合金鋼

1、第六章 合金鋼,,合金鋼,§1 概述及合金鋼的分類、牌號(hào) §2 合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼,§1 概述及合金鋼的分類、牌號(hào),一、合金鋼的概念及為什么發(fā)展合金鋼 二、合金元素在鋼中的作用 三、合金鋼的分類及牌號(hào),一、合金鋼的概念及為什么發(fā)展合金鋼,合金鋼的概念發(fā)展合金鋼的原因,合金鋼的概念,所謂的合金鋼，就是為了改善鋼的性能，特意地加入一些合金元素的鋼。 常用的合金元素：Cr、Mn、Ni、C

2、o、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。,返回,發(fā)展合金鋼的原因,碳鋼還存在著以下幾個(gè)主要缺點(diǎn)，使它的應(yīng)用受到一定限制。（1） 碳鋼的淬透性低碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現(xiàn)內(nèi)外性能不均，對(duì)于一些大型的機(jī)械零件，（要求內(nèi)外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)葉片，汽車、拖拉機(jī)的連桿螺栓等。（2）回火抗力差碳鋼淬火后，只有經(jīng)低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過(guò)200℃，其硬

3、度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對(duì)于要求耐磨，切削速度較高，刃部受熱超過(guò)200℃的刀具就不能采用碳鋼制作。（3）碳鋼不能滿足一些特殊性能的要求如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）為了彌補(bǔ)碳鋼的不足，滿足上述條件的要求，目前工業(yè)上廣泛發(fā)展和使用了合金鋼材料。,返回,二、合金元素在鋼中的作用,1.合金元素在鋼中的存在方式2.合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響3.合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響4.合金元素使

4、合金鋼具有某些特殊性能,1.合金元素在鋼中的存在方式,1）合金元素在鋼中的主要存在形式 2）合金元素對(duì)鋼的性能的影響,1）合金元素在鋼中的主要存在形式,（1）形成固溶體（2）形成碳化物（3）游離狀態(tài),（1）形成固溶體,通常與碳的親和力很弱，主要固溶于鐵素體、奧氏體、馬氏體中，而不形成碳化物，如：Ni、Si、Al、Co……。 合金鐵素體當(dāng)鋼中加入少量合金元素時(shí)，有一部分溶于鐵素體內(nèi)形成合金鐵素體,返回,（2）形成碳化物,碳化物形

5、成元素可形成合金滲碳體和特殊碳化物A 合金滲碳體B 特殊碳化物,A 合金滲碳體,合金元素與碳的親合力較弱，它的大部分是固溶于鐵素體、奧氏體、馬氏體中，而少部分固溶于滲碳體中形成合金滲碳體，如（Fe，Mn）3C。,返回,B 特殊碳化物,合金元素與碳的親合力很強(qiáng)，主要以特殊碳化物形式存在，如V、Ti、Nb、Zn。合金元素（Cr、Mo、W）與碳的親合力較強(qiáng)，當(dāng)含量較少時(shí)，它們主要固溶于滲碳體中，而含量較高時(shí)，才能形成特殊碳化物如：Cr2

6、3C6、WC、MoC、Cr7C6。,返回,（3）游離狀態(tài),對(duì)于固態(tài)下不溶于鐵或在鐵中溶解度很小的少數(shù)元素，如Pb、Cu、（＞0.8)等，常以游離態(tài)存在 。,返回,2）合金元素對(duì)鋼的性能的影響,A 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 B 使?jié)B碳體的硬度和穩(wěn)定性提高 C 形成特殊碳化物對(duì)鋼性能的影響 D 游離態(tài)存在對(duì)鋼性能的影響,A 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化,合金元素溶入鐵素體后,凡合金元素的原子半徑與鐵的原子半徑相差越大,晶格類型越不相同,必然引起鐵素體晶格畸變,產(chǎn)

