第一節(jié)鋼的基礎知識一.合金元素對鋼的組織和性能的影響雜質及合金元素與鐵和碳的作用。

合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響。

合金元素對鋼的熱處理的影響。當前1頁，總共114頁。一）雜質和氣體的影響

Mn—脫氧、去硫,提高鋼的強度和硬度。

Si

—有很強的固溶強化作用,能脫氧。1.有益元素當前2頁，總共114頁。2.有害元素:

P

—有很強的固溶強化作用,低溫韌性差(冷脆

)。

S

—能引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂(熱裂

)。當前3頁，總共114頁。3.氣體元素:

N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會發(fā)生時效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時效傾向。

O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。

H：原子態(tài)的過飽和氫時將降低韌性,引起氫脆。當氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產生很高內壓，形成微裂紋，其內壁為白色，

稱白點或發(fā)裂。鋼中白點當前4頁，總共114頁。二)合金元素與鐵和碳的作用1.溶于基體中形成合金F或合金A。2.與碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.單獨形成特殊碳化物

TiC、VC。當前5頁，總共114頁。1.溶于基體中形成合金F或合金A當前6頁，總共114頁。1.溶于基體中形成合金F或合金A當前7頁，總共114頁。2.與碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中強碳化物元素:Cr、Mo、W。

強碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。當前8頁，總共114頁。

碳化物形成元素在周期表中都是位于鐵元素的左邊的過渡族金屬元素,它們都有一個未填滿的d電子亞層,當形成碳化物時,碳原子首先將其價電子填入金屬原子未填滿的d電子亞層,使形成的碳化物具有金屬鍵結合的性質,金屬原子的d電子亞層愈不滿(周期表中,在鐵左邊離鐵愈遠),則其與碳的親和力愈強,形成碳化物的能力愈大,愈穩(wěn)定,而且不易分解。當前9頁，總共114頁。3.單獨形成特殊碳化物

熔點、硬度、耐磨性最高。

穩(wěn)定性最高。TiC、NbC、VC。當前10頁，總共114頁。三)合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響擴大奧氏體區(qū)縮小奧氏體區(qū)改變共晶點和共析點的參數(shù)當前11頁，總共114頁。1.擴大奧氏體區(qū)的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:

使A3線溫度下降,A4線溫度上升。當前12頁，總共114頁。

Mn元素對奧氏體區(qū)的影響當前13頁，總共114頁。2.縮小奧氏體區(qū)的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:

使A3線溫度上升,A4線溫度下降。當前14頁，總共114頁。

Cr

元素對奧氏體區(qū)的影響當前15頁，總共114頁。3.改變共晶點和共析點參數(shù)的元素幾乎所有的合金元素。作用:使S點和E點的成分向左移。

使A1線的溫度變化。當前16頁，總共114頁。

合金元素對S點成分的影響當前17頁，總共114頁。合金元素對A1線的影響當前18頁，總共114頁。四)合金元素對鋼的熱處理的影響加熱時對奧氏體形成的影響對過冷奧氏體轉變的影響對回火轉變的影響當前19頁，總共114頁。1.合金元素對加熱時奧氏體形成的影響除Mn

元素外,所有合金元素的加入,均使奧氏體的形成速度減慢。強碳化物形成元素能強烈的阻止奧氏體晶粒長大(

Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能輕微的阻止奧氏體晶粒長大(

Si、Ni、Cu、Co

等)。當前20頁，總共114頁。2.合金元素對過冷奧氏體轉變的影響

除

Co元素外,所有的合金元素均使鋼的

TTT曲線向右移。

除

Co、Al元素外,所有的合金元素都使馬氏體轉變溫度下降。

提高鋼的淬透性,常用的元素有:

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。當前21頁，總共114頁。3.合金元素對回火轉變的影響回火抗力的增加

二次硬化的產生

產生回火脆性

當前22頁，總共114頁。

W、Mo、V等碳化物在550℃時,使鋼達到最高硬度,產生二次硬化。當前23頁，總共114頁。

Cr-Ni鋼的回火脆性示意圖當前24頁，總共114頁。

防止第二類回火脆性的產生的方法:在500～600℃快速冷卻。加入合金元素W、Mo。當前25頁，總共114頁。二.合金元素在鋼中的作用1.主加元素:對提高鋼的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素:配合主加元素進一步提高鋼的性能,彌補主加元素的不足與缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。當前26頁，總共114頁。三、碳素鋼的編號及用途

