資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。工程材料學(xué)——飛鷹工作室第一章鋼鐵中的元素第一節(jié)基本定義與概念1.合金元素(alloying-element)(Me)為合金化目的加入,其加入量有一定范圍的元素稱為合金元素。常見合金元素:Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Cu、Al、Co、B等。2.雜質(zhì)元素(impurity-element)冶煉殘余,由脫氧劑帶入－Mn、Si、Al;S、P難徹底清除。3.合金鋼(alloyingsteel)含有合金元素的鋼合金元素總量<5%,低合金鋼;5～10%,中合金鋼;>10%,高合金鋼第二節(jié)Me的分類及鐵基二元相圖的類型一、Me的分類1.按性質(zhì)分鐵族金屬Fe.Co.Ni難熔金屬W.Mo.V.Cr.Nb輕金屬Ti.Al稀土Re2.在Fe-C合金中,按Me與C親和力大小分K形成元素:Ti.Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn非K形成元素:Cu,Ni,Si,Al二、鐵基二元相圖的類型1、γ穩(wěn)定化元素－使A3↓,A4↑,γ穩(wěn)定存在區(qū)擴(kuò)大。a)與γ區(qū)無(wú)限固溶－Ni、Mn、Co,開啟γ區(qū)－量大時(shí),室溫為γ相;b)與γ區(qū)有限固溶-C、N、Cu-擴(kuò)大γ區(qū)2、α穩(wěn)定化元素-使A3↑,A4↓,γ穩(wěn)定存在區(qū)縮小。a)完全封閉γ區(qū)-Cr、V與α-Fe完全互溶,Cr量大時(shí)室溫也為α相b)縮小γ區(qū)-Nb等。在γ-Fe中有較大溶解度并穩(wěn)定γ相的元素稱為A形成元素(austenite)在α-Fe中有比較大溶解度并使γ固溶體不穩(wěn)定的元素稱為F形成元素(ferrite)第三節(jié)Me對(duì)鋼的臨界點(diǎn)和Fe-C相圖的影響一、對(duì)S、E點(diǎn)的影響(EffectsofMeonS、E)A形成元素均使S、E點(diǎn)向左下方移動(dòng),F形成元素使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)。S點(diǎn)左移—意味著共析C量減小。E點(diǎn)左移—意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低。二、對(duì)臨界點(diǎn)的影響(EffectsofMeoncriticaltemperature)1.A形成元素Ni、Mn等使A1(A3)線向下移動(dòng);2.F形成元素Cr、Si等使A1(A3)線向下移動(dòng)。AC3=910-203C-5.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo+13.1WAC1=723-10.7Mn-16.9Ni+29Si+16.9Cr+6.38W三、對(duì)γ-Fe區(qū)的影響(EffectsofMeonγ-Feregion)1.A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe區(qū)擴(kuò)大-鋼在室溫下也為A體-奧氏體鋼;2.F形成元素Cr、Si等使γ-Fe區(qū)縮小-使鋼在高溫下仍為F體-鐵素體鋼。第四節(jié)鋼的分類與編號(hào)鋼的分類1.按用途:工程構(gòu)件用鋼－橋梁、建筑、鍋爐機(jī)器零件用鋼－各種機(jī)器零件軸、齒輪工模具用鋼－量刃具、冷熱模具特殊性能用鋼－耐磨鋼、不銹鋼等2.按金相組織:共析鋼、亞共析鋼、過(guò)共析鋼,珠光體、貝氏體、馬氏體3.按化學(xué)成分:碳素鋼合金鋼鉻鋼錳鋼二、編號(hào)1.碳素鋼1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q2352)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45、60、40、200.45%C0.60%C….3)碳素工具鋼T7T12T100.7%C1.2%C1.0%C2.合金鋼字母＋數(shù)字＋化學(xué)元素符號(hào)＋數(shù)字漢語(yǔ)拼音含碳量合金元素專門用途1)碳含量表示法a結(jié)構(gòu)鋼以萬(wàn)分之幾表示0.05-5%如40Cr,代表0.4%Cb特殊性能鋼如高速鋼等碳含量不標(biāo).W18Cr4VC合金工具鋼當(dāng)C％大于1.0%時(shí)不標(biāo)如Cr12MoV當(dāng)C％小于1.0%以千分之幾表示如9SiCr2)合金元素表示法a)Me％小于1.5%時(shí),僅標(biāo)元素符號(hào)不標(biāo)合金元素含量。b)1.5-2.49%Me時(shí),含量標(biāo)為2,2.5-3.49%Me時(shí),含量標(biāo)為3….依此類推C)鉻軸承鋼碳量不標(biāo),鉻以千分之幾標(biāo)出GCr15-1.5%Cr,GCr9-0.9%Cr第二章合金鋼中的相組成Me在鋼中的存在形式固溶體化合物非金屬相自由態(tài)第一節(jié)鐵基固溶體(Ferro-solidsolution)一、置換固溶體(Substitutionalsolution)合金元素在鐵點(diǎn)陣中的固溶情況MeTiVCrMnCoNiCuCN溶α-Fe~7(1340℃)無(wú)限無(wú)限~376100.20.020.1解γ-Fe0.68~1.412.8*無(wú)限無(wú)限無(wú)限8.52.062.8度注:有些元素的固溶度與C量有關(guān)合金元素點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四周期TiVCrMnFeCoNiCu點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc原子半徑1.451.361.281.311.271.261.241.28Ni、Co、Mn－γ-Fe無(wú)限互溶Cr、V－α-Fe無(wú)限互溶二、間隙固溶體(Interstitialsolution)第二節(jié)碳化物與氮化物(carbideandnitride)K類型、大小、形狀和分布對(duì)鋼的性能有很重要的作用一、鋼中常見的碳化物1.K形成元素:Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe(由強(qiáng)到弱排列)。與C的親和力(電負(fù)性)愈強(qiáng),形成的K也愈穩(wěn)定。2.鋼中常見的K有:M3C:滲碳體M7C3:Cr7C3,能夠形成復(fù)合K,(Cr,Fe,Mo,…)7C3;M23C6:Cr23C6,M2C:Mo2C、W2CMC:VC、TiC、NbC,M6C:不是一種金屬K。(W,Mo,Fe)6C。復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu):M23C6、M7C3、M3C。其特點(diǎn)是硬度較低,熔點(diǎn)較低,穩(wěn)定性較差;簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu):M2C、MC。硬度高,熔點(diǎn)高,穩(wěn)定性好。又稱間隙相。M6C是復(fù)雜結(jié)構(gòu),性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。二、K形成的一般規(guī)律(RuleofKforming)1.K類型與Me的原子半徑有關(guān)。各元素的rc/rMe的值如下:MeFeMnCrVMoWTirc/rMe0.610.600.610.570.560.550.53基本規(guī)律:當(dāng)rc/rMe>0.59時(shí),形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu);rc/rMe<0.59時(shí),形成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相;Me量少時(shí),形成復(fù)合K,即多元K。2.強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合三、Me的偏聚(segregation)鋼中晶體缺陷:晶界、亞晶界、位錯(cuò)、相界等,缺陷處能量高。Me與晶體缺陷有交互作用,會(huì)產(chǎn)生吸附(adsorption)或偏聚現(xiàn)象。1、偏聚現(xiàn)象(segregationphenomenon)Me產(chǎn)生偏聚→使偏聚Me在缺陷處的濃度>基體中的平均濃度。這種現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象。