常用钢号及用途）常用钢号及用途应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于大，大量用于大中型轴承；中型轴承；大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具这类钢还可用于制造模具、量具等量具等.向心球向心球向心球向心球轴承轴承轴承轴承用用于于制制造造在在特特殊殊工工作作条条件件或或特特殊殊环环境境(腐腐
23、蚀蚀、高高温温等等)下下具具有有特特殊殊性性能能要要求求的的构构件件和和零零件件的的钢钢材材，称称为特殊性能钢。为特殊性能钢。特特殊殊性性能能钢钢一一般般包包括括不不锈锈钢、耐热钢、耐磨钢等。钢、耐热钢、耐磨钢等。6、特殊性能钢、特殊性能钢化化工工管管道道的的腐腐蚀蚀裂解裂解管内管内壁的壁的高温高温腐蚀腐蚀减薄减薄化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。是指金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。作用的腐蚀。1、不锈钢、不锈钢l在腐蚀介质中具有耐蚀在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。性能的钢。1）
24、金属的腐蚀金属的腐蚀l金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学腐蚀化学腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到400亿元以上亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体
25、腐蚀示意图电解液电解液2）不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用（1）低碳：碳高，则降低耐蚀性。）低碳：碳高，则降低耐蚀性。（2）Cr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜.Cr含量大于含量大于13%时，形成单相铁素时，形成单相铁素体组织。体组织。提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8规律规律)（3）Ni：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。（4）4、Mo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。（5）Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀.晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象
26、，危害很大.它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以以下，在介质下，在介质作用下发生强烈腐蚀作用下发生强烈腐蚀作用下发生强烈腐蚀作用下发生强烈腐蚀。加加Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免避免晶界贫晶界贫Cr。奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的CrCr2323C C6 6析出析出析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐晶间腐蚀破坏蚀破坏304不锈钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架3）常用不锈钢常用不锈钢（1）马氏体不锈钢马氏体不锈钢主要是主要是Cr13型不
27、锈钢型不锈钢钢号为钢号为1Cr134Cr13随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降.1Cr13、2Cr13热处理热处理:淬火淬火+高温回火高温回火使用状态下的组织使用状态下的组织:S回回不锈钢棒不锈钢棒1Cr13、2Cr13具有具有耐大气耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀能力及良好的综合能力及良好的综合力学性能。力学性能。用于要求塑韧性用于要求塑韧性较高的耐蚀件，较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等.汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮 3Cr13、4Cr13热处理：淬火热处理：淬火+低温回火。低温回火。使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回。具有较高
28、强度、硬度。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈不锈钢刀钢刀1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器2）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢典型钢号如典型钢号如0Cr13、1Cr17等。等。成分：高铬低碳成分：高铬低碳l 无无相变，不能相变，不能进行热处理强化。进行热处理强化。l 组织：单相铁素体组织：单相铁素体钢中钢中相相性能特点性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：475脆化脆化：加热到：加热到45
