影響鋼的性能的因素含碳量雜質(zhì)元素冷、熱變形熱處理……第二章第三章第四章工程材料基礎(chǔ)合金元素第四章第四章合金鋼

第一節(jié)概述

一、碳鋼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：冶煉工藝較簡單，成本低，壓力加工性能好，切削加工性能好，綜合力學(xué)性能好，環(huán)境友好。缺點(diǎn)：加熱時晶粒容易長大；淬透性低；回火抗力低；強(qiáng)度較低；無特殊性能。第四章工程材料基礎(chǔ)第四章工程材料基礎(chǔ)腐蝕的化工管道和閥門,需要耐腐蝕性能屈服強(qiáng)度：不超過410MPa，抗拉強(qiáng)度：不超過695MPa碳鋼的強(qiáng)度不夠高需要性能更優(yōu)的合金鋼合金鋼：為了改善鋼的性能，在碳鋼中特意地加入某些合金元素的鋼種。常用的合金元素有：Cr、Mn、Ni、Co、Si、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、RE（稀土）合金元素加入后發(fā)揮那些作用呢？改善鋼的熱處理工藝性能提高鋼的使用性能第四章工程材料基礎(chǔ)

二、合金元素在鋼中的作用

1.改善鋼的熱處理工藝性能

細(xì)化奧氏體晶粒加入Ti、V、Nb、Zr、Al等，形成細(xì)小的碳化物顆粒，顯著阻止奧氏體晶粒長大（Mn除外）2)提高鋼的淬透性

除Co和Al，大多數(shù)合金元素降低馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）、馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度（Mf）除Co以外，其他合金元素都能使鋼C曲線向右移動，從而提高鋼的淬透性第四章工程材料基礎(chǔ)合金元素對奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的影響

a)Ni的影響b)Cr的影響

c)W的影響

合金元素影響C曲線位置和形狀NiCrW1.0%Ni2.9%Ni4.6%Ni2.2%Cr4.2%Cr8.2%Cr1.0%W2.0%W4.4%W合金元素含量增加第四章工程材料基礎(chǔ)合金元素對C曲線形狀的影響Cr:除了讓C曲線右移，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變W:除了讓C曲線右移，推遲珠光體轉(zhuǎn)變第四章工程材料基礎(chǔ)3)提高鋼的回火抗力，產(chǎn)生二次硬化

合金元素對回火的影響a)Si的影響b)Mo的影響淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力，稱為回火抗力含W、Cr、V、Mo等元素的鋼淬火后，回火過程中會形成特殊碳化物，使硬度重新升高，稱為二次硬化Si含量增加，相同回火溫度下硬度高。二次硬化第四章工程材料基礎(chǔ)4)防止第二類回火脆性回火脆性—

鋼經(jīng)回火后韌性下降的現(xiàn)象鋼的回火脆性示意圖第一類回火脆性:

發(fā)生在～300℃附近

防止措施:避開在300℃附近回火第二類回火脆性:

發(fā)生在～600℃附近

防止措施回火后快冷（小尺寸零件）加W、Mo等合金元素（對于大尺寸零件）第一類回火脆性第二類回火脆性第四章工程材料基礎(chǔ)

2.合金元素對鋼的使用性能的影響1)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化,提高鋼的強(qiáng)度；

適量Ni，Cr,Mn提高鋼的韌性。合金元素對鐵素體硬度（a）和沖擊韌性（b）的影響Si、Mn、Ni

固溶強(qiáng)化最強(qiáng)烈合金元素超過一定值，鐵素體的韌性降低。第四章工程材料基礎(chǔ)

Mn,Si等合金元素固溶于鐵素體中，顯著提高提高鋼的強(qiáng)度適量Ni，Cr，Mn:可以提高鋼的韌性2)產(chǎn)生第二相強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度

Mn,Cr,Mo,W,V等合金元素形成合金滲碳體或特殊碳化物（第二相）,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。第四章工程材料基礎(chǔ)3)產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度

4）

使鋼具有特殊性能

提高鋼的抗腐蝕性能提高鋼的抗高溫氧化性能提高鋼的高溫強(qiáng)度提高鋼的抗沖擊磨損性能提高鋼的耐低溫性能不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼（沖擊載荷下）低溫鋼（低于室溫溫度下）第四章工程材料基礎(chǔ)Ti,V,Nb,Zr,Al等合金元素形成碳化物、氮化物，阻止奧氏體晶粒長大，從而細(xì)化熱處理后的組織，提高鋼的強(qiáng)度、韌性。鋼中的合金元素存在主要形式：固溶體，化合物不銹鋼耐熱鋼工具鋼模具鋼P(yáng)107第四章工程材料基礎(chǔ)鋼中幾乎不加Pb，某些高強(qiáng)硬化型不銹鋼加少量的Cu，與其他元素形成化合物極少