除了晶界吸附外,在位錯(cuò)處也會(huì)產(chǎn)生偏聚。如:Me+⊥:溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)處的吸附,形成Cottrell氣團(tuán);Me+≡:溶質(zhì)原子在層錯(cuò)附近形成的吸附,形成鈴木氣團(tuán);Me+:溶質(zhì)原子在螺型位錯(cuò)處的吸附,形成Snoek氣團(tuán)。第三章合金鋼中的相變第一節(jié)合金元素對(duì)奧氏體形成的影響一、合金鋼的加熱A化(Austenitingofalloysteel)一、K在A中的溶解規(guī)律(RuleofKdissolution)K溶解影響到鋼熱處理工藝的制定,決定了鋼的組織與性能?；疽?guī)律:1)K穩(wěn)定性越好,溶解度就越小,如圖4。2)溫度↓,溶解度↓,→沉淀析出;3)A中有較弱的K形成元素,則會(huì)↓C活度(ac),→↑K的溶解;非K形成元素(如Ni)則相反,↑ac,↓K的溶解。如:較多Mn的存在使VC的溶解溫度從1100℃降至9004)K穩(wěn)定差的先溶解。Mn、Cr的K先溶解,V、Ti的K后溶解。如:MC型的溶解溫度>1100—1150℃,M7C3、M23C6>950二、A體的均勻化(Averageausteniting)A體剛形成時(shí),C和Me的分布是不均勻的一般鋼的處理都要求有一定的均勻化。合金鋼加熱均勻化不但是間隙原子C,置換原子Me也要比較均勻。因?yàn)镸e擴(kuò)散比C慢得多,A體均勻化時(shí)間比較長(zhǎng),因此合金鋼加熱處理時(shí)的保溫時(shí)間比較長(zhǎng)。三、A體晶粒長(zhǎng)大(Austenitegraingrowth)鋼在高溫情況下,A體晶粒容易長(zhǎng)大。所謂鋼過(guò)熱敏感性就是晶粒長(zhǎng)大問(wèn)題。晶界呈形狀是穩(wěn)定態(tài),它總是力圖向這方向進(jìn)行,球形的第2相要比其它形狀的要穩(wěn)定,因此鋼中的第2相也要不斷地向球形轉(zhuǎn)變。(烏龜殼、蜜蜂窩呈,什么原因)鋼加熱剛形成A時(shí),晶粒形狀是不穩(wěn)定的,為降低系統(tǒng)的表面能,晶粒會(huì)長(zhǎng)大,這是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。Me的作用(EffectofMeongraingrowth):1)強(qiáng)K形成元素Ti、Nb、V↓↓,W、Mo↓晶粒長(zhǎng)大,→∵有K存在和(或)↓DFe;2)C、N、B↑晶粒長(zhǎng)大→∵↑DFe(↓Fe原子間結(jié)合力);3)Mn在低C鋼中有細(xì)晶作用,其它鋼中都↑晶粒長(zhǎng)大;4)用Al脫氧的鎮(zhèn)靜鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼→AlN、Al2O3穩(wěn)定細(xì)小→↓↓晶粒長(zhǎng)大。5)Ni、Co、Cu作用不大。第二節(jié)過(guò)冷A體的分解(Sub-coolingaustenitedecpmposition)一、過(guò)冷A體的穩(wěn)定性(Sub-coolingaustenitesteadiness)不同合金成分的”C”曲線形狀是不同的。按照不同的影響,可分為三類:1)非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn,大致保持C鋼的”C”曲線形狀,只是使”C”曲線向右作不同程度的移動(dòng);2)非K形成元素,不改變”C”曲線,但使”C”曲線左移;3)K形成元素,不但使”C”曲線右移,而且改變了”C”曲線形狀。Me的不同作用,使”C”曲線出現(xiàn)了不同形狀,大致有五種(如圖5所示):a)只有一個(gè)過(guò)冷A體最不穩(wěn)定的鼻子區(qū),如:Ni、Si、Mn;圖5a)b)出現(xiàn)二個(gè)過(guò)冷A區(qū)最不穩(wěn)定的鼻子區(qū),如:Cr、Mo、W、V等,GCr15、42CrMo是典型例子;圖5b)c)只有P轉(zhuǎn)變區(qū),如Cr元素,不銹鋼2Cr13;圖5c)d)只有B轉(zhuǎn)變區(qū),如W、Mo元素,鋼34CrNi3Mo;圖5d)e)無(wú)P、B轉(zhuǎn)變區(qū),如Ni、Mn,不銹鋼1Cr18Ni9;圖5e)過(guò)冷A體穩(wěn)定性實(shí)際上有兩個(gè)意義:孕育期(incubationperiod)和相變速度。即”C”曲線中恒溫下開始轉(zhuǎn)變前的時(shí)間和轉(zhuǎn)變開始和終了的水平距離(時(shí)間)。一般生產(chǎn)中主要關(guān)心的是孕育期。孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度,轉(zhuǎn)變速度主要涉及新相晶粒的長(zhǎng)大。二、過(guò)冷A體的P、B轉(zhuǎn)變(Sub-coolingausteniteP\Btransformation)在C鋼中P轉(zhuǎn)變形成的是Fe3C,只需要C的擴(kuò)散。而含K形成元素的合金鋼發(fā)生P轉(zhuǎn)變時(shí),形成的是合金滲碳體或特殊K,還需要Me的擴(kuò)散。綜合影響的順序:Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si。除Co、Al外,Me只要能溶入A體,都能推遲過(guò)冷A體向P體的轉(zhuǎn)變。貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí),只有C原子作短程擴(kuò)散,Me幾乎沒有擴(kuò)散。相變形成的是合金滲碳體,Me含量和A中的平均含量相近。因此,Me的作用主要是影響了相變驅(qū)動(dòng)力和C的擴(kuò)散能力DC。影響的順序:Mn、Cr、Ni、Si。而W、Mo、V等元素的影響很小。由以上分析可知;設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上如需要獲得貝氏體組織,應(yīng)選用含Mo、W元素的鋼種。各種Me對(duì)Ms位置的影響程度是不同的。簡(jiǎn)單地可用圖6所示的熱力學(xué)理論來(lái)解釋:由于Me對(duì)A、M的自由能相對(duì)變化作用不同,從而改變了T0的位置,也影響了Ms位置。1)當(dāng)↓GA(A1線),T0→,如:Mn、Cr、Ni;2)當(dāng)↑GM,又↓GA(M1和A1線),T0→,如:C;3)當(dāng)↑GA(A2線),T0→,如:Al、Co。因此,除了Al、Co外,所有Me加入A體中,都會(huì)使Ms↓,作用的強(qiáng)弱順序?yàn)?C、Mn、Ni、Cr、Mo、W。思考題:10、A形成元素?cái)U(kuò)大γ區(qū),穩(wěn)定A體,F形成元素縮小γ區(qū),但除了Co、Al等少量元素外,幾乎所有Me都使”C”曲線右移,起了穩(wěn)定過(guò)冷A體的作用,如何理解?11、Me使”C”曲線右移,即使所謂的”孕育期”變長(zhǎng),”孕育期”的物理意義是什么?12、W、Mo等元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大,而對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用大,如何理解?13、對(duì)一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí),要考慮其MS點(diǎn)不能太低,為什么?第三節(jié)合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響一、M分解(Martensitedecomposition)二、回火時(shí)K的形成(Kformingintempering)三、AR的轉(zhuǎn)變(Transformationofretainedaustenite)回火溫度的升高－回火組織發(fā)生變化、體積發(fā)生變化、硬度(馬氏體比容最大)回火馬氏體－回火屈氏體－回火索氏體一、對(duì)M分解的影響(Martensitedecomposition)低溫回火時(shí),C和Me的擴(kuò)散比較困難,Me的影響不大。中溫以上,Me的活動(dòng)能力增強(qiáng),對(duì)M體分解產(chǎn)生不同程度的影響:1)Ni、Mn的影響很小;2)K形成元素阻止M分解,阻止了滲碳體的析出長(zhǎng)大;3)Si比較特殊:<300℃Si、Fe的結(jié)合力>Fe、C。含2%Si能使M分解溫度從260℃提高到350℃以上。二、提高殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍

二次硬化:在K形成元素含量較高的合金鋼中,rR非常穩(wěn)定

加熱至500～600℃仍不分解。若重新冷卻,部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變

為馬氏體,使硬度增加。

三、特殊K形成

沉淀硬化:在高合金鋼中,由于Ti、V、Mo、W等在500～600度

范圍內(nèi)回火時(shí),將沉淀析出這些元素的特殊K,因此硬度不但不

下降,反而再次升高。第四節(jié)合金元素對(duì)回火脆性的影響

(Temperedbrittleness)1、第1類回火脆性(低溫回火脆性,不可逆回火脆性)特征:①不可逆;②與回火后冷速無(wú)關(guān);③晶界脆斷。產(chǎn)生原因:200-350℃時(shí),①Fe3C薄膜在晶界形成,↓晶界強(qiáng)度;②雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚于晶界,↓晶界強(qiáng)度。Me作用:Mn、Cr促進(jìn)脆性;V、Al可改進(jìn)脆性;Si推遲脆性溫度區(qū)。2、第2類回火脆性(高溫回火脆性,可逆回火脆性)特征:①可逆;②回火后慢冷產(chǎn)生,快冷抑制;③晶界脆斷。產(chǎn)生原因:450-650℃時(shí),雜質(zhì)元素Sb、S、As等偏聚于晶界;或N、P、O等雜質(zhì)元素偏聚于晶界,形成網(wǎng)狀或片狀化合物,↓晶界強(qiáng)度。高于回火脆性溫度,雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散離開了晶界,或化合物分解了;快冷是抑制了雜質(zhì)元素的擴(kuò)散。Me作用:N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑;Mn、Ni與雜質(zhì)元素共同偏聚Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚消除方法:清除雜質(zhì)元素加入Mo和W回火后快冷第四章合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性和工藝性能的影響強(qiáng)化機(jī)理從本質(zhì)上有四種:固溶強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化第二相彌散強(qiáng)化鋼的強(qiáng)化是以上幾種強(qiáng)化機(jī)制的綜合結(jié)果。鋼強(qiáng)化的本質(zhì)機(jī)理:強(qiáng)化－↑塑變抗力－↑位錯(cuò)滑移阻力第一節(jié)Me對(duì)鋼強(qiáng)化的形式及其機(jī)理1、固溶強(qiáng)化(Solutionstrengthening)間隙式:n=o.33-2.0,C、N置換式:n=0.5-1.0,Mo、Si、Mn機(jī)理:原子固溶→畸變→彈性應(yīng)力場(chǎng)→與位錯(cuò)交互作用→↑位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力。各元素對(duì)鐵素體強(qiáng)度和塑性的影響如圖9。結(jié)構(gòu)鋼中大部分使用狀態(tài)是α相。2、位錯(cuò)強(qiáng)化(Dislocationstrengthening)機(jī)理:↑位錯(cuò)→位錯(cuò)產(chǎn)生交割、纏結(jié),↓位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。對(duì)Bcc結(jié)構(gòu),效果較好。可是同樣↓,↑TK。3、細(xì)晶強(qiáng)化(FinegrainstrengtheningHall-petch公式:d為晶粒直徑機(jī)理:晶界、亞晶界可有效↓位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生塞積強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化既提高了強(qiáng)度,又提高了塑韌性,這是其它強(qiáng)化機(jī)制所沒有的,是最理想的強(qiáng)化方法。4、第二相強(qiáng)化(Secondaryphasestrengthening)對(duì)于微粒第二相:是粒子間距機(jī)理:微粒第二相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有很好的釘扎作用,位錯(cuò)要經(jīng)過(guò)第二相要消耗能量。這就起到了強(qiáng)化效果。有切割機(jī)制、繞過(guò)機(jī)制。在鋼中主要是繞過(guò)機(jī)制。有兩種情況:回火時(shí)沉淀析出(Precipitationstrengthening)沉淀強(qiáng)化淬火時(shí)殘留(Dispersionstrengthening)彌散強(qiáng)化鋼強(qiáng)度表示式:各強(qiáng)化機(jī)制在淬回火工藝過(guò)程中的變化如圖10所示。當(dāng)然,要準(zhǔn)確地定量表示各強(qiáng)化機(jī)制對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是比較困難的。小結(jié):對(duì)結(jié)構(gòu)鋼,貢獻(xiàn)最大的是細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。置換固溶對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大。合金鋼與C鋼的強(qiáng)度性差異,主要不在于Me本身的強(qiáng)化作用,而在于Me對(duì)鋼相變過(guò)程的影響,而且Me的良好作用,只有在進(jìn)行合適的熱處理?xiàng)l件下才能充分得到發(fā)揮二、Me對(duì)鋼韌性的影響1、影響韌性的因素1)導(dǎo)致強(qiáng)化的組織因素一般情況,鋼的σ↑,→δ↓。