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1、2023/6/25,工程材料,75-1,第六章 合金钢,6.1 合金元素在钢中的作用6.2 合金钢的分类和牌号6.3 合金结构钢6.4 合金工具钢6.5 特殊性能钢,2023/6/25,工程材料,75-2,绪论,碳钢性能较好、容易加工、成本低廉，工程上应用最广、使用量最大（90%）；碳钢缺点淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能（如耐热、耐蚀）等；合金钢有意加入合金元素，克服了碳钢使用性能的不足，从而可在重要或某些特殊场合下使用。20钢：b410N/mm2 16Mn：b520N/mm2（Mn1.21.6）,2023/6/25,工程材料,75-3,常用合金元素：Mn、
2、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土)合金元素分类（根据与碳亲和力的大小）：强碳化物形成元素：Mo、W、Fe、V、Ti、Nb、Zr弱碳化物形成元素：Mn、Cr非碳化物形成元素：Si、Cu、Co、Ni、Al、N、B,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Fe或C的相互作用,2023/6/25,工程材料,75-4,一、合金元素对钢中基本相的影响,钢中的基本相：F、Fe3C钢中合金元素的存在方式：固 溶：合金铁素体合金渗碳体：(Fe、Mn)3C、(Fe、W)3C合金碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6,2023/6/25,工程材料,
3、75-5,合金元素对钢的力学性能的影响,合金元素对铁素体性能的影响(退火状态),2023/6/25,工程材料,75-6,二、合金元素对Fe-C合金相图的影响（点、线、区）,扩大奥氏体区：C、N、Co、Ni、Mn、Cu,奥氏体形成元素Mn对相图的影响：低温、低碳,2023/6/25,工程材料,75-7,缩小奥氏体区：Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al,铁素体形成元素Cr对铁碳合金相图的影响:高温、低碳,二、合金元素对Fe-C合金相图的影响（点、线、区）,2023/6/25,工程材料,75-8,727,二、合金元素对Fe-C合金相图的影响（点、线、区）,缩小区,扩大区,2023/6/25,工程材
4、料,75-9,三、合金元素对钢的热处理的影响,1.对加热时奥氏体化的影响,对形成A速度的影响(由C来控制)Co、Ni加速扩散 Mo、W、V、Ti阻碍扩散对A晶粒度的影响 P、Mn促进 Ti、Nb、V强烈阻碍(AlN)W、Mo、Cr有一定阻碍作用 Si、Ni、Co、Cu影响不大,2023/6/25,工程材料,75-10,2.对过冷奥氏体分解过程的影响,等温转变C曲线的位置与形状：非(弱)碳化物形成元素：Ni、Si、Mn、Cu溶入奥氏体、增大稳定性，使C曲线右移、Ms点降低碳化物形成元素：V、W、Mo、Cr、Ti不仅使C曲线右移，而且分离成两个“鼻子”,三、合金元素对钢的热处理的影响,2023/6
5、/25,工程材料,75-11,3.合金元素对C曲线的影响,三、合金元素对钢的热处理的影响,2023/6/25,工程材料,75-12,4.对过冷奥氏体Ms、A残的影响,合金元素对Ms点的影响 对残余奥氏体的影响,三、合金元素对钢的热处理的影响,2023/6/25,工程材料,75-13,5.对回火转变的影响,提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si产生二次硬化：Mo W V Ti在500600 回火时硬度升高回火脆性:第一类：250400 不可逆 第二类：500600可逆(Cr Mn Ni)防止第二类回火脆性的产生的方法:在500600 快速冷却;加入合金元素W、Mo。,三、合金元素对钢
6、的热处理的影响,2023/6/25,工程材料,75-14,6.对回火转变的影响,合金钢回火脆性示意图,三、合金元素对钢的热处理的影响,2023/6/25,工程材料,75-15,一、合金钢的分类(按用途),2023/6/25,工程材料,75-16,二、合金钢牌号的表示方法(GB),GB221-79规定，由三部分组成：化学元素符号:表示钢中所含化学元素种类；汉语拼音字母:表示产品名称、用途、冶炼 方法等特点，常采用的缩写字母及涵义表；阿拉伯数字:表示钢中主要化学元素质量分数 或产品的主要性能参数或代号。,2023/6/25,工程材料,75-17,二、合金钢牌号的表示方法(拼音含义),2023/6/