7、生固溶強(qiáng)化,使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高,但塑性、韌性都有下降趨勢(shì)。,合金元素對(duì)緩慢冷卻后鐵素體硬度的影響圖,,,下頁(yè),,合金元素對(duì)鐵素體沖擊韌性的影響圖,,返回,,B 使?jié)B碳體的硬度和穩(wěn)定性提高,合金元素溶于滲碳體內(nèi)增加了鐵與碳的親合力，從而提高了其穩(wěn)定性，且這種穩(wěn)定性較高的合金滲碳體較難溶于奧氏體，較難聚集長(zhǎng)大，可提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性。,返回,C 特殊碳化物對(duì)鋼性能的影響,形成特殊碳化物：（VC、TiC、WC、MoC……）因其穩(wěn)

8、定性很高，具有高熔點(diǎn)和高硬度，更難溶于奧氏體，難以聚集長(zhǎng)大。隨特殊碳化物數(shù)量增多，鋼的硬度增大，耐磨性增加，但塑性、韌性下降，特別是當(dāng)這類碳化物大小不一，分布不均勻時(shí)，鋼的脆性顯著增加。,返回,D 游離態(tài)存在對(duì)鋼性能的影響,游離態(tài)存在：顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，但可提高切削加工性。,返回,2.合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響,1)影響A和F存在的范圍2)使S、E點(diǎn)左移3) 對(duì)A１點(diǎn)的影響,1)影響A和F存在的范圍,（1）擴(kuò)大γ相區(qū)（2

9、）縮小γ相區(qū),(1)擴(kuò)大γ相區(qū),使A3點(diǎn)(γ-Fe α-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降, A4點(diǎn)( γ-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升, 從而擴(kuò)大γ-相的存在范圍。完全擴(kuò)大γ相區(qū)元素(室溫下單相A)Mn，Ni1Cr18Ni9（奧氏體不銹鋼）和ZGMn13（高錳鋼）部分?jǐn)U大γ相區(qū)的元素　C、N、Cu,下頁(yè),擴(kuò)大γ相區(qū)示意圖,,返回,(2)縮小γ相區(qū),使A3點(diǎn)上升, A4點(diǎn)下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時(shí), A3點(diǎn)下降; 大于7%后,A3點(diǎn)迅速上升), 從而

10、縮小γ相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。 完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)。如Cr17、Cr25、Cr28等鉻不銹鋼均屬鐵素體鋼。部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。,下頁(yè),縮小γ相區(qū)示意圖,,返回,(2)使S、E點(diǎn)左移,無(wú)論是擴(kuò)大γ區(qū)的合金元素，還是縮小γ區(qū)的合金均使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即降低共析點(diǎn)的含碳量及碳在奧氏體中的最大溶解度。因此使相同含碳量的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織，如含碳

11、0.4%的碳鋼具有亞共析組織，而含C0.4%，13%Cr的合金鋼則具有過(guò)共析組織。因?yàn)榇藭r(shí)的共析成分已不再是0.77%，而是變?yōu)?.3%C了，另外，由于E點(diǎn)的左移，使含碳量遠(yuǎn)低于2.11%C的合金鋼中出現(xiàn)萊氏體。如18%W的高速工具鋼，含0.70-0.80%C，其鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了萊氏體。,Mn 元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響圖,,,Cr 元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響圖,,,合金元素對(duì) S 點(diǎn)成分的影響,,,(3)對(duì)A１點(diǎn)的影響,擴(kuò)大γ相區(qū)元素，使A1下降

12、縮小γ相區(qū)元素，使A1上升臨界溫度的位置是制訂熱處理工藝和其它熱加工工藝的重要依據(jù)。由于合金元素的加入，改變了臨界溫度的位置，因而合金鋼的熱處理及其它熱加工工藝參數(shù)都與碳鋼明顯不同。,返回,合金元素對(duì)A1線的影響,,,3.合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響,（1） 對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成的影響 （2） 對(duì)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變的影響 （3） 對(duì)淬火鋼回火的影響,（1） 對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成的影響,對(duì)奧氏體形成速度的影響 對(duì)奧氏體晶粒大小的影響

13、,鋼加熱時(shí)對(duì)奧氏體形成速度的影響,奧氏體化過(guò)程包括奧氏體的形成，剩余碳化物的溶解和奧氏體成分均勻化，均是由合金元素和碳的擴(kuò)散所控制。非碳化物形成元素：Co和Ni提高碳在奧氏體中擴(kuò)散速度，加速奧氏體的形成。Si、Al、Mn等元素，對(duì)C的擴(kuò)散速度影響不大。因而對(duì)奧氏體的形成速度影響不大。碳化物形成元素：Cr、W、Nb、Mo、Ti、V阻礙C的擴(kuò)散，緩減奧氏體的形成速度。合金元素的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)比碳小，因此，要獲得均勻的奧氏體，合金鋼的加熱

