工程材料第七章工業(yè)用鋼第1頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

工業(yè)用鋼包括碳素鋼（簡稱碳鋼）和合金鋼兩大類。在工業(yè)用鋼中，除Fe和C元素外，還含有其他元素，包括雜質(zhì)元素（常存元素、隱存元素）和合金元素。雜質(zhì)元素(Impurity)：泛指鋼冶煉后殘留在鋼中的元素。合金元素(AlloyingElement)：為提高鋼的性能特意添加到鋼中的元素。

碳鋼（CarbonSteel）：含碳量為0.0218%～2.11%的鐵碳合金，具有較好的性能，產(chǎn)量大、價格低，應用廣泛，但淬透性、回火抗力差、屈強比低。

合金鋼（AlloySteel）：在碳鋼的基礎上添加合金元素的鐵基合金，總體性能優(yōu)于碳鋼，但加工困難、價格昂貴。選材時，如果碳鋼能夠滿足要求，一般不使用合金鋼。第七章工業(yè)用鋼第2頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)鋼的分類和編號一、鋼的分類

1.按化學成分分類碳素鋼低碳鋼（wC＜0.25%）高碳鋼（wC＞0.60%）工業(yè)用鋼合金鋼低合金鋼（wMe＜5%）中合金鋼（wMe＝5～10%）高合金鋼（wMe＞10%）中碳鋼（wC＝0.25～0.60%）第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號第3頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.按用途分類結構鋼工程構件用鋼建筑用鋼工業(yè)用鋼特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼機器零件用鋼工具鋼橋梁用鋼船舶用鋼車輛用鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號第4頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.按金相組織分類（退火狀態(tài)）亞共析鋼過共析鋼工業(yè)用鋼（正火狀態(tài)）珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼共析鋼萊氏體鋼奧氏體鋼復相鋼第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號第5頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

4.按質(zhì)量分類普通鋼（wS≤0.055%，wP≤0.045%）工業(yè)用鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼（wS≤0.040%，wP≤0.040%）（wS≤0.030%，wP≤0.035%）注：高級優(yōu)質(zhì)鋼在其編號后加注“A”

特級優(yōu)質(zhì)鋼在其編號后加注“E”第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號特級優(yōu)質(zhì)鋼（wS≤0.015%，wP≤0.025%）第6頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一二、鋼的編號普通碳素結構鋼（PlainConstructionalCarbonSteel）用“符號＋數(shù)字”表示舉例：

Q235屈服點的漢語拼音字頭屈服強度值不小于235MPa第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號第7頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一平均含碳量的萬分之幾

08鋼的平均wC=0.08%第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（QualityConstructionalCarbonSteel）用兩位數(shù)字表示舉例：4508平均含碳量的萬分之幾

45鋼的平均wC=0.45%第8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號合金結構鋼（ConstructionalAlloySteel）用“數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示舉例：36Mn2Si平均含碳量的萬分之幾

平均wC=0.36%含有錳元素，平均wMn=2%含有硅元素，平均wSi<1.5%第9頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號碳素工具鋼（CarbonToolSteel）用“T＋數(shù)字”表示舉例：T12A“碳素工具鋼”之漢語拼音字頭平均含碳量的千分之幾

平均wC=1.2%高級優(yōu)質(zhì)鋼第10頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號合金工具鋼（AlloyToolSteel）用“數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示舉例：9Mn2V平均含碳量的千分之幾

平均wC=0.9%含有錳元素，平均wMn=2%含有釩元素，平均wV<1.5%第11頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號滾動軸承鋼（RollingBearingSteel）用“G＋數(shù)字”表示，不標出含碳量舉例：GCr15“滾動軸承鋼”之漢語拼音字頭含有鉻元素，平均wCr=1.5%第12頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號高速工具鋼（HighSpeedToolSteel）用“元素符號＋數(shù)字”表示，不標出含碳量舉例：W18Cr4V含有鎢元素，平均wW=18%含有鉻元素，平均wCr=4%含有釩元素，平均wV<1.5%第13頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號不銹鋼（StainlessSteel）用“數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示舉例：1Cr18Ni9Ti平均含碳量的千分之幾

平均wC=0.1%含有鉻元素，平均wCr=18%含有鎳元素，平均wNi=9%含有鈦元素，平均wTi<1.5%第14頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素第二節(jié)鋼中的雜質(zhì)及合金元素一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響1.有益元素