29、0550停留，产生脆化停留，产生脆化.再加热到再加热到600快冷可消除。快冷可消除。l 相脆化相脆化：在在600 800长长期加热时，析出期加热时，析出硬而脆的硬而脆的 相。相。用途用途广泛用于硝酸和氮肥工广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。业的耐蚀件。合成氨厂合成氨厂合成氨厂合成氨厂硝酸生产装置硝酸生产装置铁素铁素体不体不锈钢锈钢制品制品3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及具有良好的耐蚀性，冷热加工性及l可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性,无磁性。无磁性。l 热处理：热处理：采用采用固溶固
30、溶处理处理。即加热到。即加热到1100使碳化物溶解使碳化物溶解后水冷。后水冷。l组织为单相奥氏体。组织为单相奥氏体。不不锈锈钢钢带带常用钢种常用钢种为为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道.反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L)1）性能要求性能要求（1）高的抗氧化性：高的抗氧化性：指钢在高温下对氧指钢在高温下对氧化作用的抗力。化作用的抗力。钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高进一步扩散，提高抗氧化性。抗氧化性。2、耐热钢、耐热钢气
31、轮机叶片气轮机叶片飞机发动机飞机发动机过热器过热器（2）高的热强性高的热强性热强性是指金属热强性是指金属在高温下的强度在高温下的强度.指标为蠕变强度指标为蠕变强度和持久强度。和持久强度。蠕变指金属在高蠕变指金属在高温低于温低于s的应力的应力下所发生的极其下所发生的极其缓慢的塑性变形缓慢的塑性变形.提高高温强度的途径提高高温强度的途径:固溶强化；固溶强化；析出强化；析出强化；晶界强化晶界强化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物2）马氏体耐热钢）马氏体耐热钢
32、常用钢号为常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性;Mo提高热强性提高热强性(T再再);V弥散强化。弥散强化。热处理：调质。热处理：调质。组织：组织：S回回。汽轮机叶片汽轮机叶片用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽轮机叶片；以下汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。是汽车阀门用钢。汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀(2Cr13)过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱3）奥氏体耐热钢）奥氏体耐热钢最典型钢号是最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗
33、氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理热处理采用固溶处理组织为单相组织为单相A。主要用于过热器管道等。主要用于过热器管道等。是指在冲击载荷作用下发生是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的冲击硬化的高锰钢高锰钢，也称，也称奥氏体锰钢奥氏体锰钢.1）成分特点）成分特点高碳高碳：0.71.35C以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。高锰高锰：615Mn以保证形成奥氏体组织以保证形成奥氏体组织.3、耐磨钢、耐磨钢高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢2）热处理）热处理铸态组织为奥氏体铸态组织为奥氏体+碳化碳化物物,性能硬而脆性能硬而脆.热处
34、理：热处理：水韧处理水韧处理。即。即将钢加热到将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏体，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。并进行水淬。室温组织：室温组织：过饱和单相过饱和单相奥氏体奥氏体。高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件3）使用及用途）使用及用途水韧处理后，韧性高，硬度低。水韧处理后，韧性高，硬度低。使用时必须使用时必须伴随着压力和冲击作用伴随着压力和冲击作用，表层加工硬化表层加工硬化（AM+M+）。）。硬度提高到硬度提高到HB500550，获得高耐磨性。而心，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。具有高耐冲击能力。高锰钢广泛用于高锰钢广
35、泛用于既要求耐磨又要求既要求耐磨又要求耐冲击耐冲击的零件。如拖拉机的履带的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。如挖掘机铲齿和铁路辙岔等。如ZG120Mn13Cr2。挖挖掘掘机机铲铲齿齿履带履带履带履带按用途分按用途分模模具具刃具刃具刃具刃具量具量具量具量具刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢7、合金工具合金工具钢钢制造各种量具用钢。如制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。1 1、合金量具钢、合金量具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺性能要求：性能要求：量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和量具