14、溫度應(yīng)比碳鋼高，保溫時(shí)間應(yīng)比碳鋼長(zhǎng)。,返回,鋼加熱時(shí)對(duì)奧氏體晶粒大小的影響,碳化物形成元素：Ti、V、Nb、Zr……阻礙晶粒長(zhǎng)大非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni……阻止晶粒長(zhǎng)大；P、Cu促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。,返回,（2）對(duì)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變的影響,實(shí)質(zhì)上是對(duì)C曲線的影響除Co以外，大多數(shù)合金元素都增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。且非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改變C曲線的形狀，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等

15、除使C曲線右移外，還改變其形狀。,下頁(yè),合金元素對(duì)C曲線的影響,碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等將C曲線分裂為珠光體轉(zhuǎn)變的貝氏體轉(zhuǎn)變兩個(gè)C曲線，并在此二曲線之間出現(xiàn)一個(gè)過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)．其中Cr和Mn推遲貝氏體轉(zhuǎn)變的作用大于珠光體轉(zhuǎn)變；而Mo、W推遲珠光體轉(zhuǎn)變的作用大于貝氏體的。,,下頁(yè),合金元素對(duì)C曲線的影響圖,,對(duì)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變影響的實(shí)際意義,合金元素使C曲線位置和形狀的改變，有重要的實(shí)際意義，由于合金元素使C曲線右移，因而

16、使淬火的臨界冷卻速度降低，提高了鋼的淬透性，這樣就可采用較小的冷卻速度，甚至在空氣中冷卻就能得到馬氏體，從而避免了由于冷卻速度過(guò)大而引起的變形和開裂另一方面由于形狀的改變，使某些鋼28CrMoNiVB采取空冷便得貝氏體組織，具有良好的綜合機(jī)械性能，就不用采取等溫淬火。,返回,（3） 對(duì)淬火鋼回火的影響,(1)提高回火穩(wěn)定性 (2)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象(3)增大回火脆性,(1)提高回火穩(wěn)定性,合金元素固溶于馬氏體中，減慢了碳的擴(kuò)散，從而減

17、慢了馬氏體及殘余奧氏體的分解過(guò)程和阻礙碳化物析出，聚集長(zhǎng)大，因而在回火過(guò)程中合金鋼的軟化速度比碳鋼慢，即合金鋼具有較高的回火抗力，在較高的回火溫度下仍保持較高的硬度，即在回火溫度相同時(shí)，合金鋼的硬度及強(qiáng)度比相同含碳量的碳鋼高，而回火至相同硬度時(shí)，合金鋼的回火溫度高，內(nèi)應(yīng)力的消除比較徹底，因此，其塑性和韌性比碳鋼好。,返回,(2)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象,若鋼中Cr、W、Mo、V等元素超過(guò)一定量時(shí)，除了提高回火拉力外，在400℃以上還會(huì)形成彌散分

18、布的特殊碳化物，使硬度重新升高，直到500～600℃硬度達(dá)最高值，出現(xiàn)所謂的二次硬化現(xiàn)象。600℃以后硬度下降是由于這些彌散分布的碳化物聚集長(zhǎng)大的結(jié)果。 二次硬化現(xiàn)象對(duì)高合金工具鋼 十分重要，通過(guò)500～600℃回 火可使其硬度比淬火態(tài)硬度高 HRC5以上。,返回,Mo對(duì)鋼(0.35%C)淬火回火后硬度的影響,,,(3)增大回火脆性,第一類回火脆性第二類回火脆性第二類回火脆性的消除方法,第一類回火脆性,第一類回火脆性：結(jié)構(gòu)