7、25,工程材料,75-18,二、合金钢牌号的表示方法(拼音含义),2023/6/25,工程材料,75-19,二、合金钢牌号的表示方法,GB221-79规定，由三大部分组成：(拼音)数字元素符号数字(拼音)结构钢：前面数字表示平均含碳量的万分数 后面数字表示合金元素的含量 1.5%不标出，1.5%、2.5%、3.5%、时分别标 2、3、4、例 如：40Cr为0.37-0.45%C、0.8-1.1%Cr GCr9、Y12中的G、Y分别表示滚动轴承钢和易切钢。,2023/6/25,工程材料,75-20,GB221-79规定，由三大部分组成：(拼音)数字元素符号数字(拼音)工具钢：前面数字表示平均含碳
8、量的千分数 后面数字表示合金元素的含量 1.5%不标出，1.5%、2.5%、3.5%、时分别标2、3、4、例 如：9SiCr平均含碳量0.9%，Si、Cr 1.5%,二、合金钢牌号的表示方法,2023/6/25,工程材料,75-21,一、普通低合金钢HSLA（High Strength，Low Alloy Steel）,低合金钢：普通碳素结构钢添加合金元素量不 超过5，一般在3以下。主要用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容 器、输油输气管道、大型钢结构等。特 点：较高的强度、屈强比、塑、韧性；良好的焊接性和冷塑性加工性；含有耐大气和海水腐蚀的元素。,南京长江大桥,压力容器,2023/6/25,
9、工程材料,75-22,一、普通低合金钢HSLA（High Strength，Low Alloy Steel）,2023/6/25,工程材料,75-23,二、渗碳钢,渗碳钢：经渗碳（或碳氮共渗）淬火低温回火后使用的钢，一般为低碳碳素结构钢(15、20)和低碳合金结构钢(如20CrMnTi)。用 途：主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。,拨叉,变速齿轮,2023/6/25,工程材料,75-24,二、渗碳钢(1性能要求),表层高硬度（58HRC）和高耐磨性；心部良好强韧性；较好的淬透性以保证渗碳件的心部性能，在高的渗碳温度（930）和长的渗碳时间下奥氏体晶粒长大倾向小，以便
10、于渗碳后直接淬火,2023/6/25,工程材料,75-25,二、渗碳钢(2成分特点),低 碳：0.1%0.25%，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷；合金元素：主加Cr、Mn、Ni、B等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。,2023/6/25,工程材料,75-26,二、渗碳钢(3热处理特点),渗碳后直接淬火+低温回火，其表层组织为细针状回火高碳马氏体粒状碳化物少量残余托氏体，硬度一般为5864HRC；心部组织依据钢的淬透性不同为铁素体屈氏体、或低碳马氏
11、体，硬度3545HRC，60J/cm2。由于渗碳的温度高、时间长，故渗碳件的变形较大，零件尺寸精度要求高时应进行磨削精加工。,2023/6/25,工程材料,75-27,二、渗碳钢(4.常用渗碳钢),2023/6/25,工程材料,75-28,二、渗碳钢(20CrMnTi热处理工艺),工艺路线：下料锻造正火齿形加工渗碳预冷淬火低温回火喷丸精磨,工艺曲线,2023/6/25,工程材料,75-29,三、调质钢,调质：淬火高温回火，得到回火索氏体组织，从而具有优良的综合力学性能（即强度和韧性的良好配合）的中碳钢（碳钢与合金钢）即为调质钢，它主要用于制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机
12、连杆、曲轴、机床主轴等。,齿轮,柴油机曲轴,2023/6/25,工程材料,75-30,三、调质钢（1.化学成分）,碳含量 0.25%0.5%（一般为0.4%左右）。合金元素 主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。辅加元素Mo、W、V等强碳化物形成元素，其中Mo、W的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化和弥散强化作用。几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。,2023/6/25,工程材料,75-31,三、调质钢（2.热处理特点）,预先