1.碳素結構鋼:

Q

235—A·F沸騰鋼A等級235MPa屈服強度當前27頁，總共114頁。2.優(yōu)質碳素結構鋼*

45---Wc=45%00*

較高錳質量分數(shù)的優(yōu)質碳素結構鋼

45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.0%當前28頁，總共114頁。3.碳素工具鋼T

12

A高級優(yōu)質

Wc=12%0碳素工具鋼當前29頁，總共114頁。4.鑄造碳鋼ZG

200-400σb

≥400MPaσs≥200MPa鑄鋼當前30頁，總共114頁。第二節(jié)合金結構鋼

(AlloyConstructionalSteel)普通低合金鋼合金滲碳鋼合金調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼易切削鋼當前31頁，總共114頁。一.普通低合金鋼

(commonlow–alloyedsteel)1.化學成分:碳素結構鋼+

合金元素主加合金元素:Mn1.8%以內。輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。當前32頁，總共114頁。一.普通低合金鋼2.牌號:

Q

345

C

質量等級345MPa屈服強度當前33頁，總共114頁。一.普通低合金鋼Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長江大橋

Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的容器。萬噸遠洋輪當前34頁，總共114頁。二.碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼1.對滲碳鋼的性能要求:2.對滲碳鋼的含碳量的要求:低碳3.滲碳鋼的熱處理特點:滲碳

淬火

+

低溫回火(180～200℃)表硬里韌當前35頁，總共114頁。Wc≤0.25%Wc=0.15～0.25%合金元素:Cr、Mn、

Ni、B、V、W、

Mo、Ti等。表層:M回+Fe3C+A殘心部:F+P表層:M回+Cm+A殘心部:低碳M回

+F碳素滲碳鋼合金滲碳鋼化學成分熱處理后的組織當前36頁，總共114頁。4.合金滲碳鋼的牌號20

Mn2

Ti

A等級:高級優(yōu)質含鈦量WTi≤1.5%含錳量WMn2%含碳量WC20%00當前37頁，總共114頁。5.典型合金滲碳鋼種介紹

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。20CrMn、20CrMnTi、

20Mn2TiB。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機凸輪軸活塞銷(20Cr)當前38頁，總共114頁。5.典型合金滲碳鋼種介紹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，如柴油機曲軸。

柴油機曲軸當前39頁，總共114頁。

20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線當前40頁，總共114頁。三.碳素調質鋼及合金調質鋼1.對調質鋼的性能要求:既強又韌2.對調質鋼的含碳量的要求:中碳3.調質鋼的熱處理特點:淬火+

高溫回火(500～650℃)當前41頁，總共114頁。Wc=0.25～0.6%Wc=0.25～0.5%合金元素:

Cr、Mn、

Ni、B、Si、V、

W、Mo、Ti等。表層:S回碳素調質鋼合金調質鋼化學成分熱處理后的組織心部:P+F表層:S回心部:S回當前42頁，總共114頁。4.合金調質鋼的牌號40Cr40Mn40MnB35CrMo38CrMoAlA25Cr2Ni4WA當前43頁，總共114頁。5.典型合金調質鋼種介紹

低淬透性調質鋼鋼含合金元素總量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圓錐齒輪柴油機凸輪軸常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。當前44頁，總共114頁。5.典型合金調質鋼種介紹

高淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在4%～10%。

制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。當前45頁，總共114頁。

40Cr鋼制造連桿螺栓的熱處理工藝曲線當前46頁，總共114頁。四.碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼1.對彈簧鋼的性能要求:高的σe、高的σs/σb、高的σ-1、良好的韌。2.對彈簧鋼含碳量的要求:中、高碳。3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點:淬火+

中溫回火(450～550℃)當前47頁，總共114頁。碳素彈簧鋼合金彈簧鋼化學成分熱處理后的組織Wc=0.6～0.9

%Wc=0.5～0.7%合金元素:

Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。T回制造尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧。T回制造尺寸在Φ20～25mm左右的彈簧。當前48頁，總共114頁。4.合金彈簧鋼的牌號6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb當前49頁，總共114頁。5.冷成形彈簧生產工藝特點

用于生產尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧,常用彈簧鋼絲(片)冷繞成形,其制造方法有:T組織冷成型+200～300℃去應力退火。60、75、85、65Mn。