19、鋼回火時(shí)在250-400℃出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象。這類回火脆性無(wú)論是在碳鋼還是合金鋼中均會(huì)出現(xiàn)，它與鋼的成分和冷卻速度無(wú)關(guān)，即使加入合金元素及回火后快冷或重新加熱到比溫度范圍內(nèi)回火，都無(wú)法避免，故又稱“不可逆回火脆性”。但合金元素可使第一類回火脆性的溫度范圍移向較高的溫度。一般認(rèn)為這類回火脆性的產(chǎn)生與馬氏體，殘余奧氏體的分解及Fe3C析出有關(guān)，防止方法就是避開這一溫度范圍回火。,返回,第二類回火脆性,第二類回火脆性：500-650℃回

20、火后緩慢冷卻出現(xiàn)的沖擊韌性下降現(xiàn)象。這類回火脆性如果在回火時(shí)快冷就不會(huì)出現(xiàn)，另外，如果脆性已經(jīng)發(fā)生，只要再加熱到原來(lái)的回火溫度重新回火并快冷，則可完全消除，因這類回火脆性又稱為“可逆回火脆性”。,返回,Cr-Ni 鋼的回火脆性示意圖,,,第二類回火脆性的消除方法,并非所有的鋼都有第二類回火脆性，它只在含Cr、Mn或Cr-Ni、Cr-Si的合金鋼中出現(xiàn)，發(fā)生了這類回火脆性的鋼不僅室溫下的沖擊韌性低且韌脆轉(zhuǎn)化溫度高，因此必須設(shè)法防止或避免。

21、產(chǎn)生原因是P、Mn、S、Si等元素在晶界偏聚。消除方法：（1）自回火溫度快冷消除P、MnS、Si元素的偏聚。 （2）在鋼中加入0.2-0.3%Mo或0.4-0.8%W來(lái)減緩偏聚過(guò)程發(fā)生，從而消除或減輕回火脆性。,返回,4.合金元素使合金鋼具有某些特殊性能,加入元素Cr、Si、Al等在高溫下在鋼的表面形成致密的高熔點(diǎn)的氧化膜，可防止鋼件中繼續(xù)氧化；加入W、Mo、V等元素可提高鋼的高溫強(qiáng)度，使鋼具有耐熱性。,返回,三、合金鋼的分類及牌

22、號(hào),1．合金結(jié)構(gòu)鋼 2．合金工具鋼 3．特殊性能鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼,用數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字的方法表示前面的數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，合金元素用漢字或化學(xué)符合表示，其后面的數(shù)字表示合金元素含量，一般以平均含量的百分?jǐn)?shù)表示，當(dāng)合金元素含量小于1.5%時(shí)，牌號(hào)中只標(biāo)明元素而不標(biāo)明含量，如果平均含量等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……時(shí)，相應(yīng)地以2、3、4等表示，如含0.37～0.44%C，0.8～1.10%Cr的鋼40Cr，含0

23、.57～0.65%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn的鋼用60Si2Mn表示，對(duì)于滾珠軸承鋼，在鋼號(hào)前注明“滾”或“G”，后面的數(shù)字則表示鉻含量的千分?jǐn)?shù)，如GCr15的平均含Cr量1.5%（含C%為1%左右）含S、P量較低（S＜0.02%,P＜0.03% ）的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)加“高”或“A”。易切削鋼，在鋼號(hào)前加“易”或“Y”如Y12（Mn、Si、C、P）,返回,合金工具鋼,與合金結(jié)構(gòu)鋼大致相同，只是含碳量的表示方法不

24、同。含碳量：平均含量≥1.0%時(shí)不標(biāo)出；＜1.0%時(shí)的千分之幾表示。高速鋼例外，其平均含碳量＜1.0%時(shí)也不標(biāo)出。合金元素表示方法與結(jié)構(gòu)鋼相同。如：（1）CrMn表示平均含量≥1.0%，Cr、Mn平均含量均＜1.5%合金工 具鋼。 （2）9SiCr表示平均含量≥0.9%，Si 、Cr平均含量均＜1.5%合金工具鋼。 （3）W18Cr4V含碳量為0.70～0.80%，W、Cr、V分別為18%