錳（Mn）Mn能脫氧、消除硫的有害作用。Mn能溶入鐵素體中產(chǎn)生固溶強化，提高鋼的硬度和強度。

硅（Si）Si有脫氧作用。Si能溶入鐵素體中起固溶強化作用，提高鋼的硬度和強度。第15頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素2.有害元素

硫（S）S易與Fe在晶界上形成低熔點(985C)共晶體，在1150C～1200C的熱加工時，由于其熔化而導致開裂，從而導致鋼的“熱脆”。

磷（P）P能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，從而引起鋼的“冷脆”。晶界上的低熔點硫化物共晶第16頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素3.氣體元素

氮（N）過量N會使鋼的塑性、韌性顯著降低，產(chǎn)生“時效脆化”。

氧（O）O是有害元素，易成為非金屬夾雜物而降低鋼的性能。

氫（H）H是有害元素，引起鋼的“氫脆”和形成“白點”（微裂紋）。鋼中的氧化物夾雜鋼中的白點第17頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素二、合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的存在形式：

①溶解于碳鋼原有的相中舉例：溶入F中、溶入A中、溶入Fe3C中（形成合金滲碳體）。②形成某些碳鋼中沒有的新相舉例：Cr23C6、W2C、VC等。合金元素的種類：①非碳化物形成元素（Non-carbideFormer）

舉例：Ni、Si、Al、Co、Cu、N、B等。②碳化物形成元素（CarbideFormer）

舉例：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn等。第18頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素1.合金元素對鋼中基本相的影響

溶入鐵素體，起固溶強化作用非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體，起固溶強化作用，提高鋼的硬度和強度。Cr、Ni在適當范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。Me對F硬度的影響Me對F沖擊韌性的影響第19頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

形成碳化物，起強化相作用碳化物形成元素在鋼中與C作用形成碳化物，作為強化相，可顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性。碳化物形成元素與碳的親和力的大?。?/p>

Ti＞Zr＞V＞Nb＞W(wǎng)＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe（1）強碳化物形成元素Ti、V、Nb等與碳親合力很強，幾乎總是與碳形成特殊碳化物。特殊碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性高。（2）中強碳化物形成元素W、Mo、Cr等，當其含量較少時，多溶于滲碳體中而形成合金滲碳體(Fe，Me)3C；當含量較高時，則可能形成特殊碳化物。（3）弱碳化物形成元素Mn等與碳的親合力較弱，除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，大部分溶于鐵素體或奧氏體中。第20頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素2.合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響鋼中加入合金元素后，F(xiàn)e-Fe3C相圖將發(fā)生變化，這些元素或者擴大奧氏體區(qū)域，或者縮小奧氏體區(qū)域。

擴大

區(qū)的元素

Ni、Mn、C、N等。①使奧氏體區(qū)域擴大。②使A1和A3溫度降低。③使S點和E點向左下方移動。特例：當Mn13%或Ni24%時，S點降到室溫以下，即在室溫下可獲得奧氏體組織。Mn對區(qū)的影響第21頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

縮小

區(qū)的元素Cr、Mo、Si、W等。①使奧氏體區(qū)域縮小。②使A1和A3溫度升高。③使S點和E點向左上方移動。特例：當Cr13%時，在室溫下奧氏體相區(qū)消失，即可獲得單相鐵素體組織。Cr對區(qū)的影響第22頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素3.合金元素對鋼的熱處理的影響

對奧氏體化的影響

大多數(shù)合金元素延緩鋼的奧氏體化過程。它們阻礙C和Me的擴散，因此合金鋼的A化溫度較高、時間較長。

Ni、Co等部分非碳化物形成元素使奧氏體的形成速度加快。

Al、Si、Mn等對奧氏體形成速度影響不大。

對奧氏體晶粒度的影響

幾乎所有合金元素都細化奧氏體晶粒。碳化物形成元素的細化晶粒效果尤其顯著，它們形成的碳化物分布在A中時，能夠阻礙晶界的遷移，從而阻止晶粒長大。

Mn、P具有促進奧氏體晶粒長大的傾向。第23頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

對鋼的淬透性的影響除Co外，幾乎所有合金元素只要溶入奧氏體中，均使C曲線向右移，即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素：Mn、Cr、Ni、Si、B。合金元素對C曲線的影響第24頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