三、合金鋼的分類合金鋼滾動軸承鋼合金彈簧鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金滲碳鋼低合金高強(qiáng)度鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼刃具鋼模具鋼量具鋼低溫鋼耐磨鋼耐熱鋼不銹鋼特殊性能鋼第四章工程材料基礎(chǔ)按用途和性能分類第四章工程材料基礎(chǔ)合金鋼按照合金元素含量分類低合金鋼（合金元素含量<5%)中合金鋼（合金元素含量:5-10%)高合金鋼（合金元素含量>10%)合金鋼第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼

一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類及編號滾動軸承鋼合金彈簧鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金滲碳鋼低合金高強(qiáng)度鋼合金結(jié)構(gòu)鋼

1.分類第四章工程材料基礎(chǔ)

2.牌號40Cr；35CrMo；18Cr2Ni4WA

數(shù)字＋合金元素符號＋數(shù)字

↓

↓碳含量的萬分?jǐn)?shù)合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

（1）合金元素符號后無數(shù)字：合金元素加入<1.5%(wt);合金元素加入大于1.5%,2.5%,3.5%(wt),分別用2,3,4……表示（2）Q+數(shù)字“屈”的拼音的第一個字母鋼的屈服強(qiáng)度Q355，Q460合金滲碳鋼，合金調(diào)質(zhì)鋼，合金彈簧鋼低合金高強(qiáng)鋼牌號第四章工程材料基礎(chǔ)

二、低合金高強(qiáng)度鋼

2.牌號

Q355(新牌號)

→16Mn(舊牌號)↓屈最低屈服強(qiáng)度Q+數(shù)字

1.成分特點(diǎn)

碳含量：

Wc

≤0.2％（低碳）合金元素：Mn,Ti,V,Nb

易于壓力加工、焊接性能好；塑性韌性好。強(qiáng)化鐵素體；細(xì)化晶粒,抗大氣腐蝕第四章工程材料基礎(chǔ)低碳(含碳量<0.2%)合金元素（總含量<5%)

3.性能特點(diǎn)

4.熱處理特點(diǎn)一般不進(jìn)行熱處理，出廠性能已確定；有時焊后正火處理；特殊情況：如高壓容器需要調(diào)質(zhì)處理高強(qiáng)度，較好塑性、韌性，良好的焊接性，抗大氣腐蝕（耐候鋼）

5.組織類型鐵素體+珠光體（多數(shù)工程構(gòu)件）用于制造高壓容器鋼：調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體第四章工程材料基礎(chǔ)壓力容器Q460船舶Q390、Q420起重設(shè)備Q390大型工程構(gòu)件采用Q355~Q460型號的低合金結(jié)構(gòu)鋼制造

6.用途

用于重要工程構(gòu)件和機(jī)器零件橋梁，船舶，高壓容器，車輛，輸油管，輸氣管等等是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支柱材料第四章工程材料基礎(chǔ)一座座讓天塹變通途的大橋，城市里中鱗次櫛比的摩天大樓，為城市企業(yè)輸送電力的鐵塔……低合金高強(qiáng)度鋼：大國工程的關(guān)鍵材料保證工程安全的密秘？鋼鐵筋骨第四章工程材料基礎(chǔ)第1座：南京長江大橋（1號橋）大橋于1968年建成通車鞍鋼集團(tuán)為新中國煉出第一爐鋼；自主研制橋梁鋼冶煉和制備，填補(bǔ)了我國高性能橋梁鋼（16Mn）生產(chǎn)的空白；為南京長江大橋提供了1.4萬噸16Mn高性能鋼材（新牌號Q355）總工程師是梅旸春，設(shè)計總工程師是胡竟銘，鋼梁總設(shè)計師是方秦漢.第一座由中國自行設(shè)計和建造的雙層式鐵路、公路兩用橋梁，具有極大的經(jīng)濟(jì)意義、政治意義和戰(zhàn)略意義，有“爭氣橋”之稱。1969年毛澤東主席登臨大橋第四章工程材料基礎(chǔ)新中國的2座橋港珠澳大橋的設(shè)計壽命120年(我國第1座設(shè)計壽命120年的橋梁）習(xí)主席在開通儀式宣布大橋正式開通(2018年10月23日）港珠澳大橋是世界上最長的跨海大橋，也是中國交通史上技術(shù)最復(fù)雜，建設(shè)要求及標(biāo)準(zhǔn)最高的工程之一，被英國《衛(wèi)報》譽(yù)為“新世界七大奇跡”之一。港珠澳大橋應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料（本課程內(nèi)容密切相關(guān)）：低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、有色金屬、高分子材料、復(fù)合材料（結(jié)構(gòu)）第2座：港珠澳大橋第四章工程材料基礎(chǔ)50年后的2018年鞍鋼集團(tuán)有限公司提供17萬噸橋梁鋼,