25、、4%＜1.5%的高速鋼。,返回,特殊性能鋼,其含碳量的表示方法與合金工具鋼相同，即≥1.0%時(shí)不標(biāo)出，＜1.0%時(shí)以千分之幾表示，而合金元素用百分?jǐn)?shù)表示。如9Cr18 平均含碳0.9% Cr 18%Mn13 含碳量＞1.0% Mn 13%但如果含碳量≤0.03%及≤0.08%時(shí)，在鋼號(hào)前分別定擬“00”及“0”表示，如：00Cr18Ni10： 含≤0.03% 18%Cr 10%Ni

26、0 Cr18 ： 含≤0.08% 18%Cr,返回,§2合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼,1.合金結(jié)構(gòu)鋼2.合金工具鋼3.特殊性能鋼,1.合金結(jié)構(gòu)鋼,① 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（普低鋼）② 調(diào)質(zhì)鋼③ 滲碳鋼④ 氮化用鋼⑤ 彈簧鋼⑥ 滾動(dòng)軸承鋼,普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（普低鋼）,在普通低合金結(jié)構(gòu)鋼中常加入：Mn、Si、Cr、Mo、V、Cu、P等，Mn、Si、Cr、Nb、V提高強(qiáng)度，Cu、P提高耐蝕性。

27、通常是在熱軋或正火狀態(tài)下使用、使用狀態(tài)的組織是大量的鐵素體+少量珠光體。典型牌號(hào)：16Mn、 16MnR 、 15MnTi 、 15MnV應(yīng)用：建筑結(jié)構(gòu)、鍋爐、容器、車輛、船舶壓力容器。特點(diǎn)：含C量低，焊接性能好。,返回,普通低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào),Q 345 C,,,,,,,典型普低鋼應(yīng)用,Q460鋼含Mo、B，正火組織 為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫 高壓容器。,壓力容器,南京長(zhǎng)江大橋,Q345鋼(16Mn)綜合性能

28、好， 用于船舶、橋梁、車輛等大 型鋼結(jié)構(gòu)。,Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度 高，用于中等壓力的容器。,調(diào)質(zhì)鋼,淬火+高溫回火→回火索氏體，具有好的綜合機(jī)械性能前提是淬火時(shí)得到馬氏體，淬透性是關(guān)鍵，合金元素的主要作用就是提高淬透性。Mn、Cr、Ni、B、 Si用來(lái)提高淬透性，Mo、W可抑制第二類回火脆性，Ti、V細(xì)化晶粒。典型牌號(hào)：40Cr 、40CrMn應(yīng)用：軸類、連桿、齒輪特點(diǎn)：中碳、調(diào)質(zhì)后具有好的強(qiáng)度與

29、塑性的配合，局部表面淬火+低溫回火后具高硬度和耐磨性。,返回,典型合金調(diào)質(zhì)鋼分類,低淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量＜3 %， 40Cr、40MnB等。 。,中淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量在4 %左右。,38 CrSi、35 CrMo 等，常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。,,典型合金調(diào)質(zhì)鋼分類,高淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量在4 %～ 10 %。,38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A

30、等，制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等 。,③ 滲碳鋼,表面滲碳后淬火低溫回火Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，保證心部淬火后為低碳馬氏體，不含或含少量的鐵素體（心部硬度高時(shí)，表層剝落）Ti細(xì)化晶粒（在高溫時(shí)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大）滲碳后可直接淬火，Cr還可使碳化物呈球狀，避免表層開裂。典型牌號(hào)：20Cr 20CrMnTi 20Cr2Ni4應(yīng)用：齒輪特點(diǎn)：含C量在0.2%左右,返回,合金滲碳鋼的

31、牌號(hào),20 Mn2 Ti A,典型合金滲碳鋼應(yīng)用,低淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量＜3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。,中淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等載荷 的耐磨件，如變速箱齒輪。,柴油機(jī)凸輪軸,活塞銷( 20Cr ),典

32、型合金滲碳鋼應(yīng)用,高淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在 4 %～ 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大載荷 的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。,柴油機(jī)曲軸,20 CrMnTi 鋼制造齒輪的 熱處理工藝曲線,,④ 氮化用鋼,調(diào)質(zhì)后表面氮化，心部有好的綜合機(jī)械性能，表面硬，耐磨。典型牌號(hào)：38CrMoAlA應(yīng)用：齒輪（齒輪的表面硬度及耐磨性高于滲碳）擠出機(jī)螺桿