對鋼的回火轉(zhuǎn)變的影響

提高鋼的回火穩(wěn)定性?；鼗鸱€(wěn)定性（TemperedStability）

：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力。又稱回火抗力。大多數(shù)合金元素能夠阻礙M的分解和碳化物的析出與聚集長大。

產(chǎn)生二次硬化二次硬化（SecondaryHardening）

：鋼在回火時硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象。W、Mo、V含量較高的高合金鋼回火時,硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低,而是到某一溫度（約400℃）后反而開始增大,并在另一更高溫度（一般為550℃左右）達到峰值，即產(chǎn)生二次硬化。

防止第二類回火脆性W、Mo等元素有防止第二類回火脆性產(chǎn)生的作用。第25頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第三節(jié)結構鋼結構鋼是制造各種工程結構和機器零件的鋼。結構鋼的性能要求：①使用性能以強韌性為主。②工藝性能以焊接性、淬透性為主。③良好的耐大氣、水腐蝕性。結構鋼的成分特點：大多數(shù)結構鋼含合金元素在5%以內(nèi)，屬于低合金鋼。第26頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼一、工程構件用鋼（EngineeringConstructionalSteel）

工程構件用鋼是橋梁、建筑、船舶、化工、石油、車輛、電站、國防等國民經(jīng)濟部門制造各種重要構件的金屬材料。工程構件用鋼的性能要求：①高的彈性極限和高的剛度，低的屈強比。②良好的焊接性和冷變形性。③良好的耐大氣、水腐蝕性。工程構件用鋼的成分特點：①低含碳量：wC＜0.25%。②含微量合金元素：V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE（稀土元素）等。第27頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼

普通碳素結構鋼（1）化學成分特點低碳：0.10～0.20%（2）典型鋼號Q235（3）熱處理特點一般不進行專門的熱處理，只保證力學性能和工藝性能。（4）使用狀態(tài)及組織使用狀態(tài)：熱軋態(tài)，組織：F＋P（少量）。（5）應用

建筑鋼筋。第28頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一建筑鋼筋第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第29頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼建筑鋼筋第30頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼

低合金高強度鋼（High-strengthLow-alloySteel）

過去稱為普通低合金結構鋼、普低鋼。（1）化學成分特點低碳：0.10～0.20%，錳含量：1.2～1.6%。（2）典型鋼號Q345（16Mn）

相當于是在Q235的基礎上多添加了0.6～0.8%的Mn。（3）熱處理特點一般不進行專門的熱處理，只保證力學性能和工藝性能。（4）使用狀態(tài)及組織使用狀態(tài)：熱軋態(tài)或正火態(tài)，組織：F＋P（少量）。（5）應用

橋梁鋼構、船用鋼板等。第31頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一南京長江大橋第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第32頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一南京長江大橋中的鋼結構第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第33頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼二、機器零件用鋼（MachineSteel）

機器零件用鋼是于制造齒輪、軸、彈簧、軸承等各種機器零件的金屬材料。機器零件用鋼的性能要求：①高的強度和塑性、韌性。②高的疲勞強度。③高的淬透性。機器零件用鋼的成分特點：除C元素外，通常含有提高淬透性和細化晶粒的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Si、Mo、Ti、V、W等。第34頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼

滲碳鋼（CarburizingSteel）（1）化學成分特點低碳：0.1～0.25%

合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、B、Ti、W、V等滲碳后，表層為0.8%～1.0%的高碳成分，保證高硬度、高耐磨性，心部保持原始成分，保證良好的韌性和足夠的強度。（2）典型鋼號20CrMnTi（3）熱處理特點

滲碳（920～930C）→

淬火（830C）

→

低溫回火（200C，2h）（4）組織和性能表層：高碳M回＋k＋A，硬度：HRC56～62。心部：低碳M回＋

F（淬透），硬度：HRC30～45。F＋S（未淬透）。（5）應用

重載荷齒輪、凸輪、活塞銷等。第35頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼滲碳爐凸輪第36頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一汽車變速箱齒輪東風153汽車后橋螺傘齒輪第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第37頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼

調(diào)質(zhì)鋼（ThermalRefinedSteel）

（1）化學成分特點中碳：0.30～0.50%

合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、W、V、Ti、B等保證鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學性能。（2）典型鋼號40Cr（3）熱處理特點

淬火（830C）→

高溫回火（525C），即調(diào)質(zhì)處理。（4）組織和性能組織：S回，硬度：HRC25～35。（5）應用

機床主軸、輕載荷齒輪、汔車后橋半軸、連桿、螺栓等。第38頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼連桿破碎機主軸第39頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼汽車半軸曲軸第40頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼

彈簧鋼（SpringSteel）

（1）化學成分特點中、高碳：0.45～0.70%；合金元素：Si、Mn、Cr、V等。（2）典型鋼號熱成形彈簧（彈簧用鋼的尺寸較大）：60Si2Mn冷成形彈簧（彈簧用鋼絲的直徑一般小于10mm）：50CrVA

（3）熱處理特點熱成形彈簧：淬火（870C）→中溫回火（460C）

冷成形彈簧：卷簧

→

去應力退火（250C）

（4）組織和性能組織：T回，硬度：HRC35～45。（5）應用60Si2Mn：汽車減振板彈簧、懸掛彈簧。50CrVA：汽車發(fā)動機氣門彈簧。第41頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一汽車減振板彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第42頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一汽車減振懸掛彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第43頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一汽車發(fā)動機汽門彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第44頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼第45頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼滾動軸承鋼（RollingBearingSteel）（1）化學成分特點高碳：0.95～1.15%；合金元素：Cr（主要）、Si、Mn等。（2）典型鋼號GCr15（3）熱處理特點預備熱處理：球化退火。降低硬度，改善切削性能，獲得P球。

最終熱處理：淬火（840C）→低溫回火（150～160C）（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC61。（5）應用滾動軸承的滾珠、軸承套等。也可用于制造模具、量具等。第46頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.3結構鋼向心球軸承圓柱滾子軸承自動調(diào)心球軸承第47頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第四節(jié)工具鋼工具鋼是用來制造各種刃具、模具和量具的鋼。刃具模具量具第48頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼一、刃具鋼（CutlerySteel）刃具鋼是制造各種車刀、銑刀、鉆頭等切削工具的金屬材料。刃具鋼的性能要求：①高的硬度和耐磨性。HRC＞60。②高的熱硬性（又稱紅硬性）。

熱硬性（RedHardness）：材料在高溫下保持高硬度的能力。③足夠的塑性和韌性。防止脆斷和崩刃。刃具鋼的成分特點：①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物以提高耐磨性。②合金元素：提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等；

提高熱硬性的元素W、Mo、V、Co等。第49頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

碳素工具鋼（CarbonToolSteel）（1）化學成分特點高碳：0.65～1.35%高的含碳量保證高硬度及形成足夠的碳化物，提高耐磨性。（2）典型鋼號T7、T8、T10、T12。（3）熱處理特點預備熱處理：球化退火（T8、T10、T12）；完全退火（T7）。

最終熱處理：淬火（780C）→低溫回火（180C）（除T7外）（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC60（除T7外）。（5）應用T7、T8：木工工具、切削軟金屬的刃具等。T10、T12：手用鋸條、銼刀、要求不高的刀具、鉆頭等。第50頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼木工鑿手錘木工鉆木工刨鐵鉆頭銼刀手用鋸條第51頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

低合金工具鋼（LowAlloyToolSteel）（1）化學成分特點高碳：0.75～1.5%；合金元素：

Cr、Mn、Si、W、V等。高的含碳量保證高硬度及形成足夠的碳化物，提高耐磨性和熱硬性。（2）典型鋼號9SiCr（3）熱處理特點預備熱處理：球化退火

最終熱處理：淬火（830～860C）→低溫回火（180～200C）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：HRC61～63。（5）應用絲錐、板牙、鉆頭、鉸刀等。第52頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一絲錐第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼板牙銑刀鉸刀第53頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

高速鋼（HighSpeedSteel）（1）化學成分特點高碳：0.70～1.6%；合金元素：W、Mo、Cr、V、Co等。高的含碳量保證形成足夠的碳化物，提高熱硬性。（2）典型鋼號W18Cr4V（3）熱處理特點鍛造→等溫退火→淬火（1280C）