13、热处理 调质钢预先热处理的主要目的是保证零件的切削加工性能，依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行正火处理（碳及合金元素含量较低，如40钢）、退火处理（碳及合金元素含量较高，如42CrMo）甚至正火高温回火处理（淬透性高的调质钢如40CrNiMo）。,2023/6/25,工程材料,75-32,三、调质钢（2.热处理特点）,最终热处理 即淬火高温回火，由于零件硬度可间接反映强度与韧性，故技术文件上一般仅规定硬度数值，只有很重要的零件才规定其它力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、生产批量特点及形状尺寸等因素。当调质零件还有高耐磨性要求、并希望进一步提高疲劳性能
14、时，可在调质处理后进行渗氮处理、表面淬火强化和表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）,2023/6/25,工程材料,75-33,三、调质钢（2.热处理特点）,回火温度与性能的关系,2023/6/25,工程材料,75-34,三、调质钢（3.常用调质钢）,2023/6/25,工程材料,75-35,三、调质钢（4.应用举例 40CrMo）,汽缸螺栓性能要求：b900N/mm2 s700N/mm2 HB300341 12、50,KU 80J/cm2,制作工艺过程：下料锻造正火粗加工调质精加工喷丸,2023/6/25,工程材料,75-36,四、弹簧钢,弹 簧 钢：专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要
15、求的结构零件的主要材料。主要作用：通过弹性变形储存能量（即弹性变形功），从而传递力（或能）和机械运动或缓和机械的振动与冲击，如汽车、火车上的各种板弹簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，通常是在长期的交变应力下承受拉压、扭转、弯曲和冲击条件下工作。,2023/6/25,工程材料,75-37,四、弹簧钢,2023/6/25,工程材料,75-38,四、弹簧钢（1.性能要求）,高的弹性极限e和屈强比s/b保证优良的弹性性能，即吸收大量的弹性能而不产生塑性变形；高的疲劳极限 疲劳是弹簧的最主要破坏形式之一，疲劳性能除与钢的成分结构有关以外，还主要受钢的冶金质量（如非金属夹杂物）和弹簧表面质量(如脱碳)的影响；足够
16、的塑性和韧性 以防止冲击断裂；其它性能 良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下工作的耐热性或耐蚀性要求等。,2023/6/25,工程材料,75-39,四、弹簧钢（2.成分特点）,碳含量 碳素弹簧钢0.60.9%C，合金弹簧钢0.450.70%C，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，能较好地保证弹簧的性能要求。合金元素 主加元素为Si、Mn、Cr等，其主要作用是提高淬透性、固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为Mo、W、V等强碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷、Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性及耐热性等。,2023/6/25,工程材料,75-40,四、弹簧钢（3.热处理特点）
17、,（1）热成形弹簧 对截面尺寸10mm各种大型和形状复杂的弹簧均采用热成形(如热轧、热卷)，如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺旋弹簧。其加工路线：下料加热压弯或卷绕淬火中温回火喷丸，使用状态组织为回火托氏体。喷丸可强化表面并提高弹簧表面质量，显著改善疲劳性能。(也可采用等温淬火获得下贝氏体、或形变热处理，提高弹簧的性能和寿命)。,2023/6/25,工程材料,75-41,四、弹簧钢（3.热处理特点）,（2）冷成形弹簧 截面尺寸10mm的各种小型弹簧可采用冷成形(如冷卷、冷轧)，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉（轧）强化；然后再