33、使用狀態(tài)下的組織：心部，回火索氏全 ；表面：氮化物。,返回,⑤ 彈簧鋼,要求有高的彈性極限及屈服極限，含C量在0.6%左右，淬火+中溫回火后得屈氏體有高的屈服極限。Mn、Si、Cr、V提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，Si還可強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的彈性極限與疲勞極限，但Si能增加表面脫碳和石墨化傾向，常用Cr、V代替。典型牌號(hào)：60SiZMn、65Mn、60SiZCr應(yīng)用：各類彈簧特點(diǎn)：含C量在0.6%左右,返回,滾動(dòng)軸承鋼,高硬度、

34、高耐磨、高碳的鉻軸承鋼，含C量在0.9~1.11%含0.5~1.65%Cr提高鋼的淬透性，形成合金滲碳體，比Fe3C穩(wěn)定能阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，淬火后得細(xì)針狀馬氏體，增加鋼的韌性，淬火后保留一部分合金滲碳體，有利于提高鋼的接觸疲勞強(qiáng)度及耐磨性。Cr還能提高回火穩(wěn)定性，但含Cr量過(guò)高（＞1.65%）時(shí)，會(huì)增加淬火鋼中殘余奧氏體量等，不利。淬火+低溫回火→回火馬氏體典型牌號(hào)：GCr15 含C量1%左右 Cr量為1.5%應(yīng)用：滾動(dòng)軸

35、承,返回,滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào),G Cr9 Si Mn,滾動(dòng)軸承鋼熱處理,球化退火+ 淬火+ 低溫回火,極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體,鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線,鍛造 球化退火 機(jī)加工 淬火 + 冷處理 ( – 60 ～ – 80℃;1h ) 低溫回火 磨削加工 穩(wěn)定化處理 ( 120 ～ 130℃；5 ～ 10

36、h ),,,,,,,,,,,,,滾動(dòng)軸承鋼應(yīng)用,,2.合金工具鋼,（1）刃具鋼a、低合金刃具鋼b、高速鋼（2）模具鋼a、冷作模具b、熱作模具（3）量具鋼：,量 具,刃 具,（1）刃具鋼,a、低合金刃具鋼b、高速鋼,a、低合金刃具鋼,Cr、Mn、Si、W、V主要作用是增加淬透性（Cr、Mn、Si等）細(xì)化晶粒（W、V等）提高回火抗力及耐磨性（Cr、W、V、Si）低合金刃具鋼的紅硬性、耐磨性等比碳素刃具鋼高。典型

37、牌號(hào)：9CrSi（9SiCr）、CrWMn應(yīng)用：拉刀、長(zhǎng)絲錐、長(zhǎng)鉸刀（切削速度不高）切削速度高時(shí)，刀具的工作溫度可達(dá)500~600℃，低合金刃具鋼不能滿足其性能要求→高速鋼,返回,合金刃具鋼牌號(hào),,,,,,,9 SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線,板牙,b.高速鋼（鋒鋼、風(fēng)鋼 、18-4-1鋼）,(1) 性能要求:,高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時(shí),HRC63以上) 、有一定的強(qiáng)度和韌性。,,(2) 化學(xué)成分特點(diǎn):,高碳 0.

38、7～1.5%:,鎢 18%:,鉬 5%:,鉻 4%:,釩1.5%:,保證高硬度,退火狀態(tài)下形成M6C碳化物,在560℃左右回火時(shí), 彌散析出W2C, 造成二次硬化, 提高鋼的紅硬性。,1%Mo的作用等同于2%W。,形成Cr23C6碳化物;提高鋼的淬透性。,形成VC, 硬度極高, 提高鋼的硬度和耐磨性, 產(chǎn)生二次硬化。,(3) W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及 熱處理特點(diǎn),鑄造 鍛造

39、 球化退火 機(jī)加工 淬火+三次570℃回火 磨削加工,,,,,鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織 中含有大量呈魚骨狀分布的粗 大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大 幅下降。,,,,,,,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織圖,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織圖,W18Cr4V鑄態(tài)組織 420 ?,,鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理

