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1、钢铁材料的特征,品种繁多、性能丰富矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低应用广泛，是最重要的工程材料,碳钢及合金钢的应用与区别,碳钢与合金钢的比较,碳钢的特点 冶炼加工容易 成本低,应用广 可热处理强化 回火稳定性差 淬透性差 基本相强度低,韧性差 不能满足特殊性能要求,合金钢的特点 冶炼加工困难 成本高 回火稳定性高 淬透性高 基本相强度高,韧性好 能满足特殊性能要求,使用性能：以强韧性为主工艺性能：以可焊性、淬透性为主常用钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等,工程用钢：建筑、桥梁、船舶、车辆,渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢,机器用钢,结构钢,3 结构钢,(普通)碳素结构钢,牌号
2、：Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 A、B A、B、C、D A、B成分特点：低C，高S、P，高非金属夹杂性能特点：冶炼容易、冶金质量差、机械性能低 可焊性、塑性好、工艺性好使用状态：热轧空冷 SF用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等）普通机械零件（少）Wc 低时可用作焊接、铆接件等；重要零件用Q235C、Q235D,(普通)碳素结构钢,牌号：08、10、15、20、75、80、85（F）成分特点：Wc：0.08%0.85%C，S、P 0.04%性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）用途：比较重要的零件，
3、如齿轮、轴、连杆、弹簧等,优质碳素结构钢,低合金结构钢,牌号：或：16Mn、09MnV、09MnNb、15MnTi、14MnVTiRe成分特点：,Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 A、B AE AE AE C、D、E,低合金(WMe 3%),低C(Wc 0.2%),保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能,Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re,提高 F 的强度(Mn、Si)细化晶粒(V、Ti、Nb)提高s、b、ak 增加P，并使之细化(Mn)弥散强化(V、Ti、Nb)提高耐蚀性(Cu、P)脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re),性能特点：(s)高、s/b高 减重20%
4、30%具有良好的塑性和足够的韧性 具有较高的冷加工成形性 具有良好的可焊性、耐蚀性 低的韧脆转变温度,低合金结构钢,使用状态：热轧或正火，SF用途：强度较高的工程结构件,调质钢,性能特点：调质处理后具有 S回 综合性能 加工性能成分特点：中碳（0.25%0.50%）低合金（3.5%）,提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒:Ti、V 防止第二类回火脆性:W、Mo,加工工艺路线：下料 锻造 预备热处理 粗加工 调质 精加工 表面强化 装配调质目的：为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织组织：主体：S回 表层：M回,正火或退火,淬火+高温回火,淬火+低
5、温回火,回火索氏体,调质钢,螺杆,破碎机主轴,柴油机连杆,分类及用途：低淬透性(D0油60mm,40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA)大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮,汽轮机主轴,调质钢,弹簧钢,成分特点,中高碳：碳素弹簧钢为0.60.9%C 合金弹簧钢为0.450.7%C,主加元素：Si、Mn、Cr、V,用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件,性能特点：高的s，s/b；高的-1；足够的韧性，耐震动、抗冲击高的淬透性,提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒,热处理特点：热轧弹簧(10mm大截面弹簧)：热成型淬火+中温回火喷丸冷轧弹簧(10mm弹簧）：淬火+中温回火冷
6、成型去应力喷丸,弹簧钢,大型热卷弹簧,弹簧的表面质量防止表面脱碳；避免表面缺陷；进行喷丸处理，使表面产生压应力,使用状态组织：T回,冷卷螺旋压缩弹簧,弹簧钢,65Mn、60Si2Mn：较大截面弹簧(汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧)50CrV：大截面、大载荷、耐热的弹簧,用途,冷成形弹簧的生产过程,高而均匀的硬度和耐磨性高的b和接触疲劳强度足够的韧性、淬透性和耐蚀性高的纯净度,工作条件承受高接触应力(达30003500MPa)周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦,滚动轴承钢,用于制造轴承套和滚动体的专用钢种,向心球轴承,滚针轴承,圆柱滚子轴承,性能要求,滚动轴承钢,成分特点:高碳：0.95
7、1.10%C主加元素Cr，提高淬透性、耐磨性和耐蚀性辅加元素Mn、Si，提高淬透性,热处理特点：,球化退火+淬火+低温回火冷处理(-60-80)，时效（120140,1020h）,减少A、稳定尺寸、去应力,组织：回火M 细颗粒碳化物少量A,应用：GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥GCr15SiMn：大型、特大型轴承,滚动轴承钢,轴承生产车间,滚动轴承钢的热处理,渗碳钢,表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性,工作条件承受冲击载荷及交变应力作用表面受强烈磨损,用于制造渗碳零件的专用钢种,性能要求,成分
8、特点:低碳：0.100.25%C加入提高淬透性元素Cr、Ni、Mn、B加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo,渗碳钢,分类及应用：低淬透性合金渗碳钢15Cr、20Cr、20Mn2用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴中淬透性合金渗碳钢20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性合金渗碳钢18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,活塞销(20Cr),柴油机曲轴,变速箱齿轮,按用途分为:刃具钢模具钢量具钢,4 工具钢,刃具钢的基本要求性能要求 高硬度(HRC60)高的耐磨性 高的弯曲强度和足够的韧性高