18、进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，故在其后应进行低温去应力退火（一般200400）。,2023/6/25,工程材料,75-42,四、弹簧钢（4.常用弹簧钢）,（1）碳素弹簧钢 价格低但淬透性差，小截面尺寸非重要弹簧用(65)。（2）合金弹簧钢 Si-Mn系弹簧钢和Cr系弹簧钢。前者淬透性较碳钢高，价格不很昂贵，故应用最广，主要用于截面尺寸不大于25mm的各类弹簧(60Si2Mn、65Mn)。后者的淬透性较好，综合力学性能高，弹簧表面不易脱碳，但价格相对较高，一般用于截面尺寸较大的重要弹簧(50CrVA)。,2023/6/25,工程材料,75-43,五、滚动
19、轴承钢,滚动轴承钢是用于制造各种滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱）和内外套圈的专用钢种，也可用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杆及油泵油嘴的精密偶件如针阀体、柱塞等耐磨件。,2023/6/25,工程材料,75-44,五、滚动轴承钢(bearing steel),2023/6/25,工程材料,75-45,五、滚动轴承钢（1.性能要求）,滚动轴承要承受高达30005000MPa的交变接触应力和极大的摩擦力，还将受到大气、水及润滑剂的浸蚀，其主要损坏形式有接触疲劳(麻点剥落)、磨损和腐蚀等。性能要求有：1）高的接触疲劳极限和弹性极限；2）高的硬度和耐磨性；3）适当的韧性和耐蚀性。,2023/6/25,工程
20、材料,75-46,五、滚动轴承钢（2.成分特点）,高碳 0.95%-1.15%C，保证轴承钢高硬度和高耐磨性；低铬 0.40%-1.65%Cr，增加钢的淬透性，并形成合金渗碳体(Fe、Cr)3C提高接触疲劳极限和耐磨性。大型轴承 加入Si、Mn、Mo等元素以进一步提高淬透性和强度；对无铬轴承钢还应加入V元素，形成VC以保证耐磨性并细化钢基体晶粒。,2023/6/25,工程材料,75-47,五、滚动轴承钢（2.成分特点）,高纯度、高均匀性 统计表明：因原材料质量问题而引起的轴承失效高达65，故轴承钢的杂质含量规定很低(ws0.020%、wp0.027%)，夹杂物级别应低、成分和组织均匀性（尤其是
21、碳化物均匀性）应高，这样才能保证轴承钢的高接触疲劳极限和足够的韧性。,2023/6/25,工程材料,75-48,五、滚动轴承钢（3.热处理特点）,预先热处理正火球化退火，以改善切削加工性并为淬火作组织准备；最终热处理淬火低温回火，决定轴承钢的性能，得到高硬度（6266HRC）和高耐磨性。冷处理 为了较彻底消除A残与内应力、稳定组织、提高轴承的尺寸精度，还可在淬火后进行冷处理(-6080），在磨削加工后进行低温时效处理等。,2023/6/25,工程材料,75-49,五、滚动轴承钢（热处理工艺）,2023/6/25,工程材料,75-50,五、滚动轴承钢（4.常用轴承钢）,2023/6/25,工程材
22、料,75-51,五、滚动轴承钢（4.常用轴承钢）,2023/6/25,工程材料,75-52,6.4合金工具钢,工具钢：用于制造刃具、模具、量具等各类 工具用钢。分 类：分为刃具钢、模具钢和量具钢三类。要 求：硬度与耐磨性高于被加工材料，能耐 热、耐冲击且具有较长的使用寿命,量 具,刃 具,2023/6/25,工程材料,75-53,一、刃具钢,刃具是切削加工的工具，包括手用和机用的车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥和板牙等。在切削过程中，刀刃与工件及切屑之间的摩擦将导致严重的磨损和切削热；刃口局部区域极大的切削力及刀具使用过程中过大的冲击与振动，可能导致刀具崩刃或折断。,2023/6/25,工程材料,
23、75-54,一、刃具钢,2023/6/25,工程材料,75-55,一、刃具钢(1.性能要求),1）高的硬度（6066HRC）和耐磨性。2）高的热硬性，即钢在高温下（500600）保持高硬度（60HRC左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性能。3）适当的韧性。,2023/6/25,工程材料,75-56,一、刃具钢(2.碳素工具钢热处理),碳素工具钢须经球化退火预先热处理以降低硬度（217HBS）便于切削加工、并为淬火作组织准备；若锻造组织不良（如出现网状碳化物缺陷），则应在球化退火之前先进行正火处理，以消除网状碳化物。最终热处理为淬火低温回火（回火温度一般180200），正常组织为隐晶回火马