36、在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。冲击。高硬度高硬度（一般大于（一般大于62HRC）和）和高耐磨性高耐磨性，以保，以保证在长期使用中不致被很快磨损，而失去其精度；证在长期使用中不致被很快磨损，而失去其精度；高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性，以保证量具的尺寸和形状的，以保证量具的尺寸和形状的稳定；稳定；足够的韧性足够的韧性，以免因偶然的冲撞而脆断；，以免因偶然的冲撞而脆断；良好的耐蚀性良好的耐蚀性，以防止生锈、化学腐蚀。，以防止生锈、化学腐蚀。量具用钢：量具用钢：低碳钢低碳钢渗碳渗碳中碳钢中碳钢表面淬火表面淬火碳素工具钢碳素工具钢尺寸小、形状简单、精度要求较低的量尺寸小、形状简单、精度要求
37、较低的量具，如卡尺、样板、量规等。具，如卡尺、样板、量规等。低合金工具钢低合金工具钢、滚动轴承钢、滚动轴承钢精度要求较高的量具，如精度要求较高的量具，如块规、塞规块规、塞规。氮化钢氮化钢 、冷作模具钢、冷作模具钢 要求特别高硬度、耐磨性及尺要求特别高硬度、耐磨性及尺寸稳定的量具寸稳定的量具 （5 5）不锈钢）不锈钢 用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。形状简单、精度不高、使用中易形状简单、精度不高、使用中易受冲击的量具，如样板、卡规、受冲击的量具，如样板、卡规、直尺及大型量具直尺及大型量具 量具钢的热处理特点：量具钢的热处理特点：下限温度淬火及冷处理。目的是减少下限温度淬火
38、及冷处理。目的是减少AA。长时间低温时效，以消除内应力，保证高尺寸长时间低温时效，以消除内应力，保证高尺寸稳定性。稳定性。2 2、合金刃具钢、合金刃具钢用途用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等。钻头、丝锥、板牙等。性能特点：性能特点：高硬度高硬度 (HRC60),(HRC60),主要取决于含碳量。主要取决于含碳量。高耐磨性高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。高热硬性高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。即高温下保持高硬度的能力。足够的韧性足够的韧性 以防止脆断和崩刃。以防
39、止脆断和崩刃。成分特点：成分特点：高碳高碳：0.91.5%C低合金（低合金（5%5%）：提高耐磨性、回火稳定性、细化晶粒提高耐磨性、回火稳定性、细化晶粒:W、V、Cr提高淬透性、强化铁素体提高淬透性、强化铁素体:Cr、Mn、Si热处理及组织：热处理及组织：同碳素工具钢，只是淬火介质为同碳素工具钢，只是淬火介质为油或盐油或盐(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)常用钢号及用途：常用钢号及用途：9SiCr、Cr2（淬透性）淬透性）。用于。用于制造形状复杂、要求变形小的制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙
40、等。低速刃具，如丝锥、板牙等。Cr06（耐磨性）。用于剃刀、耐磨性）。用于剃刀、刀片等。刀片等。丝丝锥锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬量时，在含铬量(以千分之以千分之一为单位一为单位)前加数字前加数字“0”汽车冲压模具汽车冲压模具用以制造各种模具的钢种。用以制造各种模具的钢种。（1）冷作模具钢）冷作模具钢3、合金模具钢合金模具钢用途：用途：用于制造各种冷冲模、冷用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过作温度不超过200200300300。性能要求：性能要求：高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。足够的强度和
41、韧性。足够的强度和韧性。良好的工艺性能（热处理变形、良好的工艺性能（热处理变形、淬透性、切削加工性等）淬透性、切削加工性等）常用钢种：常用钢种：1）小尺寸）小尺寸、形状简单形状简单、受力不大的模具受力不大的模具,可用碳素工具钢和可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。低合金工具钢制造。2）截面大、受力大的冷模具用）截面大、受力大的冷模具用Cr12型钢型钢制造。制造。成分特点：成分特点：高碳高碳(0.92.3%C)；高铬高铬(11.513%Cr)合金元素：合金元素：Cr 提高淬透性；提高淬透性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。热处理：热处理：最终热处理为最终热处理为:淬火淬火+低
42、温回火（或二次硬化法）低温回火（或二次硬化法）使用状态下的组织使用状态下的组织:MM回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)常用钢号常用钢号：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。用于制。用于制造冷冲模、冷镦模、挤压模等。造冷冲模、冷镦模、挤压模等。莱氏体钢莱氏体钢（2）热作模具钢）热作模具钢制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。性能要求：性能要求：高温下良好的综合力学性能。高温下良好的综合力学性能。抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。（工作时型腔表面温度可达工作时型腔表面温度可达600600以上以上）高的淬透性和良好的导热性。高的淬透性和