除了細(xì)化組織強(qiáng)化外,其它強(qiáng)化都會(huì)程度不同地↓韌性。從圖可知:除細(xì)晶外,均↑韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK(↑σS15.4Mpa對(duì)TK的影響);危害最大的是間隙固溶強(qiáng)化,∴不是最好的強(qiáng)韌途徑;沉淀強(qiáng)化↓較小,而對(duì)強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大。2)置換固溶元素Ni↑基體韌性;Mn在少量時(shí)也有效果;其它常見元素↓韌性,如圖。3)晶粒度由圖可知:細(xì)晶↑σS,又↓↓TK。每↑σS15Mpa,TK↓11℃4)K或其它脆性相K或脆性相可自身開裂或與基體脫開→裂紋核心→↓韌性。粗大的K有害無(wú)益,↓↓↓韌性→鋼中的K小、勻、圓,適量。－工藝的努力方向。5)雜質(zhì)雜質(zhì)往往是形變斷裂過(guò)程中孔洞的形成核心,→鋼的冶金質(zhì)量↑。2、提高鋼韌性的合金化途徑1)細(xì)化晶粒、組織－Ti、Nb、V、W、Mo、Al;2)↑回火穩(wěn)定性－強(qiáng)K形成元素;3)改進(jìn)基體韌性－Ni;4)細(xì)化K－適量Cr、V,使K細(xì)小均布;5)↓回脆－W、Mo;6)在保證強(qiáng)度水平下,適當(dāng)↓含C量;↑冶金質(zhì)量。第三節(jié)Me對(duì)鋼工藝性能的影響(EffectofMeonprocessibility)一、冷成型性(cold-formability)冷成型性包括:深沖、拉延、彎曲等。其主要的參數(shù)是應(yīng)變硬化指數(shù)n、塑性應(yīng)變的各向異性、均勻伸長(zhǎng)率和斷裂總應(yīng)變量。冷成型性好的則要求這些參量都有較高的值。冷作硬化率是在冷變形過(guò)程中,材料變硬變脆程度的表征參量。冷作硬化率高,材料的冷成型性差。Me溶入基體,點(diǎn)陣產(chǎn)生不同程度的畸變,使冷作硬化率↑,鋼的延展性↓。其中P、Si、C等元素↑↑冷作硬化率,∴需要冷成型的材料應(yīng)嚴(yán)格控制P、N量,盡可能↓Si、C等量。二、熱壓力加工性(hot-formability/forgeability/roll-forging)熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。Me溶入基體↑熱變形抗力→熱壓力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影響較大。如果C和Me量較多時(shí),形成共晶K,熱壓力加工性更差。高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的。三、切削加工性(machinability)切削加工性衡量指標(biāo)有刀具壽命、表面光潔度、切削阻力、斷屑形狀等。不同情況側(cè)重點(diǎn)不同,如粗加工,主要考慮速度;精加工主要考慮表面光潔度。不同含C量C鋼的切削加工性:一般認(rèn)為,HB170～230,切削性能最好。過(guò)硬、過(guò)軟都不好(核桃和軟糖)。對(duì)組織來(lái)說(shuō),P:F=1:1較佳。不同含C量的鋼要得到較好的切削性,其預(yù)處理是不同的:對(duì)C鋼,<0.1%C,宜淬火;<0.5%C,宜正火;<0.8%C,宜退火;>0.8%C,宜球化退火。對(duì)切削性有害的夾雜物:Al2O3、SiO2、N化物、復(fù)雜氧化物和硅酸鹽等,硬度高,對(duì)切削不利。對(duì)切削有益的夾雜物:往往是易切削鋼的設(shè)計(jì)依據(jù)。MnS塑性好,沿壓延方向排列成條狀或紡錘形,破壞了金屬的整體性,就象缺口,↓切削阻力,易斷屑,且有潤(rùn)滑作用,↑切削性。S是當(dāng)前廣泛使用的易切削添加劑。但需要有足夠的Mn和S結(jié)合形成MnS。硒、蹄化合物Te和Se也是易切削添加劑。形成MnTe、MnSe。PbPb溶解度極小,常以自由態(tài)存在于鋼中,也象許多缺口一樣,↓切削阻力,易斷屑、有潤(rùn)滑作用?？墒荘b有毒,比重偏析大。四、淬透性(hardenability)淬透性是鋼獲得M(B)的能力,是鋼的一個(gè)本身屬性。淬透性是結(jié)構(gòu)鋼選材的重要依據(jù)。結(jié)構(gòu)鋼常見半M作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),重要零件則要求承受危險(xiǎn)應(yīng)力部位保證獲得90%以上M。如單向拉壓的連桿,心部要求90%以上M,受扭彎的傳動(dòng)軸表面應(yīng)力大,要求在0.3R處保證90%以上M。根據(jù)不同”C”曲線,淬透性可分為:M淬透性(50%M+50%P);B淬透性(50%B+50%M);無(wú)鐵素體淬透性(主要為B)。如圖14所示。在結(jié)構(gòu)鋼中,↑M淬透性作用顯著的元素從大到小排列:(B)、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。合金元素的復(fù)合作用大,不是簡(jiǎn)單的加和,原因較復(fù)雜。如:35CrCr+Ni=1.34%12〃(P轉(zhuǎn)變?cè)杏?35CrMoCr+Mo=1.38%35〃40CrNiMoCr+Mo+Ni=3.25%500〃要獲得B組織,就涉及B淬透性。在理論上可分析,使P轉(zhuǎn)變大為右移,而對(duì)B轉(zhuǎn)變影響不大,就能基本達(dá)到要求。根據(jù)理論和實(shí)踐,得到B型低合金鋼,合金化基本元素是0.5%Mo+微量B。第五章工程構(gòu)件用鋼