24、氏体细粒状渗碳体及少量残余奥氏体。,2023/6/25,工程材料,75-57,一、刃具钢(2.碳素工具钢的优点),成本低、冷热加工工艺性能好，在手用工具和机用低速切削工具上有较广泛的应用；但碳素工具钢的淬透性低、组织稳定性差且无热硬性、综合力学性能（如耐磨性）欠佳，故一般只用做尺寸不大，形状简单、要求不高的低速切削工具。,2023/6/25,工程材料,75-58,一、刃具钢(2.碳素工具钢的牌号),2023/6/25,工程材料,75-59,一、刃具钢(3.低合金刃具钢成分特点),在碳素工具钢基础上添加Si、Mn、Cr、W、Mo、V等合金元素，以提高工具钢的综合性能。合金元素总量一般在5以下，其
25、主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性、进一步改善刀具的硬度和耐磨性；强碳化物形成元素(如W、V等)所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外，还可细化基体晶粒、改善刀具的强韧性。,2023/6/25,工程材料,75-60,一、刃具钢(3.低合金刃具钢热处理特点),低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，可用于制造尺寸较大、形状较复杂、受力要求较高的各种刀具；但由于其内的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素(W、Mo、V等)，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的工作温度一般不超过250，否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢。,2023/6/25,
26、工程材料,75-61,一、刃具钢(3.低合金刃具钢牌号),2023/6/25,工程材料,75-62,一、刃具钢(4.高速钢的性能特点),高的热硬性：它可使刀具在高速切削时，刃部温度上升到600，其硬度仍然维持在5560HRC以上；高硬度和高耐磨性：使切削时刀刃保持锋利（故也称“锋钢”）；淬透性优良：在空气中冷却也可得到马氏体(故又称“风钢”)。广泛用于尺寸大、形状复杂、负荷重、工作温度高的各种高速切削刀具。,2023/6/25,工程材料,75-63,一、刃具钢(4.高速钢的成分特点),C0.70%1.5%，强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬度、耐磨性和热硬性；Cr4.0%左右，提高淬透性和回
27、火稳定性，增加钢的抗氧化、耐蚀性和耐磨性，并有微弱的二次硬化作用；W、Mo产生二次硬化保证钢的热硬性，也有提高淬透性和热稳定性、并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用；V形成细小稳定的VC来细化晶粒，同时也有加强热硬性、进一步提高硬度和耐磨性的作用。Co、Al是超硬高速钢中的非碳化物形成元素，能进一步提高钢的热硬性和耐磨性。,2023/6/25,工程材料,75-64,一、刃具钢(4.高速钢的锻造),高速钢属于莱氏体钢，故铸态组织中有大量的不均匀分布的粗大的鱼骨状共晶碳化物，难于通过热处理来改善，显著降低钢的强、韧性，引起工具的崩刃和脆断，故要求进行严格的锻造以改善碳化物的形态与分布。其锻造要点有：
28、“两轻一重”即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间温度范围要重锻；“两均匀”即锻造过程中温度和变形量的均匀性；“反复多向锻造”等。,2023/6/25,工程材料,75-65,一、刃具钢(4.高速钢的锻造),2023/6/25,工程材料,75-66,一、刃具钢(4.高速钢的热处理),球化退火(预先热处理降低硬度207255HB)（机械加工）淬火 冷处理(80左右)减少残余奥氏体 高温回火(550570高温回火24次),2023/6/25,工程材料,75-67,一、刃具钢(4.高速钢的热处理工艺),W18Cr4V高速钢的预备热处理,2023/6/25,工程材料,75-68,一、刃具钢(4.高速钢的热处