用于大橋主體武漢鋼鐵集團(tuán)有限公司（現(xiàn)屬于“寶武集團(tuán)”）提供11.6萬噸的管莊鋼和5.6萬噸的”U”肋鋼等柳州鋼鐵集團(tuán)提供5.23萬噸的管線鋼和熱軋鋼卷、中厚板，Q275,S355JO;HER300E、HRB400E韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)提供17萬噸的螺紋鋼、鋼板等太鋼集團(tuán)（寶武控股）提供8000噸的雙相不銹鋼根據(jù)大橋設(shè)計要求自主開發(fā)了雙相不銹鋼的生產(chǎn)技術(shù)替代進(jìn)口雙相不銹鋼，顯著節(jié)省了大橋的建造成本國內(nèi)約十余家鋼企為港珠澳大橋提供的不同規(guī)格和要求的鋼材（僅列出部分鋼企）第四章工程材料基礎(chǔ)汽車變速箱齒輪：疲勞強(qiáng)度高，表面耐磨性好，心部韌性好，抗沖擊普通低碳鋼難以滿足以上性能要求第四章工程材料基礎(chǔ)汽車零件用鋼：變速箱齒輪疲勞強(qiáng)度低耐磨性不夠

三、合金滲碳鋼

1.成分特點(diǎn)合金元素碳含量：0.1～0.25％（低碳）20CrMnTi,20CrMnMo等

2.典型牌號微量元素:

Ti,V,Mo,W作用：細(xì)化奧氏體晶粒，提高表面硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、韌性主要合金元素:Cr,Ni,Mn,B作用：提高淬透性,強(qiáng)化鐵素體,提高滲碳層的強(qiáng)度與韌性（Ni的作用顯著）第四章工程材料基礎(chǔ)低碳+合金元素

滲碳+淬火+低溫回火

3.最終熱處理特點(diǎn)

下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火→低溫回火→精磨→噴丸→成品例：20CrMnTi滲碳鋼制造汽車變速齒輪工藝路線第四章工程材料基礎(chǔ)表層:高碳心部：低碳

M回+粒狀碳化物＋A

(少）M回+F

4.最終組織表面硬度高，耐磨性好；齒輪疲勞強(qiáng)度高；心部韌性好，抗沖擊”

5.性能特點(diǎn)20CrMnTi制造齒輪的熱處理工藝第四章工程材料基礎(chǔ)(3)高淬透性合金滲碳鋼18Cr2Ni4WA滲碳鋼分類和牌號以及應(yīng)用常用牌號：20CrMnTi20CrMn20MnTiB等(1)低淬透性合金滲碳鋼(20Mn220Cr)(2)中淬透性合金滲碳鋼20CrMnTi20CrMn20MnTiB應(yīng)用：制造尺寸較小的零件，如小齒輪、活塞銷等應(yīng)用：用于制造承受高速、中速、沖擊和在劇烈摩擦條件工作的零件，如汽車變速箱齒輪、離合器等應(yīng)用：用于制造大截面、高負(fù)荷和要求高耐磨性及良好韌性的重要零件，例如飛機(jī)、坦克和內(nèi)燃機(jī)車的主動牽引齒輪。第四章工程材料基礎(chǔ)第四章工程材料基礎(chǔ)(3)高淬透性合金滲碳鋼(18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4)(1)低淬透性合金滲碳鋼(20Mn220Cr)(2)中淬透性合金滲碳鋼(20CrMnTi20CrMnMo20MnTiB)常用的合金滲碳鋼分類討論題：低淬透性滲碳鋼、中淬透性滲碳鋼、高淬透性滲碳鋼，成分有何區(qū)別（從合金元素含量，種類方面考慮）？為什么？課堂討論與思考選擇題1：汽車變速箱齒輪選擇哪種材料制造。A20B20Mn2C20CrMnTiD18Cr2Ni4WA選擇題2：坦克的主動牽引齒輪尺寸大，負(fù)荷高，選擇哪種材料。A20B20Mn2C20CrMnTiD18Cr2Ni4WA課堂思考題