40、來(lái)消除,只能依 靠反復(fù)多次鍛打來(lái)?yè)羲椤?W18Cr4V鍛造組織 210 ?,,球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,便于機(jī)加工, 為淬火作好組織準(zhǔn)備。,,球化退火后的組織 : S + 粒狀 Cm,W18Cr4V球化退火組織 420 ?,W18Cr4V鋼的熱處理過(guò)程示意圖,,W18Cr4V鋼淬火組織,W18Cr4V淬火組織 300 ?,三次

41、570℃回火,在570℃回火時(shí) , 產(chǎn)生二次硬化。,,三次570℃回火,*淬火后A殘約20～25 %。,*第一次回火后A殘約剩15～18 %。,*第二次回火后A殘約剩3～5 %。,*第三次回火后A殘約剩1～2 %。,,回火后的組織: M回 + Cm + A殘 ( 1～ 2 % ),組織硬度為HRC65以上。,W18Cr4V淬火+ 一次回火組織,W18Cr4V淬火+一次回火組織 105 ?,W18Cr4V淬

42、火+ 三次回火組織,W18Cr4V淬火+ 三次回火組織 420 ?,（2）合金模具鋼,熱作模具鋼:工作溫度為600℃以上。,冷作模具鋼:工作溫度為200～300℃。,熱作模具鋼,1.性能要求:,高的熱硬性、高溫耐磨性;高的抗氧化能力;高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力( 防止龜裂 );高的淬透性和導(dǎo)熱性;,,,曲軸模具,熱作模具鋼,2.化學(xué)成分特點(diǎn):　　　中碳 0.3～0.6 %;合金元素:Cr、Ni、Mn、　S

43、i、Mo、W、V。提高淬透性，回火穩(wěn)定性，W造成二次硬化，V細(xì)化晶粒提高耐磨性。３.典型牌號(hào)：　　3Cr2W8、5CrNiMo （基本上為中碳0.3-0.5%左右）,5.熱處理工藝舉例,熱鍛模鋼: 5 CrMnMo 熱處理工藝: 淬火 + 550℃回火 熱處理后的組織: S回或T回?zé)釅耗ｄ? 3 Cr2W8V 熱處理工藝: 淬火 + 600℃三次回火 熱處理后的組織:

44、 M回 + Cm粒狀,汽車四缸壓鑄模,熱作模具鋼應(yīng)用,錘鍛模、機(jī)鍛模（水壓機(jī)、磨擦壓力機(jī)等）壓鑄模及熱沖裁模等。工作溫度500~600℃ 機(jī)鍛模在700℃左右。通常是在淬火和高溫回火狀態(tài)下使用，要求具有良好的綜合機(jī)械性能。,(二) 冷作模鋼,1.性能要求:,高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足夠高的韌性與疲勞抗力;熱處理變形小;,2.化學(xué)成分特點(diǎn):,高碳 1～2 %;合金元素:Cr, Mo、W、V。,汽車沖壓模具,(二) 冷作模鋼

45、,３.典型牌號(hào)　可用低合金刃具鋼 9Mn2、 CrWMn、Cr12型鋼廣泛用于制造各類冷作模具。Cr12MoV 可作為冷鐓模、冷沖模。,返回,*一次硬化法: 淬火 + 低溫回火 ( 950～1000℃ ) ( 150～180℃ ) *二次硬化法: 淬火 + 三次回火

46、 ( 1100～1000℃ ) ( 510～520℃ ),熱處理后的組織: M回 + Cm + A殘,４.熱處理特點(diǎn),（3）量具鋼,1.性能要求:高的硬度, HRC62;高的耐磨性;高的尺寸穩(wěn)定性;足夠高的心部韌性;熱處理變形小; 尺寸穩(wěn)定;良好的耐蝕性;,3.熱處理特點(diǎn):,4.熱處理后的組織: M回 + Cm,5.牌號(hào): CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等

47、。,2.化學(xué)成分特點(diǎn):,高碳 0.9～1.5 %;合金元素:Cr, Mn、W。,,,,3.特殊性能鋼,(1)不銹鋼(2)耐熱鋼(3)耐磨鋼,一.不銹鋼,1.定義: 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐 蝕能力的鋼。,2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm 以內(nèi)的鋼, 稱為在空氣中使用的 不銹鋼。 *在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕

48、 量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強(qiáng) 酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。,3.金屬腐蝕的機(jī)理,金屬腐蝕的種類:,1)化學(xué)腐蝕: 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和 非電解質(zhì)溶液 ) 發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 例如:高溫氧化、脫碳等。,2)電化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì) ( 電

49、解質(zhì)溶 液,即酸、堿、鹽溶液 ) 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生 的腐蝕。,電化學(xué)腐蝕過(guò)程示意圖,,珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖,4.金屬的防腐措施:,1)覆蓋層保護(hù): 涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷 化等工藝。,2)形成氧化層: 加入合金元素Cr、Al、

50、 Si 等,形成Cr2O3、SiO2、 Al2O3等氧化膜。,3)提高金屬的電極電位: 加入合金元素 Cr、Ni、Si等,提高金屬 基體的電極電位。,4)使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素 Mn、Ni、Co等能擴(kuò)大 γ區(qū),可在室溫獲得奧氏

51、體鋼。加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能擴(kuò)大α區(qū),可在室溫獲得鐵素體 鋼。,5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象: 偏析、應(yīng)力、組織等。,6)犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極 : 鑲嵌一些比金屬 或合金基體電極電位更低的金屬塊。,5.化學(xué)成分特點(diǎn): * 低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 輔加Ni、Mo、Cu、Ti、

52、 Nb、Mn 等。,常用的不銹鋼分類,a、馬氏體型不銹鋼b、奧氏體不銹鋼c、鐵素體型不銹鋼,a、馬氏體型不銹鋼,0Cr13~4Cr13 9Cr13 淬透性高空冷便得M而得名。0Cr13~2Cr13 含C量低具有良好的綜合機(jī)械性能，可進(jìn)行深沖、卷邊、焊接等，制不銹鋼結(jié)構(gòu)中（如汽輪機(jī)葉片等）淬火+高溫回火3 Cr13、 4Cr13 硬度度、焊接性差，耐蝕工件，醫(yī)療工具，不銹軸承，

53、淬火+低回。弱腐蝕介質(zhì)：大氣、海水、淡水、水蒸汽。,1Cr13金相組織圖,1Cr13供貨狀態(tài)組織 ( 化染 ) 580 ?,b、奧氏體不銹鋼,,返回,b、奧氏體型不銹鋼---18 – 8型鋼,化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.08 ～ 0.14 %、WCr = 17～19 %、WNi = 8～11 %、Cu、Ti、Mo等。,加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形強(qiáng)化。0cCr18Ni9 1Cr18Ni9

54、 0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti含C量在0.1%以下，通常為單相A，比馬氏體不銹鋼的耐蝕性好，好的冷變形性能，有好的韌性，焊接性。,熱處理特點(diǎn):固溶處理;穩(wěn)定化處理; 消除應(yīng)力退火。,牌號(hào): 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。,用途: 化工容器、管道等。,1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖,1

55、Cr18Ni9Ti固溶處理組織 580 ?,c、鐵素體型不銹鋼,化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %,熱處理特點(diǎn): 不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。,牌號(hào): 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。,,,,用途:化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑 性好、強(qiáng)度低的容器、管道等。,鐵素體型不銹鋼的用途,硝酸生

56、產(chǎn)裝置,合成氨生產(chǎn)裝置,（2）耐熱鋼,耐熱不起皮鋼——在高溫下耐氧化熱強(qiáng)鋼——要求高的高溫強(qiáng)度。典型牌號(hào)：12Cr1MoV 15CrMo鍋爐鋼管。應(yīng)用：長(zhǎng)期受機(jī)械作用蒸汽管道、蒸氣過(guò)濾器等，500~600℃之間；Cr13型600℃以下 ；600-700℃ 1Cr8Ni9Ti； 700℃以上Ni基或Co基合金。,返回,耐 熱 鋼 的 用 途,(3)耐磨鋼,耐磨鋼除了應(yīng)有良好的韌性外,還應(yīng)具有良好的耐磨性代表牌號(hào)Mn13應(yīng)用于