29、理工艺),W18Cr4V钢的淬火回火曲线和显微组织,2023/6/25,工程材料,75-69,一、刃具钢(4.高速钢的硬度与T回),2023/6/25,工程材料,75-70,一、刃具钢(4.高速钢的牌号),2023/6/25,工程材料,75-71,二、模具钢,模具是用于进行压力加工的工具，根据其工作条件及用途不同，常分为冷作模具、热作模具和成形模具（其中主要是塑料模）等三大类。模具品种繁多，性能要求也多种多样，可用于模具的钢种也很多，如碳素工具钢、（低）合金工具钢、高速钢、滚动轴承钢，不锈钢和某些结构钢等。,曲轴模具,汽车四缸压铸模,2023/6/25,工程材料,75-72,二、模具钢(1.冷
30、作模具钢),工作条件与性能要求：在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作温度200300；模具承受很大的载荷及摩擦、冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性、高强度和足够的韧性；冷作模具对淬透性、耐磨性尤其是韧性方面的要求更高一些，冷作模具钢应是高碳成分并多在回火马氏体状态下使用。,汽车冲压模具,2023/6/25,工程材料,75-73,二、模具钢(1.冷作模具钢),常用冷作模具钢：碳素工具钢(T10、T10A)尺寸较小的冷作模具钢低合金工具钢(9SiCr、9Mn2V)中小尺寸模具钢中、高铬模具钢(Cr12、Cr12MoV)尺寸大、形状复杂、精度高的重载模具 高速钢类模具钢(W6Mo5Cr
31、4V2、6W6Mo5Cr4V)冷、热模具钢均可,2023/6/25,工程材料,75-74,二、模具钢(1.冷作模具钢),冷作模具制作工艺(Cr12、Cr12MoV)：下料锻造退火机械加工淬火回火精磨或电火花加工成品,2023/6/25,工程材料,75-75,二、模具钢(2.热作模具钢),工作条件与性能要求：使热态金属（固态或液态）成形的模具用钢。热锻模工作部分的温度会升高到300400、热挤压模可达500800、甚至近1000，因交替加热冷却的温度循环产生交变热应力；热作模具常见的失效形式有变形、磨损、开裂和热疲劳等，要求模具钢应具有良好的高温强韧性、高的热疲劳和热磨损抗力、一定的抗氧化性和耐
32、蚀性等。,2023/6/25,工程材料,75-76,二、模具钢(2.热作模具钢),常用热作模具钢：,2023/6/25,工程材料,75-77,二、模具钢(2.热作模具钢),热锻模生产工艺（5CrMnMo）：下料锻造退火机械加工淬火回火精加工,2023/6/25,工程材料,75-78,三、量具钢,量具是度量工件尺寸形状的工具，是计量的基准，如卡尺、块规、塞规及千分尺等。由于量具使用过程中常受到工件的摩擦与碰撞，且本身须具备极高的尺寸精度和稳定性，故量具钢应具备以下性能：1）高硬度（5864HRC）和高耐磨性。2）高的尺寸稳定性（要求组织稳定性高）。3）一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性。,2023/
33、6/25,工程材料,75-79,三、量具钢(热处理特点),1.淬火加热时进行预热，以减小变形，这对形状复杂的量具更为重要。2.在保证力学性能的前提条件下降低淬火温度，尽量不采用等温淬火或分级淬火工艺，减少残余奥氏体的生成。3.淬火后立即进行冷处理(-80)减小残余奥氏体量，延长回火时间，回火或磨削之后进行长时间的低温时效处理等。,2023/6/25,工程材料,75-80,特殊性能钢,特殊性能钢是指以某些特殊物理、化学或力学性能为主的钢种，其类型很多，在工程上常用的主要有:不锈钢 耐热钢 耐磨钢,2023/6/25,工程材料,75-81,一、不锈钢,不锈钢通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介
34、质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的统称，全称不锈耐酸钢。广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。,2023/6/25,工程材料,75-82,一、不锈钢(1.金属的腐蚀与防腐),化学腐蚀电化学腐蚀,2023/6/25,工程材料,75-83,一、不锈钢(1.金属的腐蚀与防腐),“多项”易腐蚀，单项不易腐蚀两相若电极电位接近耐腐蚀(Cr、Ni提高基体电极电位)表面致密的氧化膜也耐腐蚀(Al2O3、Cr2O3),2023/6/25,工程材料,75-84,一、不锈钢(2.不锈钢分类与常用牌号),不锈钢按其正火组织不同分为五类：马氏体型；铁素体型；奥氏体型；双相型