T回組織冷成型+去應力退火。退火組織冷成型+淬火+中溫回火。

55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。當前50頁，總共114頁。汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧簧彈絲當前51頁，總共114頁。五.滾動軸承鋼(bearingsteel)1.性能要求:高的硬度強度和耐磨性;高的接觸疲勞強度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承當前52頁，總共114頁。五.滾動軸承鋼(bearingsteel)2.化學成分特點:高碳,Wc=0.9～1.1%。主加Cr,0.4～1.65%

輔加Si、Mn。優(yōu)質鋼材。當前53頁，總共114頁。五.滾動軸承鋼(bearingsteel)3.熱處理特點:球化退火+淬火+低溫回火極細回火馬氏體+細粒狀碳化物+少量殘余奧氏體當前54頁，總共114頁。4.滾動軸承鋼的牌號G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滾動軸承鋼當前55頁，總共114頁。5.鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造球化退火機加工淬火+冷處理(–60～–80℃;1h)

低溫回火磨削加工穩(wěn)定化處理(120～130℃；5～10h)當前56頁，總共114頁。

六.易切削鋼(fee–cuttingsteel)2.性能要求:降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長刀具壽命,改屑性能,提高切削速度。3.化學成分特點:1.用途:適用于高速切削和在自動加工機床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量當前57頁，總共114頁。4.易切削鋼的牌號Y

40

Mn

含錳量WMn≤1.5

%

含碳量WC0.4

%

易切削鋼當前58頁，總共114頁。5.易切削鋼的熱處理工藝特點

低碳易切削鋼(Y12、Y15、Y20)

滲碳或淬火成低碳馬氏體。

中碳易切削鋼(Y40)

調質及表面淬火。當前59頁，總共114頁。第三節(jié)合金工具鋼

合金刃具鋼(alloycuttingsteel)合金模具鋼(alloydiesteel)合金量具鋼(alloymeasuringsteel)當前60頁，總共114頁。量具刃具模具當前61頁，總共114頁。一.碳素刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性,有一定的強度和韌性。2.化學成分特點:高碳。3.熱處理特點:淬火+低溫回火4.組織:

M回

+Fe3C+A殘當前62頁，總共114頁。5.用途:用于低速、低溫(＜200℃）、低沖擊、硬度在HRC62左右的刃具。一.碳素刃具鋼銼刀手錘當前63頁，總共114頁。二.合金刃具鋼種類:低合金刃具鋼;高速鋼。牌號:合金元素及含量千分之幾的含碳量

9

SiCrW18Cr4V當前64頁，總共114頁。1.低合金刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性、有一定的紅硬性、強度和韌性,工作溫度不超過300℃。2.化學成分特點:*高碳*加入Cr、Mn、Si、

W、V

等合金元素。3.熱處理特點:球化退火淬火+低溫回火

當前65頁，總共114頁。

9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線板牙當前66頁，總共114頁。2.高速鋼(high–speedsteel)(1)性能要求:高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時,HRC63以上)、有一定的強度和韌性。高速鋼---鋒鋼、風鋼;18–4–1

鋼車刀銑刀鉆頭當前67頁，總共114頁。(2)化學成分特點:高碳0.7～1.5%: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,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,產生二次硬化。當前68頁，總共114頁。(3)W18Cr4V鋼的生產工藝及熱處理特點鑄造鍛造球化退火機加工淬火+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。當前69頁，總共114頁。

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄造組織130當前70頁，總共114頁。

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄態(tài)組織420當前71頁，總共114頁。鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依靠反復多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織210當前72頁，總共114頁。球化退火:消除應力,調整組織,便于機加工,

為淬火作好組織準備。球化退火后的組織:

S+粒狀

Cm

W18Cr4V球化退火組織420當前73頁，總共114頁。

W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖當前74頁，總共114頁。淬火:1280℃;

淬火后的組織:M+Cm+A殘(20～25%)當前75頁，總共114頁。

W18Cr4V鋼淬火組織

W18Cr4V淬火組織300當前76頁，總共114頁。三次570℃回火在570℃回火時,產生二次硬化。當前77頁，總共114頁。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65HRC以上。當前78頁，總共114頁。