四、合金調(diào)質(zhì)鋼Cr,Ni,Mn,Si,B

40Cr，35CrMo

1.典型牌號2.成分特點(diǎn)3.熱處理特點(diǎn)：淬火＋高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）

3.熱處理特點(diǎn)碳含量：0.3～0.5％（中碳）Mo,W:(微量）防止第二類回火脆性

提高淬透性

提高強(qiáng)度和塑性韌性

V(微量）

：細(xì)化晶粒第四章工程材料基礎(chǔ)中碳+合金元素合金元素主要合金元素微量元素如果制造軸，調(diào)質(zhì)處理，軸頸：表面淬火+低溫回火4分類和牌號及應(yīng)用

（1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr40MnB（2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼35CrMo38CrSi（3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼38CrMoAlA40CrNiMoA常用牌號：40Cr40MnB35CrMo應(yīng)用：用于制造截面尺寸較小或者載荷較小的零件，如連桿螺栓、機(jī)床主軸等應(yīng)用：用于制造截面尺寸較大或者載荷較大的零件，如火車發(fā)動機(jī)曲軸、連桿等應(yīng)用：用于制造截面尺寸大或者載荷大的零件，如精密機(jī)床主軸、汽輪機(jī)主軸、航空發(fā)動機(jī)曲軸和連桿等第四章工程材料基礎(chǔ)下料→鍛造→正火→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→精加工→成品例1：汽車發(fā)動機(jī)連桿螺栓第四章工程材料基礎(chǔ)高強(qiáng)度和良好的塑性韌性組合的優(yōu)良綜合性能選擇40Cr鋼制造汽車連桿螺栓工藝路線如下例2：40Cr鋼制內(nèi)燃機(jī)曲軸工藝路線服役條件：承受氣缸周期性氣體壓力變化，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力、扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)振動與沖擊力、軸頸處磨損高的疲勞強(qiáng)度、防止軸的疲勞斷裂優(yōu)良的綜合性能，即較高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和較好的塑性和韌性軸頸處具有高硬度、高耐磨性高溫和腐蝕介質(zhì)中的軸具有高的蠕變抗力和耐腐蝕性能第四章工程材料基礎(chǔ)對曲軸的性能要求表層：中碳M回＋A

（少量）心部：S回

軸頸處性能：表硬、心韌軸的其他部位性能：良好的綜合力學(xué)性能下料→鍛造→正火→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→軸頸處感應(yīng)淬火＋低溫回火→精磨→成品最終組織和性能軸頸處組織：回火索氏體曲軸工藝路線如下選材：40Cr第四章工程材料基礎(chǔ)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展——低碳馬氏體鋼的研發(fā)和應(yīng)用鐵人”王進(jìn)喜的鉆井隊采用的就是“低馬”鋼制造的鉆井工具。低碳馬氏體鋼制造的鉆井工具重量輕，尺寸小，效率高，壽命長，工人勞動強(qiáng)度低。新中國成立和建設(shè)初期，面臨國際西方國家對我們的經(jīng)濟(jì)封鎖。上世紀(jì)50年代，石油被譽(yù)為“工業(yè)血液”；鋼鐵是“工業(yè)脊梁”。鐵人精神西遷精神我校周惠久院士從“淬火強(qiáng)化”和“多合金元素強(qiáng)化”出發(fā)，利用淬火、回火，創(chuàng)立“低馬”高強(qiáng)鋼，發(fā)揮材料的強(qiáng)度、塑性和韌性。低碳合金鋼：淬火+低溫回火中碳鋼調(diào)質(zhì)鋼代替用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油鉆井的吊環(huán)，吊環(huán)的重量由“原來的97kg減小到29kg”選材舉例周惠久院士35CrMo第四章工程材料基礎(chǔ)“低碳馬氏體”鋼獲國家科技進(jìn)步獎一等獎。應(yīng)用于石油鉆采機(jī)具輕型吊卡，壽命是蘇聯(lián)同類產(chǎn)品的1.5倍，并且重量減少了2/3，降低工人勞動強(qiáng)度。第四章工程材料基礎(chǔ)老前輩科學(xué)家（周惠久院士）寄語青年學(xué)子彈簧鋼和軸承鋼（線上學(xué)習(xí)+完成學(xué)習(xí)任務(wù)）混合式教學(xué)彈簧：高彈性極限，疲勞強(qiáng)度，足夠的塑性韌性滾動軸承：高接觸疲勞強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性，一定的耐蝕性第四章工程材料基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：性能要求，成分特點(diǎn)，熱處理，工藝路線軸承被稱為“工業(yè)關(guān)節(jié)”機(jī)械設(shè)備的儲能-釋放能量部件；另有起到緩沖和吸收震動在國防事業(yè)上——滾動軸承是必備的軍備物資。沒有軸承，導(dǎo)彈不能升空、飛機(jī)不能上天、軍艦不能出海、坦克無法出擊......軸承在許多軍事裝備中，都是重要或者核心零部件。在戰(zhàn)爭中，軸承制造廠是列入重點(diǎn)打擊的目標(biāo)之一；冷戰(zhàn)時期，軸承專用設(shè)備曾是發(fā)達(dá)國家對敵對國家實(shí)行經(jīng)濟(jì)封鎖的禁運(yùn)物資之一。至今，很多軸承產(chǎn)品和技術(shù)仍被許多軍事大國列入技術(shù)封鎖的范疇。軸承對國家工業(yè)和國防的重要性機(jī)器轉(zhuǎn)動的必要零件課堂練習(xí)題120CrMnTi適合制造以下哪種零件A大橋B機(jī)床主軸C汽車變速箱齒輪D車刀2Q355鋼號中的355代表什么？3精密機(jī)床主軸選擇哪種鋼材制造A40CrB20C60DT8第三節(jié)合金工具鋼加工原材料產(chǎn)品第四章工程材料基礎(chǔ)第三節(jié)合金工具鋼