43、良好的导热性。常用钢种：常用钢种：热锻模钢热锻模钢5Cr06NiMo、5Cr08MnMo前者用于大型热锻模，后者用于前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模中小型热锻模.成分特点（中碳）、合金元素作成分特点（中碳）、合金元素作用及热处理同调质钢。用及热处理同调质钢。使用状态组织使用状态组织:S回回（或（或T回回）曲轴模具曲轴模具曲轴模具曲轴模具热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯压铸模和挤压模钢压铸模和挤压模钢典型钢号：典型钢号：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1（H13）,为过为过共析钢。共析钢。中碳中碳(0.30.4%C),合金元素作用同高速钢。合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能。提
44、高抗热疲劳性能。型板压铸模型板压铸模（3 3）塑料模具用钢）塑料模具用钢性能要求？哪些常用钢种？性能要求？哪些常用钢种？第七章第七章思考题参考答案或提示思考题参考答案或提示7.1.试述国家标准对现行钢按化学成分分类方法。试述国家标准对现行钢按化学成分分类方法。答：参见碳素钢、合金钢答：参见碳素钢、合金钢7.2.在合金钢中常加入的合金元素有哪些？在合金钢中常加入的合金元素有哪些？答：参见常用的有答：参见常用的有Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Co、Ti、Al、Cu、B、N、稀土等。稀土等。7.3.合金元素的加入对热处理过程中的加热及冷却转变有何影响？合金元素的加入对热处理过程中的加热及冷却
45、转变有何影响？答：参见参见参见答：参见参见参见p827.4.合金元素为什么能提高钢的回火稳定性？合金元素为什么能提高钢的回火稳定性？答：参见答：参见p827.5.低合金高强度结构钢中合金元素主要是通过哪些途径起强化作用的？这类低合金高强度结构钢中合金元素主要是通过哪些途径起强化作用的？这类钢经常用于哪些场合？钢经常用于哪些场合？答：参见答：参见p857.6.滚动轴承钢除专用于制造滚动轴承外，是否可以用来制造其他结构的零件滚动轴承钢除专用于制造滚动轴承外，是否可以用来制造其他结构的零件和工具？和工具？答：滚动轴承钢主要用于制造滚动轴承的内、外套圈以及滚动体，此外还可答：滚动轴承钢主要用于制造滚动
46、轴承的内、外套圈以及滚动体，此外还可用于制造某些工具，如模具、量具等，用于制造某些工具，如模具、量具等，7.7.为什么合金钢可在油中进行淬火，而碳钢在油中却淬不透？为什么合金钢可在油中进行淬火，而碳钢在油中却淬不透？答：独立思考完成答：独立思考完成7.8.弹簧为什么要进行淬火、中温回火？弹簧的表面质量对其使用寿命有何影弹簧为什么要进行淬火、中温回火？弹簧的表面质量对其使用寿命有何影响？可采用哪些措施提高弹簧的使用寿命？响？可采用哪些措施提高弹簧的使用寿命？答：独立思考完成答：独立思考完成7.9试分析在高速工具钢中，碳与合金元素的作用及高速工具钢的热处理工试分析在高速工具钢中，碳与合金元素的作用
47、及高速工具钢的热处理工艺特点。艺特点。答：参见答：参见p1097.10.高速工具钢经铸造后为什么要反复进行锻造？锻造后在切削加工前为什高速工具钢经铸造后为什么要反复进行锻造？锻造后在切削加工前为什么必须进行退火？么必须进行退火？答：参见答：参见p1097.11.为什么高速工具钢退火温度较低，淬火温度却高达为什么高速工具钢退火温度较低，淬火温度却高达1280？淬火后为什？淬火后为什么要经三次么要经三次560回火？能否改用一次较长时间的回火？回火？能否改用一次较长时间的回火？答：参见答：参见p1097.12.高速工具钢在高速工具钢在560回火是否属于调质处理？为什么？回火是否属于调质处理？为什么？
48、参见参见p1097.13.Cr12型钢中碳化物的分布对钢的使用性能有何影响？热处理能改善其碳型钢中碳化物的分布对钢的使用性能有何影响？热处理能改善其碳化物分布吗？生产中常用什么方法改善其碳化物分布？化物分布吗？生产中常用什么方法改善其碳化物分布？答：参见答：参见p1127.14.弹簧钢常用的热处理方法有哪些？弹簧钢常用的热处理方法有哪些？淬火淬火+回火回火7.15.调质钢的化学成分有何特点？一般用于哪些零件的生产？调质钢的化学成分有何特点？一般用于哪些零件的生产？答：调质钢主要采用调质处理得到回火索氏体，其综合力学性能好，用作轴、答：调质钢主要采用调质处理得到回火索氏体，其综合力学性能好，用作
49、轴、杆类零件。杆类零件。7.16.合金工具钢化学成分有何特点？其最终热处理是什么？合金工具钢化学成分有何特点？其最终热处理是什么？答：参见答：参见p106-1077.17.Cr12型钢的热处理方式有哪两种？型钢的热处理方式有哪两种？答：预先热处理一般采用锻后球化退火，最终热处理为淬火后回火。答：预先热处理一般采用锻后球化退火，最终热处理为淬火后回火。7.18.12Cr13钢和钢和Cr12钢中，铬的含量均大于钢中，铬的含量均大于11.7%，12Cr13属于不锈钢，属于不锈钢，而而Cr12钢不属于不锈钢，为什么？钢不属于不锈钢，为什么？答：独立思考完成答：独立思考完成7.19.量具钢使用过程中常见
50、的失效形式是磨损与尺寸变化，为了提高量具的量具钢使用过程中常见的失效形式是磨损与尺寸变化，为了提高量具的使用寿命，应采用哪些热处理方法？请合理安排各热处理工序在加工工艺路使用寿命，应采用哪些热处理方法？请合理安排各热处理工序在加工工艺路线中的位置。线中的位置。答：参见答：参见p1077.20.奥氏体不锈钢为什么不能通过热处理方法强化？生产中常用什么方法使奥氏体不锈钢为什么不能通过热处理方法强化？生产中常用什么方法使其强化？其强化？答：参见答：参见p97-987.21.奥氏体不锈钢为什么会出现晶间腐蚀？应采用什么方法防止晶间腐蚀的奥氏体不锈钢为什么会出现晶间腐蚀？应采用什么方法防止晶间腐蚀的发生