35、；沉淀硬化型；(奥氏体型不锈钢约占不锈钢总产量的70),2023/6/25,工程材料,75-85,一、不锈钢(2.不锈钢分类与常用牌号),铁素体不锈钢：碳含量0.15%、铬含量1230，耐蚀性优于马氏体不锈钢。Cr是铁素体形成元素，致使此类钢从室温到高温（1000左右）均为单相铁素体；塑性加工、切削加工和焊接性较优。主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的零件，如耐硝酸、磷酸结构和抗氧化结构。常见的铁素体不锈钢有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。,2023/6/25,工程材料,75-86,一、不锈钢(2.不锈钢分类与常用牌号),马氏体不锈钢：碳0.1%1.0%，铬12%18%。此类钢只在氧化
36、性介质中(如大气、海水、氧化性酸)耐蚀，而在非氧化性介质中(如盐酸、碱溶液等)耐蚀性很低；钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低，钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善。常见的有：低、中碳的Cr13型（如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13）和高碳的Cr18型（如9Cr18、9Cr18MoV等）,医用镊子,2023/6/25,工程材料,75-87,一、不锈钢(2.不锈钢分类与常用牌号),奥氏体不锈钢：是在Cr18Ni8(18-8)基础上发展起来的，低碳(0.12)、高铬(1725)和较高镍(829)；此类钢具有最佳的耐蚀性，但相应地价格也较高；优良的低温韧性、高的加工硬化能力
37、、耐热性和无磁性，其冷塑性加工性和焊接性能较好。以Cr18Ni8普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9等。,2023/6/25,工程材料,75-88,一、不锈钢(2.不锈钢分类与常用牌号),2023/6/25,工程材料,75-89,二、耐热钢,在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢称之为耐热钢。广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。,2023/6/25,工程材料,75-90,高温力学性能指标有：蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢 塑性变形（即蠕变）的抗力；以 表示 700下经100
38、0h产生0.2%残余变形量的最大 应力。持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的 抗力；以 表示在500下经10000h发生 断裂的应力值。,二、耐热钢（性能指标）,2023/6/25,工程材料,75-91,常用Cr、Al、Si抗氧化性元素在钢表面生成致密稳定连续而牢固的Cr2O3、Al2O3、SiO2氧化膜，但Al、Si明显增加钢的脆性，常与Cr一起加入；当Cr达5时，工作温度达600650，达28时，工作温度可达1100。微量稀土(RE)元素如钇(Y)、镧(La)等，能防止高温晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。,二、耐热钢（提高热强性_
39、抗氧化性）,2023/6/25,工程材料,75-92,基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等，形成单相组织并提高再结晶温度。第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小弥散分布的稳定碳化物(VC、TiC、NbC)或稳定性更高的金属间化合物(Ni3Ti、Ni3Nb、Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。微量晶界强化元素硼(B)与稀土(RE)元素，起净化晶界或填充晶界空位的作用。,二、耐热钢（提高热强性_热强性）,2023/6/25,工程材料,75-93,组织为细片PF，在600以下工作的热工动力机械和石油化工设备。碳0.10%0.40%；耐热性合金Cr、Mo、W、V、Ti、