Engineeringcomponentsteel第一節(jié)工程構(gòu)件用鋼的特點(diǎn)及性能要求一、特點(diǎn)1)大型金屬結(jié)構(gòu)材料橋梁船舶建筑用鋼鍋爐壓力容器2)不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)期承受靜載;受大氣(海水)的侵蝕、低溫使用。3)焊接是連接主要方式。4)熱處理工藝簡(jiǎn)單,加工成型工藝復(fù)雜(如剪切、沖孔、熱彎、深沖等)。二、性能要求1)足夠的強(qiáng)度與韌性(特別是低溫韌性);2)良好的焊接性和成型工藝性;3)良好的耐腐蝕性;三、強(qiáng)韌化發(fā)展過(guò)程1)僅考慮σb,不考慮σs。鉚接方式,鋼的含碳量0.3%左右。熱軋獲得－普通碳鋼。2)采用焊接方式提高連接強(qiáng)度－為減少焊接裂紋,必須降低碳量。為保持高強(qiáng)度,加入Me－Mn。3)由于一些焊接件構(gòu)件發(fā)生脆斷,人們開始認(rèn)識(shí)韌性的重要。認(rèn)識(shí)到Mn對(duì)細(xì)化晶粒的作用,因此,保持Mn的高水平,進(jìn)一步降低C含量。4)AlN細(xì)化劑,細(xì)化晶粒。正火下使用。5)低碳、高錳、細(xì)化晶粒＋Nb、Ti、V(析出強(qiáng)化)提高σs.6)降低停軋溫度,晶粒能夠進(jìn)一步細(xì)化。微合金化－控軋、低碳、低合金高強(qiáng)度鋼(微合金化鋼)7)鋼板－改進(jìn)鋼的總成型性－全厚度上的塑性和韌性Zr、Re、Ca等,以控制夾雜物的形態(tài)。第二節(jié)碳素構(gòu)件用鋼普通碳素鋼占鋼產(chǎn)量70～80％。熱軋狀態(tài)供貨不經(jīng)熱處理強(qiáng)化Wc=0.2%一.分類:GBQ195、Q215、Q235、Q255、Q275二、沖壓薄板1.用途:厚度<4mm,冷沖壓構(gòu)件,車身、駕駛室、儀表外殼等2.特點(diǎn)強(qiáng)度不高,但沖壓性好(均勻變形)3.典型成分:08鋼C－0.08%第三節(jié)低合金高強(qiáng)度鋼一、分類Q300、Q350、Q400、Q450、Q500、Q650MPa。二、特點(diǎn)1)低碳基本不加Cr、Ni元素,經(jīng)濟(jì)性好。在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素制成的,其含碳量<0.2%。2)以Mn、Si為主,附加V、Ti、Mo、Nb、B。合金元素總量<3%。加入Mn、Si等元素起到強(qiáng)化鐵素體,提高強(qiáng)度;加入V、Ti等元素主要是細(xì)化組織,提高韌性;Cu、P等元素在鋼中能提高耐蝕性。3)加入微量Re,脫S,改進(jìn)夾雜物形態(tài)分布。三、性能具有較高的強(qiáng)度,良好的綜合機(jī)械性能,特別是有較高的屈服強(qiáng)度。有良好的塑性、焊接性能、耐腐蝕性,更低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。因而常稱為低合金高強(qiáng)度鋼。四、熱處理這類鋼一般是在熱軋后經(jīng)退火或正火狀態(tài)下使用。五、典型鋼種1)350MPa16Mn起重機(jī)械吊臂、大型容器、橋梁、車梁2)400MPa16MnNb(NbC析出強(qiáng)化)大型結(jié)構(gòu)、起重機(jī)3)450MPa14MnVTiRE15MnVTi大型船舶、橋梁4)500MPa14MnMoVB石油化工中、高溫高壓容器5)650MPa14CrMnMoVB高壓容器第六章機(jī)器零件用鋼

(機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼)分類:(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(2)調(diào)質(zhì)鋼－淬火＋高溫回火彈簧鋼－淬火＋中溫回火軸承鋼－淬火＋低溫回火超高強(qiáng)度鋼－淬火＋低溫回火(3)滲碳用鋼氮化用鋼第一節(jié)典型零件的服役條件、失效方式