9、的热稳定性（热硬性）组织要求:硬而细小的碳化物均匀分布在强而韧的钢基体中冶金质量：优质或高级优质刃具钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢,用来制造各种切削刀具的钢种,切削加工,一、刃具钢,碳素工具钢,牌号：T7、T8、T9、T12 T13（A）,成分特点：高C(0.65%1.35%)、低S、P性能特点：高H，工作温度低时有较好的耐磨性；工艺性好，淬透性低，热硬性差,工艺路线：,消除锻造应力；降低硬度，便于切削加工；使球化，为淬火做准备。,获得高硬度、高耐磨性,最终组织,碳化物网组织,球化退火后组织,T12钢正常淬火组织,M回 粒状Fe3C+A,最终组织：,尺寸小、形状简单、低速低温硬度高的
10、工具 T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13 韧性高 硬度高 T7、T8：冲头、凿子、锤子等承受冲击的工具 T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥等低速切削工具及冷作模具 T12、T13：锉刀、手锯条、刮刀、量规、样套等耐磨工具及量具,碳素工具钢,应用：,（碳素工具钢+合金元素）,高C（0.9 1.5%）+低合金（5%）,合金元素作用：提高淬透性:Cr、Mn、Si 提高耐回火性：Si、Cr 提高耐磨性、细化晶粒、阻止钢过热:W、V,低合金工具钢,成分特点：,性能要求:,HRC60，使用温度200 300，有一定的强度和韧性,低合金工具钢,热处理:,球化退火（+机加工）+淬火（油冷）+
11、低温回火,最终组织：,回火M+合金碳化物+少量A,各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。,应用：,9 SiCr,CrWMn,高速钢型材,提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）提高淬透性（Cr）提高回火稳定性（W、V）细化晶粒（V）,高速钢,制造高速切削刃具用钢,典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,成分特点：,高C（wC=0.65 1.65%）高合金（10%）,高速钢,性能特点：,高硬度和耐磨性“锋钢”高热硬性“高速钢”高淬透性“风钢”较高的强度、韧性,锻造,高速钢铸态组织,高速钢,加工及热处理特点：,球化退火,W18Cr4V钢退火工艺,退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）,高
12、速钢,机加工,淬火,高速钢,回火：需560 多次回火,磨削,回火M+粒状碳化物+少量A,M回+颗粒状碳化物+A（少量）,高速钢,淬火后组织:,M+碳化物+A,使用状态下组织:,M+碳化物+A,齿轮滚刀,插齿刀,圆锯片,应用 高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等,高速钢,模具钢的基本要求高的强度、硬度和耐磨性 足够的韧性高的淬透性和淬硬性良好的工艺性能模具钢分类：冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢,用来制造模具的工具钢,二、模具钢,用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具,用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具,使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢,冷作模具钢,常温下使金属或非金属变形的模具（冷
13、冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等,冷镦模具,工作温度：T工作200300受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力失效形式：磨损、崩刃、断裂、变形等,性能要求：高硬度（58HRC62HRC）高耐磨性(特别是表面抗磨损能力)高淬透性足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度)足够的韧性和疲劳抗力热处理变形小良好的工艺性能,汽车外板冷冲模,Cr12钢,冷作模具钢,成分特点：高C（wC 1.0%）加入Cr、Mo、W、V等合金元素,常用钢种：T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn小型、轻载模具Cr12、Cr12MoV大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具高速钢热硬性要求高的模具,
14、热处理特点:碳素工具钢 低合金工具钢,球化退火（+机加工）+淬火+低温回火,冷作模具钢,Cr12 型冷模具钢的热处理方案：一次硬化法 工艺：低温淬火（9501000）+低温回火（150180）性能：高硬度（HRC6164），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小 应用：重载模具 二次硬化法 工艺：高温淬火（11001150）+510520多次回火（三次）性能：硬度60HRC62HRC，红硬性 和耐磨性都较高，韧性较差 应用：受强烈磨损，工作温度在400450的模具 Cr12型钢热处理后组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体,冷作模具钢,热锻,压铸,热挤压,热作模具钢,包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类,工
15、作温度：T工作=400600受力特点：高冲击、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力失效形式：高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等,性能要求：高的热硬性和高温耐磨性；高的抗氧化性能和耐腐蚀性能；高的热强性和足够的韧性；高的热疲劳抗力；高的淬透性和导热性,成分特点：中碳（0.3%0.6%）保证高强度、高韧性、较高硬度(HRC3552)和热疲劳抗力 合金元素的作用：,提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo）提高回火稳定性（Cr、Ni、Mo、W、V）提高高温强度、耐热疲劳性能（Mo、W、V）细化晶粒、增加钢的韧性（Ni、V）防止第二类回火脆性（Mo、W）,热作模具钢,常用钢种及应用5CrMnMo、5