W18Cr4V淬火+一次回火組織W18Cr4V淬火+一次回火組織105當前79頁，總共114頁。

W18Cr4V淬火+三次回火組織W18Cr4V淬火+三次回火組織420

當前80頁，總共114頁。三.合金模具鋼(alloydiesteel)熱作模鋼:工作溫度為600℃以上。冷作模鋼:工作溫度為200～300℃。當前81頁，總共114頁。一)熱作模鋼(hotdiesteel)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);高的淬透性和導熱性;2.化學成分特點:中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、

Si、Mo、W、V。曲軸模具當前82頁，總共114頁。3.熱處理特點:

*熱鍛模鋼:5CrMnMo

熱處理工藝:淬火+550℃回火熱處理后的組織:S回或T回

溫度時間～500℃820～850℃預冷油冷530～550℃回火當前83頁，總共114頁。3.熱處理特點:

*熱壓模鋼:3Cr2W8V

熱處理工藝:淬火+600℃三次回火熱處理后的組織:M回+Cm粒狀汽車四缸壓鑄模當前84頁，總共114頁。二)冷作模鋼(colddiesteel)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.化學成分特點:高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽車沖壓模具當前85頁，總共114頁。3.熱處理特點:

*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

(1100～1000℃)(510～520℃)熱處理后的組織:

M回+Cm+A殘牌號:

Cr12、Cr12MoV當前86頁，總共114頁。四.合金量具鋼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;卡尺量規(guī)千分尺當前87頁，總共114頁。3.熱處理特點:4.熱處理后的組織:M回+

Cm淬火冷處理(-70～-80℃)低溫回火時效處理(120～130℃,幾十小時)5.牌號:

CrWMn、4Cr13、GCr15、

9SiCr、T12A、60等。2.化學成分特點:高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。當前88頁，總共114頁。

CrWMn鋼制造塊規(guī)退火后的熱處理工藝～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃

冷處理140～160℃3h110～120℃36h時效處理精磨3h研磨溫度時間當前89頁，總共114頁。第四節(jié)特殊性能鋼

不銹鋼(stainlesssteel)耐熱鋼(heat–resistantsteel)耐磨鋼(wear–resistantsteel)當前90頁，總共114頁。

一.不銹鋼(stainlesssteel)1.定義:

在腐蝕介質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

以內的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。

*在強酸、強堿介質中的年腐蝕量為0.1mm以內的鋼,稱為在強酸、強堿介質中使用的不銹鋼。當前91頁，總共114頁。3金屬腐蝕的機理.金屬腐蝕的種類:1)化學腐蝕:

金屬與介質(干燥氣體和非電解質溶液)發(fā)生化學反應而產生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。2)電化學腐蝕:金屬與介質(電解質溶液,即酸、堿、鹽溶液)發(fā)生電化學反應而產生的腐蝕。當前92頁，總共114頁。

電化學腐蝕過程示意圖當前93頁，總共114頁。

珠光體電化學腐蝕示意圖當前94頁，總共114頁。4.金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護:涂漆、電鍍、發(fā)藍、磷化等工藝。2)形成氧化層:加入合金元素Cr、Al、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。當前95頁，總共114頁。4)使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素Mn、Ni、Co等能擴大

γ區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、

Si等能擴大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、應力、組織等。6)犧牲陽極保護陰極:

鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊。當前96頁，總共114頁。5.化學成分特點:

*

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、

Nb、Mn等。6.常用的不銹鋼:

*馬氏體型不銹鋼

*鐵素體型不銹鋼

*奧氏體型不銹鋼當前97頁，總共114頁。1)馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼化學成分特點:

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%熱處理特點:正火后的組體是馬氏體。牌號:1Cr13～4Cr13用途:醫(yī)療器械醫(yī)用鑷子當前98頁，總共114頁。

1Cr13金相組織圖1Cr13供貨狀態(tài)組織(化染)580

當前99頁，總共114頁。2)鐵素體型不銹鋼化學成分特點:

Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點:不能進行熱處理強化。牌號:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工設備中要求耐蝕性高、塑性好、強度低的容器、管道等。當前100頁，總共114頁。鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產裝置合成氨生產裝置當前101頁，總共114頁。3)奧氏體型不銹鋼---18–8型鋼化學成分特點:

Wc=0.08～0.14%

WCr=17～19%

WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。加工特點:不能進行熱處理強化,只能冷塑性變形強化。當前10