和對(duì)鋼材機(jī)械性能的要求一、軸類服役條件－承受彎曲和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷及一定沖擊失效方式－彎曲變形、軸頸部磨損性能要求－強(qiáng)度(彎、扭復(fù)合疲勞強(qiáng)度)韌性表面硬度二、彈簧螺旋彈簧:服役條件－扭轉(zhuǎn)負(fù)荷失效方式－疲勞斷裂性能要求－高的彈性極限板簧:服役條件－彎曲負(fù)荷失效方式－過(guò)量變形性能要求－高的疲勞強(qiáng)度三、滾動(dòng)軸承服役條件－交變載荷,滾動(dòng)體與套圈之間工作接觸面很小,產(chǎn)生極大的接觸應(yīng)力。失效方式－磨損、斷裂性能要求－高的接觸疲勞強(qiáng)度,均勻的硬度,耐磨性、韌性、淬透性,在大氣和潤(rùn)滑介質(zhì)中的抗蝕能力。四、汽車齒輪服役條件－彎曲應(yīng)力、一定的沖擊(載荷不穩(wěn)定)失效方式－磨損、斷齒性能要求－彎曲疲勞強(qiáng)度、表面接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性、韌性第二節(jié)成分及熱處理對(duì)性能的保證一、機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)1、主要加入的合金元素:Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti、B2、加一種或多種,加入一種很難全面改進(jìn)性能3、合金元素的作用a)提高淬透性Si、Mn、Cr、Ni－主加元素,起主導(dǎo)作用b)降低鋼的過(guò)熱敏感性Mo、W、V、Ti、B輔加元素C)增加回火穩(wěn)定性Mo、W、V、Ti、B一般千分之一d)強(qiáng)化鐵素體和延遲其軟化過(guò)程e)提高或消除第二類回火脆性的敏感性二、含碳量的選擇和回火溫度的確定1、低碳合金鋼(0.2-0.3%C)淬火組織－位錯(cuò)板條馬氏體rR(板條相界rR薄膜)低溫回火組織－回火馬氏體<250℃如18Cr2Ni4Wσb＝1200～1300MPaψ＝50～60％αk＝120～140J?cm－22.中碳合金鋼(0.35～0.6％C)淬火組織:位錯(cuò)板條馬氏體＋孿晶針狀馬氏體＋rR低溫回火(200～250℃σb＝1600～1700MPa但塑性、韌性不足高溫回火(550～600℃):回火索氏體＋rRσb＝1200～1300MPaψ＝60％αk＝120～140J?cm-23.介于中碳～高碳之間的合金鋼(60～70％C)60Si2Mn、65Mn淬火組織－馬氏體(孿晶)＋rR低溫回火組織－回火馬氏體＋rR<300℃中溫回火組織－回火屈氏體350℃顯示出最大的彈性極限σε和屈服極限σ4、滾動(dòng)軸承鋼(GCr15)Wc≈1.0%淬火組織－馬氏體＋K＋rR低溫回火－回火馬氏體＋K＋rR180～200℃第三節(jié)調(diào)質(zhì)鋼一、調(diào)質(zhì)鋼的合金化特點(diǎn)1、碳含量為中碳(0.35～0.5%),輔以Cr、Mo、Mn、Ni等,合金元素總量不超過(guò)5％。2、合金化目的:經(jīng)過(guò)強(qiáng)化鐵基體,提高鋼的淬透性、韌性、塑性等,即綜合機(jī)械性能。二、熱處理特點(diǎn)1、預(yù)處理:工藝－Ac3線以上加熱正火目的－細(xì)化晶粒,減少帶狀組織,易于切削原因－調(diào)質(zhì)鋼在中碳范圍(亞共析鋼),且合金元素加入會(huì)對(duì)組織產(chǎn)生影響。鋼在熱加工(軋壓、鍛造)以后組織上有較大的差異,合金量少的鋼,正火后組織大部分為P,合金量較多的則為馬氏體。為便于切削加工和改進(jìn)鋼件因熱加工不當(dāng)造成的粗晶組織和帶狀組織。1、正火＋退火(P型鋼)或800℃目的:細(xì)化晶粒,減少帶狀組織,獲得適合的硬度,便于機(jī)械加工2、正火＋高溫回火有利于切削由HB380～500降低到HB207～240含Ni超過(guò)3.5%的Cr－Ni640℃Ni低的660℃Cr和Cr－V鋼680～700℃2、最后熱處理:淬火＋回火淬火溫度、時(shí)間、淬火介質(zhì)根據(jù)具體鋼種決定T淬火:一般830～850℃介質(zhì)－油T回火:500～600℃3、調(diào)質(zhì)后的特殊熱處理1)局部表面高頻、氮化或激光淬火要求局部良好耐磨性。2)噴丸或滾壓強(qiáng)化提高疲勞抗力,延長(zhǎng)使用壽命。特別對(duì)于由缺口的零件,減少應(yīng)力集中。4、典型鋼種1)45曲軸、凸輪軸、齒輪正火830～880℃T淬火＝840～850℃T回＝500HRC46～52表面淬火硬度:HRC55～602)40Cr齒輪、軸類淬透性好于45(由于Cr的加入)熱處理工藝與45鋼基本一致T淬＝850℃第四節(jié)彈簧鋼一、彈簧鋼的合金化與性能特點(diǎn)1、碳素彈簧鋼:wC=0.6～0.9%淬透性低一般用于制造小彈簧典型鋼種65、70、75、802、合金彈簧鋼:wC=0.5～0.7%Si、Mn、Cr、V、W、ReSi、Mn、Cr－提高淬透性、回火穩(wěn)定性W、V、Re－細(xì)化晶粒,防止過(guò)熱和脫碳60Si2Mn、65Mn、60Si2Cr二、熱處理特點(diǎn)1.冷成形彈簧的熱處理絲徑<8mm螺旋彈簧或彈簧鋼帶,經(jīng)冷卷制成鐘表、儀器、氣門彈簧(1)鉛浴等溫淬火冷拔彈簧鋼絲－冷拔的中間工序50、60、70等碳素彈簧鋼。等溫淬火組織－細(xì)珠光體(屈氏體)多次冷拔,鋼絲強(qiáng)度可達(dá)3000MPa(2)冷拔鋼絲-經(jīng)過(guò)冷拔變形得到強(qiáng)化冷拔工序中間采用一次680℃火以改進(jìn)塑性,強(qiáng)度低于鉛浴等溫淬火(3)淬火、回火鋼絲冷拔后淬火＋中溫回火碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼鋼絲經(jīng)強(qiáng)化冷卷成型后,只須進(jìn)行消除應(yīng)力處理,一般250～300℃2、熱成型彈簧的熱處理加熱后熱卷成型淬火＋中溫回火注意:(1)表面氧化和脫碳,加熱時(shí)要控制爐氣,盡量縮短加熱時(shí)間。因彈簧的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在表面處最高,因此表面狀態(tài)很重要。(2)噴丸處理-使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。三、典型鋼種1、65Mn(錳彈簧鋼)CMnSi0.62～0.700.9～1.20.17～0.37T淬＝830℃油淬T回＝480℃σs＝800MPaψ＝30制造截面小于25mm螺旋彈簧、板彈簧2、60Si2Mn(錳彈簧鋼)CMnSi0.57～0.650.6～0.91.5～2.0T淬＝870℃油(水)淬T回＝480℃σs＝1200MPaψ＝25制造截面大于25mm螺旋彈簧、板彈簧,由于Si的加入,提高回火穩(wěn)定性,使析出的K不易聚集,增加彈性極限和σs/σb比。第五節(jié)滾動(dòng)軸承鋼一、滾動(dòng)軸承鋼的合金化與性能特點(diǎn)1)高碳量C:0.95～1.10%保證高的硬度(HRC61～65)和耐磨性。2)Cr:0.40～1.65%提高淬透性－Cr在馬氏體中的固溶減少過(guò)熱傾向,獲得細(xì)的組織－(Fe,Cr)3C3)對(duì)于大型的軸承,需加入Si、Mn－進(jìn)一步增加淬透性Si:0.40～0.60%明顯提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限4)軸承鋼純度要求很高,是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。非金屬雜質(zhì)S、P等應(yīng)很少(P<0.027%,S<0.02%)。P在加熱時(shí)會(huì)促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大并增加鋼的脆性,降低強(qiáng)度,增加淬火開裂傾向。S會(huì)增加鋼中硫化物夾雜。二、熱處理特點(diǎn)熱處理工藝(GCr15):球化退火＋淬火＋低溫回火1、球化退火(預(yù)處理)目的:獲得粒狀P(鐵素體＋顆粒狀K)組HRB207～229有利于切削加工,為淬火做好組織準(zhǔn)備CCrSiMn0.95～1.051.30～1.650.15～0.350.20～0.402、淬火＋低溫回火1)淬火T的選擇:加熱T為兩項(xiàng)區(qū)T過(guò)高－過(guò)熱組織－韌性、疲勞強(qiáng)度下降T過(guò)低－r中溶解的Cr量不足－淬透性、硬度、強(qiáng)度不足2)回火溫度的選擇:低溫回火150～160℃應(yīng)力、提高韌性和穩(wěn)定尺寸3、淬火回火組織1)淬火組織:隱晶馬氏體＋K＋rR2)回火組織:回火馬氏體(80～90％)＋K(5～10％)＋rR(5～10％)回火組織硬度:HRC62～66注意:淬火后常呈黑白相間的兩種馬氏體區(qū)域,俗稱”黑白馬氏體”由于鋼錠結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生樹枝狀偏析,造成C和Me的不均勻分布,因此最終熱處理時(shí),貧C區(qū)馬氏體點(diǎn)高,回火時(shí)易受浸蝕呈黑色,富C區(qū)馬氏體點(diǎn)低,不易回火,呈白色。第六節(jié)滲碳鋼和氮化鋼一、滲碳鋼1、滲碳目的:使工件熱處理后表面具有高的硬度和耐磨性,而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的韌性和塑性。2、滲碳后組織:表層高碳－淬火高碳馬氏體＋K＋rR心部低碳－低碳馬氏體3、滲碳鋼的化學(xué)成分1)碳含量0.1～0.25%屬于低碳鋼滲碳層的含碳量限制為0.8～1.1%C;