16、CrNiMo、5CrMnSiMoV：韧性高、热硬性不太高的热锻模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi：热强性更好的大型锻压模或压铸模,热作模具钢,汽车四缸压铸模,热处理特点:预备热处理：完全退火或等温退火最终热处理：热锻模淬火+模面中温回火、模尾高温回火 回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体；压铸模较高温度淬火+略高于二次硬化峰值的温度回火34次 回火后组织：回火马氏体+粒状碳化物,热作模具钢,塑料模具钢,包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具,一定的综合性能（强度、硬度、耐磨性等）良好的工艺性（切削加工性、热处理变形小、补焊性能好）良好的导热性和热稳定性、低的热膨胀系数良好的可抛光性和镜面质量一定的
17、耐腐蚀性低的导磁系数,塑料模具钢,工作温度：T工作=200受力特点：性能要求：,承受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大,塑料模具钢的分类和应用非合金型塑料模具钢 45、50、55等：形状简单、小型、精度要求 不高、使用寿命不需要很长 T7、T8 T12：形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具渗碳型塑料模具钢 10、20、20Cr、12CrNi3、20CrMnTi、20CrMnMo等 优点：切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性；模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好；塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生产 缺点：热处理工艺较复杂、变形
18、大,塑料模具钢,调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等 工艺过程：热加工后的模块调质处理刻模加工成型使用 优点：成型后不需最终热处理避免热处理而引起的变形和裂纹 应用：形状复杂的大、中型精密塑料模具时效硬化型塑料模具钢 25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等 工艺过程：固溶硬化后变软切削加工成型时效处理 优点：综合性能很高，热处理变形很小，焊接性能好，可进行表面氮化 应用：适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具,塑料模具钢,整体淬硬型塑料模具钢 低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、9Cr-W
19、Mn 冷作模具钢：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV 热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB优点：使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命应用：用于压制热固性塑料、交合强化塑料(尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料)大批量生产，要求模具使用寿命很长的塑料模具耐腐蚀型塑料模具钢 Cr13型M耐蚀钢、9Cr18高碳高铬M不锈钢、1Cr18Ni9Ti型A不锈钢等 用途：生产化学性腐蚀塑料(如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等)制品模具,塑料模具钢,尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具：低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火、碳素工具钢、低合金工具钢 T10A、T
20、12A、9SiCr等精密量具：滚动轴承钢、冷作模具钢等 GCr15、CrWMn等接触腐蚀介质的量具：不锈钢,三、量具钢,性能特点：高硬度和耐磨性、高尺寸稳定性、热处理变形小、足够的韧性成分特点：高碳（0.9%1.5%）+Cr、W、Mn等合金元素应用：,用来制造各种测量工具的钢种,量具钢的热处理特点,预备热处理：采用球化退火或调质处理,最终热处理：淬火+（-70-80）冷处理+低温回火+时效处理,最终组织：回火M+碳化物+Ar,三、量具钢,用来制造各种测量工具的钢种,不锈钢,在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢,金属腐蚀的概念（1）化学腐蚀金属与化学介质直接产生化学反应（2）电化学腐蚀金属在腐蚀
21、介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀,电化学腐蚀过程示意图,(c),(b),(a),金属的防腐措施:,不锈钢,加入Cr、Al等形成钝化模（致密而牢固的氧化膜，如Cr2O3）减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织形成原电池时：加入Cr，减少两极的电极电位差，提高阳极的电极电位覆盖层保护:涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。,电镀SLR车模,发蓝打包带,性能要求:,不锈钢,高耐蚀性高硬度、高耐磨性（制作工具）高强度（制作重要结构零件）较好的加工性能,低碳(0.1%0.2%）主加元素Cr、CrNi，辅加元素为Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N Cr提高钢基体电极电位；生成致密的 Cr2O3 氧化膜 含量大于13%时，形成单相 F Ni获得单相 A；或形成 A+F（通过热处理，提高钢的强度）Mo、Cu提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力 Ti、Nb形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，减轻A晶界腐蚀倾向 Mn、N 部分代 Ni 以获得 A；提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性,成分特点:,不锈钢,常用不锈钢,本章思考题,P156 T15、13、14、15,