40、Nb等强化铁素体并防止碳化物的球化聚集长大以保证热强性。低碳12CrMo、15CrMoV，优良的冷热加工性能，主要用做锅炉管线等，正火后使用。中碳35CrMo、35CrMoV，调质后使用，具有优良的高温综合力学性能，主要用做耐热的紧固件和汽轮机转子。,二、耐热钢（常用耐热钢_珠光体）,2023/6/25,工程材料,75-94,空冷形成马氏体高温回火状态下使用：低碳高铬型，Cr13型不锈钢加入Mo、W、V、Ti、Nb等元素而形成，牌号有1Cr11MoV、1Cr12WMoV等,因这种钢还有优良的消振性，最适宜制造工作温度在600以下的汽轮叶片，故又称叶片钢。中碳铬硅钢，4Cr9Si2、4Cr10S
41、i2Mo等，既有良好的高温抗氧化性和热强性，还有较高的硬度和耐磨性，最适合于制造工作温度在750以下的发动机排气阀，故又称气阀钢。,二、耐热钢（常用耐热钢_马氏体）,2023/6/25,工程材料,75-95,在奥氏体不锈钢的基础上W、Mo、V、Ti、Nb、Al等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳化物或金属间化合物。具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热强性和抗氧化性，此外还有高的塑性、韧性及良好可焊性、冷塑性成形性。常用1Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo等，用于工作高达800的各类紧固件与汽轮机叶片、发动机气阀，使用状态为固溶处理状态或时效处理状态。,二、耐热钢（常用耐热钢_奥
42、氏体）,2023/6/25,工程材料,75-96,航空、航天工业的喷气式发动机在800以上的高温下长期承受一定的载荷工作，耐热钢已不能满足抗氧化性尤其是热强性要求，此时便应采用高温合金，它包括铁基、镍基、钴基。1.铁基高温合金 工作温度800900的零件，使用状态为固溶或固溶时效。常用牌号如GH1131，Cr20、Ni28%、W5、Mo4左右。2.镍基高温合金 基本性能类似于铁基高温合金，但热强性和组织稳定性稍优；但价格昂贵。如GH3030，Cr20、微量的Ti、Al等元素。,二、耐热钢（常用耐热钢_高温合金）,2023/6/25,工程材料,75-97,耐磨钢：用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，
43、目前尚未形成独立的钢类；广义上，高碳工具钢、一部分结构钢（主要是硅、锰结构钢）及合金铸钢均可用于制造耐磨零件，其中最重要的是高锰耐磨钢。,三、耐磨钢,2023/6/25,工程材料,75-98,三、耐磨钢,铁道岔道,2023/6/25,工程材料,75-99,化学成分：高碳(0.9%1.5%)、高锰(1114)。铸态组织：粗大AFe3C网，脆性大，不直接使用。固溶处理：（10601100快速水冷）后可得到 单相A，此时韧性很高(故又称“水韧处理”)。加工硬化：(AM)形成硬(500HBW)而耐磨的 表面层(1020mm)，心部仍为高韧性的A。主要用途：坦克、拖拉机、挖掘机的履带板、破 碎机衬板、铁
44、路道岔等。,三、耐磨钢（高锰钢）,2023/6/25,工程材料,75-100,用于工作温度低于0（40）的零件的钢种，广泛用于钢铁冶金、化工、冷冻设备、液体燃料的制备与贮运装置、海洋工程与极地机械设施等。,四、低温钢,2023/6/25,工程材料,75-101,（一）性能要求 1.冷脆转变温度低、低温冲击韧度高；2.一定的强度及对所接触介质的耐蚀性；3.优良的焊接性能与冷塑性成形性能；,四、低温钢,2023/6/25,工程材料,75-102,（二）成分与组织特点 1.低碳 一般wc0.20%。2.Mn、Ni对低温韧性有利，Ni最明显；V、Ti、Nb、Al可细化晶粒而进一步改善低温韧性。3.严格
45、控制损害韧性的P、Si等元素含量。4.面心立方结构（如奥氏体钢、铝、铜金属）的低温韧性良好。,四、低温钢,2023/6/25,工程材料,75-103,（三）低温钢的种类与常用钢号 按其使用温度等级、组织类型或主要化学成分不同来进行分类,四、低温钢,2023/6/25,工程材料,75-104,在南极低温超过了50;液化气；温度降低，冲击韧性降低；一般18-8不锈钢、高Mn钢及Cu、Al等面心结构材料在低温下不易脆化。中国低温钢：16Mn、09Mn2V、09MnTiCuRE、06MnNb、06AlCu、06AlNbCuN、20Mn23Al、15Mn26Al4国外低温钢：大于42 低碳（0.25%）+Si-Mn 正火后使用42196 低碳（0.170.21）、低（中）镍钢，正火或淬火回火196296 奥氏体不锈钢,四、低温钢,2023/6/25,工程材料,75-105,四、低温钢,