→回火（560C，3次）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC62。（5）應用高速車刀、拉刀、鉆頭等。等同于球化退火使大塊的碳化物破碎消除A'，產(chǎn)生二次硬化第54頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織（組織中含有大量“魚骨”狀碳化物）W18Cr4V鋼的退火組織（碳化物基本上呈顆粒狀）第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第55頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一W18Cr4V鋼的淬火組織M＋k＋AW18Cr4V鋼的回火組織M回＋k＋A（少量）第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第56頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼拉刀鉆頭車刀銑刀第57頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼二、模具鋼（DieSteel）模具鋼是制造各種沖模、擠壓模、錘鍛模等模具的金屬材料。根據(jù)模具的工作條件，模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩類。模具鋼的性能要求：

冷作模具鋼①高的硬度和耐磨性。HRC58～60。②高的強度和足夠的韌性。③良好的工藝性能。熱處理變形小、淬透性高。

熱作模具鋼①良好的綜合力學性能。高的高溫強度、良好的韌性。②良好的抗熱疲勞性能和熱磨損性能。③良好的抗氧化和耐腐蝕性能。第58頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼模具鋼的成分特點：冷作模具鋼①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物，提高耐磨性。②合金元素：Cr、Mo、V、W等，提高淬透性、細化晶粒。熱作模具鋼①中碳：保證良好的綜合力學性能。②合金元素：Cr、Ni、Mn、W、Mo、V等。Cr、Ni、Mn、Mo提高淬透性；Cr、Mo提高回火抗力；Cr、W、Mo縮小區(qū)，提高A1溫度，提高抗冷熱疲勞性能。第59頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

冷作模具鋼（ColdDieSteel）（1）化學成分特點

高碳：1.4～2.3%；合金元素：Cr、Mo、V、W等。高的含碳量保證形成足夠的碳化物，提高硬度及耐磨性。（2）典型鋼號碳素工具鋼、低合金工具鋼。高碳高鉻的Cr12型模具鋼：Cr12和Cr12MoV。（3）熱處理特點預備熱處理：球化退火（850～870C）

最終熱處理：淬火（980～1030C）→

低溫回火（160～180C）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：HRC61～63。（5）應用冷沖模、冷擠壓模、拉絲模等。第60頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼拉絲模汽車外板冷沖模汽車沖壓模具第61頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

熱作模具鋼（HotDieSteel）（1）化學成分特點

中碳：0.5～0.6%；合金元素：Cr、Ni、Mn、W、Mo、V等。（2）典型鋼號及熱處理熱鍛模：5CrMnMo熱處理：完全退火

→

淬火（820～850C）

→

中溫回火或高溫回火組織：T回或S回。熱擠壓模或壓鑄模：3Cr2W8V熱處理：球化退火

→

淬火（1050～1150C）→

回火（550C,2～3次）組織：M回＋k＋A，硬度：HRC49～55。（3）應用熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。第62頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一汽車四缸壓鑄模普通熱鍛模型板壓鑄模第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第63頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼三、量具鋼（GaugeSteel）量具鋼是制造計量工件尺寸的工具的金屬材料。量具鋼的性能要求：保持尺寸精度（或尺寸穩(wěn)定性）是量具最基本的性能要求。①高的硬度和耐磨性。HRC58～64。②高的組織穩(wěn)定性。盡量減少殘余奧氏體量。③良好的耐腐蝕性。量具鋼的成分特點：①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物以提高耐磨性。②合金元素：Cr、Mn、W等，提高淬透性、耐磨性。第64頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

量具鋼（1）化學成分特點高碳：0.9～1.5%；合金元素：

Cr、Mn、W等。高的含碳量保證形成足夠的合金碳化物提高硬度及耐磨性。（2）典型鋼號低合金工具鋼：CrWMn、GCr15碳素工具鋼：T10、T12（3）熱處理特點

球化退火→淬火→冷處理→長時間低溫回火→人工時效（4）組織和性能組織：M回＋k＋A(少量)，硬度：HRC58～64。（5）應用游標卡尺、千分尺、直尺、塞尺、塊規(guī)等。淬火后繼續(xù)冷至－70～－80C，減少A'提高鋼的組織穩(wěn)定性低溫回火后在120～130C長時間保溫，進一步穩(wěn)定尺寸第65頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一千分尺第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼千分尺卡尺卡尺第66頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼塞尺量規(guī)量規(guī)第67頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼塊規(guī)第68頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼第五節(jié)特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學性能的鋼。特殊性能鋼主要有不銹鋼和耐熱鋼。不銹鋼棒鍋爐管不銹鋼刀第69頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼一、不銹鋼（StainlessSteel）