滲碳層的深度控制在0.6～2.0mm之內(nèi)。鋼號(hào)熱處理℃機(jī)械性能滲碳預(yù)處理淬回σbMPaσsMPaδ%ψ%ΑkJ.cm15930890空790200≥500≥300≥15≥158020Cr930880油800200≥850≥550≥10≥40≥6020CrMnTi930880油870200≥1100≥850≥10≥45≥7020Cr2Ni4930880油780200≥1200≥1100≥10≥45≥802)主要的合金元素:Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B－提高淬透性Ti、V、Mo－形成K,細(xì)化晶粒,抑制過(guò)熱3)合金元素的含量有限制Cr<2％,Ni<4.5,Mn<2%,B<0.005%一般地講,碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用:①增大鋼表面的吸收碳原子的能力;②增大滲碳層中的碳濃度;

③阻礙碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散。前兩因素加速滲碳,有利于滲碳層的加厚,而后一因素不利于滲碳層的加厚。

總的效果是鉻、鉬等元素加大滲碳層的厚度,鈦減小滲碳層的厚度。4、熱處理特點(diǎn)1)一般滲碳鋼的熱處理工藝:滲碳－淬火(直接淬火或重新加熱淬火)－低溫回火以應(yīng)用廣泛的20CrMnTi鋼為例討論其熱處理工藝規(guī)范a)正火－組織準(zhǔn)備b)滲碳、預(yù)冷－減少淬火變形、二次滲碳體析出C)回火二、氮化鋼優(yōu)點(diǎn):①氮化處理可明顯提高零件疲勞強(qiáng)度和耐磨性;②氮化表面具有對(duì)水、油等介質(zhì)的耐腐蝕的能力;③氮化處理后零件的變形量很小;

④氮化層在較高的溫度仍能保持其硬度。由于上述這些優(yōu)點(diǎn),在一些要求疲勞強(qiáng)度高、耐磨性好、尺寸精度的機(jī)器零件,如鏜床、磨床的主軸、主軸套筒、蝸桿、柴油機(jī)上的曲軸等,往往采用氮化處理。缺點(diǎn):生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高1、氮化鋼的化學(xué)成分1)碳量0.25～0.45%一般中碳結(jié)構(gòu)鋼可作氮化用鋼2)合金元素成分Al、Cr、Mo、TiAlN、CrN、MoN、TiN、VN3)氮化層深0.6～0.7mm2、熱處理特點(diǎn)淬火－高溫回火－氮化氮化層的厚度一般是0.3～0.5mm3、氮化處理后的性能:

①表面硬度:HV900～1000(要求高耐磨性的零件)

HV500～800(僅要求高疲勞強(qiáng)度的零件)

②心部硬度:HV200～300(回火索氏體組織)3.38CrMoAl處理工藝CCr0.35～0.451.35～1.650.15～0.250.7～1.1鉻、鉬－增大鋼的淬透性鉻、鉬－提高回火穩(wěn)定性,保持高的強(qiáng)度。鉬可使鋼在510～580℃致產(chǎn)生回火脆化。Al－N化物形成元素工藝:920～940℃(油)＋625～650℃(回火)＋氮化(560℃第七節(jié)特殊用途的結(jié)構(gòu)鋼耐磨鋼(高錳)1.用途挖掘機(jī)鏟斗、坦克履帶板、碎石機(jī)械中的鄂板2、成分特點(diǎn):Mn13CMnSiSPCrNiCu0.9~1.411.5~150.3~1.0≤0.05≤0.12≤1≤1≤0.33、處理工藝:水韌處理1050-1100℃組織:均勻的?組織為防止K析出,加熱后快冷4、機(jī)械性能:σb=800-1000MPaσ0.2=250-400MPaδ=35-45%ψ=40-50%HB=170-230水韌處理后的高錳鋼受到?jīng)_擊載荷后,表面會(huì)產(chǎn)生加工硬化,而內(nèi)部仍是高塑性的奧氏體。1、指出下列零件最佳的制造材料(如:結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼等)1)機(jī)床床身;2)軸承;3)曲軸;4)手鋸條2、說(shuō)明下列鋼號(hào)代表的意義1)T122)60Si2Mn3)454)Q3505)QT100－173、工業(yè)上鋼鐵材料常見的腐蝕破壞類型主要有哪幾種?4、從合金化角度考慮,提高鋼的韌度主要有哪些途徑?5、鋼在加熱轉(zhuǎn)變時(shí),為什么含有強(qiáng)碳化物形成元素的鋼,奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大?舉出3種強(qiáng)碳化物形成元素來(lái)說(shuō)明某型號(hào)柴油機(jī)凸輪軸,要求凸輪硬度≥50HRC,心部具有良好的韌性,AKV≥40J。原采用45鋼調(diào)質(zhì),再在凸輪表面高頻淬火,最后低溫回火。1)說(shuō)明45鋼各熱處理工藝及其作用;2)能否用20鋼代替45鋼?若能用20鋼制造,仍用原工藝能否滿足性能要求?為什么?3)為滿足凸輪軸性能要求,改用20鋼制造后應(yīng)采用什么工藝?并分析。第七章工模具鋼第一節(jié)工模具鋼的分類1.成分--碳素鋼工具鋼合金工具鋼2.用途--刃具鋼—車刀,銑刀,剪刀模具鋼---冷沖模,冷擠壓模,熱鍛模量具鋼---千分尺,塊規(guī)第二節(jié)刃具用鋼一.工作條件及性能要求1.工作條件切削時(shí)刀具受到工件的壓力;沖擊和震動(dòng);刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦,刃部溫度可達(dá)500～600℃2.性能要求(1)高硬度硬度60HRC以上。(2)高耐磨性與硬度和鋼中硬質(zhì)化合物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。(3)高熱硬性(紅硬性):指鋼在高溫下保持高硬度的能力。熱硬性與鋼的回火穩(wěn)定性和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)。(4)足夠的塑性和韌性:防刃具折斷和崩刃。二.碳素刃具鋼1.成分碳素工具鋼的碳在0.65%～1.35%之間T7T8T10T12T132.C%↑,耐磨性硬度↑3.加工性能良好,價(jià)格低,用途廣泛也可作模具、量具。4.主要處理工藝及用途5.缺點(diǎn)(1)淬透性低水冷Φ5～20mm油冷Φ5～7mm(2)回火穩(wěn)定性小熱硬性差(刃部受熱200～250℃)硬度和耐磨性迅速下降.(3)易變形淬裂三.低合金刃具鋼9SiCrCrWMn9Mn2V1.成分特點(diǎn)T9、T10、T12＋MeMe:Cr、Si、Mo、W、V≤5％2.Me的作用Cr、Mn、Si-提高淬透性,強(qiáng)化馬氏體基體,提高回火穩(wěn)定性。Cr、Mn、V、W－細(xì)化晶粒Cr、Mn－溶入滲碳體,形成合金滲碳體,提高耐磨性3.性能特點(diǎn)－淬透性高于碳素刃具鋼,可油淬;變形和開裂傾向小;耐磨性和紅硬性提高;淬火溫度較高,脫碳傾向增大。4.用途:截面尺寸大、復(fù)雜的刀具;切削速度快,精密的刀具。板牙、絲錐等5.典型鋼種9SiCr