不銹鋼是能抵抗大氣或酸等化學介質(zhì)腐蝕的鋼種。不銹鋼又稱不銹耐酸鋼。金屬腐蝕的形式：①化學腐蝕金屬與介質(zhì)（干燥氣體和非電解質(zhì)溶液）直接發(fā)生化學反應而產(chǎn)生的腐蝕，稱為化學腐蝕。例如氧化。②電化學腐蝕金屬與介質(zhì)（電解質(zhì)溶液，即酸、堿、鹽溶液）由于形成原電池而發(fā)生電化學反應所產(chǎn)生的腐蝕，稱為電化學腐蝕。電化學腐蝕是金屬腐蝕的主要形式。第70頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一電化學腐蝕的過程：兩種金屬放入電解液，由于電極電位不同而形成原電池。電極電位高的金屬（Cu）為陰極，電極電位低的金屬（Fe）為陽極。陽極不斷被溶解，轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子態(tài)而進入電解液中，同時有電子從陽極流向陰極而形成電流。而陰極不會被腐蝕，當?shù)玫诫娮雍蟊惴懦鰵錃?。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼Fe-Cu原電池原理圖H2SO4水溶液FeCu－＋H2eFe2+陰極陽極第71頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一合金中的原電池：在合金中，由于組成合金的相不同，而不同相的電極電位有高有低，因此就會形成無數(shù)個原電池。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼舉例：鋼中的珠光體，由F和Fe3C組成，F(xiàn)的電極電位低，為陽極，F(xiàn)e3C的電極電位高，為陰極，如果鋼的表面覆蓋了酸性介質(zhì)（如酸雨）,則作為陽極的F（鋼的基體）就會被腐蝕掉，從而造成鋼的腐蝕。珠光體腐蝕示意圖第72頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼防止金屬電化學腐蝕的措施：

室溫下獲得單相組織例如：加入＞24%Ni，室溫下可獲得單相奧氏體組織。加入＞13%Cr，室溫下可獲得單相鐵素體組織。

提高金屬基體的電極電位例如：加入＞13%Cr，F(xiàn)e的電極電位從－0.56V躍增至0.2V。

金屬表面形成鈍化膜例如：加入Cr、Al、Si可在金屬的表面形成致密的氧化膜，將金屬與介質(zhì)分隔開。第73頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

馬氏體不銹鋼（MartensiticStainlessSteel）（1）化學成分特點

碳含量：0.1～0.45%；鉻含量：12～14%（2）典型鋼號Cr13型：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13（3）熱處理特點及組織預備熱處理：完全退火或高溫回火。

最終熱處理：淬火（1000～1100C）→回火。

1Cr13、2Cr13的回火：高溫回火（600～700C），組織：S回。

3Cr13、4Cr13的回火：低溫回火（200～300C），組織：M回。（4）應用1Cr13、2Cr13：汽輪機葉片、水壓機閥等。3Cr13、4Cr13：醫(yī)用手術刀、耐蝕彈簧等。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼重要結論：不銹鋼的強度和硬度隨wC%增加而增大；不銹鋼的耐腐蝕性隨wC%增加而降低。第74頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼醫(yī)用鑷子汽輪機葉片透平轉(zhuǎn)輪醫(yī)用手術刀第75頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

鐵素體不銹鋼（FerriticStainlessSteel）（1）化學成分特點高鉻低碳：wC%

＜0.15，wCr%＝12～30%。（2）典型鋼號Cr17型：1Cr17（3）熱處理特點及組織鐵素體不銹鋼在加熱、冷卻時不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，組織始終為F，因此不能通過熱處理進行強化。鐵素體不銹鋼可采用冷塑性變形，通過加工硬化提高強度。（4）應用硝酸、氮肥、磷酸工業(yè)中的耐蝕零件。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼耐蝕性的獲得：高含鉻量，提高了基體的電極電位，并獲得室溫單相F組織。第76頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼1Cr17削片