1)成分T9＋1.2-1.6%Si+0.95-1.05%Cr

2)園板牙生產(chǎn)工藝(用于加工外螺紋的刀具)

要求:刃具K分布均勻,變形小、高硬度HRC60～63

下料－球化退火－機(jī)械加工－淬火＋回火

3)熱處理工藝四、高速鋼一、高速鋼的成分和組織特點(diǎn)1、高速鋼:高合金工具鋼CrWMoV總量＞10％具有良好的紅硬性高速切削2、鋼號(hào)W18Cr4V－18－4－1W系W6Mo5Cr4V26－5－4－2WMo系3、高速鋼的發(fā)展歷史FeCWVMoCo4、以18－4－1鋼為例分析Me的作用1)C:0.7～0.8%－與W、Cr、V形成K－溶入r中－形成馬氏體－保證高硬度、強(qiáng)度的組織2)W:保證高紅硬性的主要元素－K退火時(shí)Fe4W2C。加熱時(shí)一部分W溶入r中,淬火后存在在馬氏體中,提高回火穩(wěn)定性。未溶的Fe4W2C阻止高溫下r晶粒的長(zhǎng)大。高溫回火時(shí)(550℃左右)－以W2Cw的作用－提高鋼的紅硬性,減少過(guò)熱敏感性,提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性。注意:W高于20％,K不均勻增加,強(qiáng)度、塑性下降。3)Cr:增加鋼的淬透性,改進(jìn)耐磨性,提高硬度。4)V:顯著阻礙r晶粒長(zhǎng)大;VC－1200℃硬度、耐磨性、韌性提高,能夠引起二次硬化5.典型鋼種的熱處理工藝以齒輪銑刀為例生產(chǎn)過(guò)程的工藝路線:下料(鑄鋼)－鍛造－退火－機(jī)械加工－淬火－回火－噴砂－磨加工－成品1).鑄態(tài)組織平衡:萊氏體＋P＋Fe3C非平衡:魚骨狀萊氏體＋共析體＋馬氏體＋rR2)鍛造組織:S＋K(均勻)K不均勻?qū)π阅艿挠绊?(1)帶狀、網(wǎng)狀、塊狀大顆粒K使性能呈現(xiàn)各向異性,降低鋼的強(qiáng)度,韌性。(2)造成熱處理組織的不均勻,硬度、紅硬性降低。(3)淬火加熱時(shí)晶粒大小不同,過(guò)熱、過(guò)燒。(4)應(yīng)力集中,工具變形,淬火裂紋和開裂。(5)抗磨性降低。鍛造中注意:鍛后緩冷－空冷可獲得馬氏體以免裂紋產(chǎn)生3)熱處理工藝退火或退火后調(diào)質(zhì)退火硬度－HB207～255退火調(diào)質(zhì)硬度－HRC26～32齒面光潔度更好4).淬火、回火二、高速鋼刃具的熱處理缺陷及產(chǎn)生原因1、過(guò)熱:淬火溫度過(guò)高。晶粒粗大,能夠挽救。2、過(guò)燒:溫度接近鋼的熔化溫度,晶界熔化。3、萘狀斷口:呈閃光粗粒狀。強(qiáng)度、韌性下降,易崩刃、折斷。不可挽救。由于終鍛溫度過(guò)高。4、脫碳:表面脫碳,硬度、耐磨性降低。由于高溫加熱。氣氛保護(hù)或真空爐加熱淬火、回火。5、硬度不足:可能回火不足。6、變形開裂:加熱、淬火快,或K不均勻分布。小結(jié)耐磨性與韌性的合理配合是工具鋼的主要矛盾。工具鋼的合金化和熱處理工藝基本上都是圍繞這個(gè)主要矛盾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的.在工藝措施上,經(jīng)常采用預(yù)熱、預(yù)冷,淬火常見等溫、分級(jí)、雙液淬火等方法,而且需要及時(shí)回火。盡可能地降低淬火應(yīng)力、減小變形開裂傾向和穩(wěn)定組織。第四節(jié)冷變形模具鋼冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等,工作溫度不超過(guò)200℃～300℃冷模具工作時(shí)承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩擦。主要失效形式是磨損,也常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變形等失效現(xiàn)象。因此,冷模具鋼應(yīng)具有以下基本性能:1.高硬度,一般為58HRC～62HRC;

2.高耐磨