一、合金工具鋼的分類及編號量具鋼模具鋼刃具鋼合金工具鋼

1.分類

2.牌號

數(shù)字＋合金元素符號＋數(shù)字

↓

↓

碳的平均質(zhì)量的千分?jǐn)?shù)合金元素平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

(Wc

1.0%不標(biāo)碳含量，如Cr12MoV9SiCr第四章工程材料基礎(chǔ)二、刃具鋼1)刃具的服役條件

彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力;劇烈摩擦,發(fā)熱;沖擊;震動2)刃具的常見失效方式

卷刃；崩刃；刀刃磨損；刀體折斷

1.

刃具的服役條件、失效方式及性能要求3)對刃具的性能要求

高硬度，高耐磨；足夠的強(qiáng)、韌性；高速切削時高的紅硬性用于切削加工的工具。刀具刃口溫度在600

仍保持60HRC的硬度，稱為紅硬性或者熱硬性.第四章工程材料基礎(chǔ)

2.典型合金刃具鋼及其熱處理（一）高碳低合金刃具鋼(1)典型牌號：9SiCr，CrWMn，9Mn2V(2)成分特點(diǎn)

高碳，Wc為0.85-1.1%

合金元素：Si,Cr,Mn,W,V提高淬透性,提高回火抗力，強(qiáng)化馬氏體形成碳化物細(xì)化組織降低脆性第四章工程材料基礎(chǔ)(3)熱處理：預(yù)先熱處理：球化退火,

最終熱處理：淬火＋低溫回火

T10、Cr鋼、9SiCr鋼的硬度與回火溫度的關(guān)系

在相同的回火溫度下，合金工具鋼的硬度高于碳素工具鋼的硬度回火抗力大小順序：9SiCr、Cr鋼、T10第四章工程材料基礎(chǔ)(4)組織：M回+粒狀碳化物＋A殘（少）(5)用途：低速切削刃具，如絲錐、板牙、絞刀、刮刀、拉刀、銑刀、車刀、鉆頭第四章工程材料基礎(chǔ)（二）高速鋼（高碳高合金刃具鋼）(1)典型牌號：W18Cr4V(18-4-1)

W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)(2)成分特點(diǎn)

高碳：0.7%～0.9%

合金元素：Cr，W，Mo，V

用于制造高速切削的鋼種。切削速度大于40m/min.提高淬透性，抗脫碳提高回火抗力，提高抗氧化能力和耐蝕性

提高回火抗力，保證紅硬性

形成VC提高紅硬性，

細(xì)化組織第四章工程材料基礎(chǔ)(3)熱處理工藝：預(yù)先熱處理：球化退火，最終熱處理：淬火(1280C)＋回火溫度(550-570C)

(4)制造高速鋼刀具的工藝路線（

W18Cr4V

）

下料→鍛造（三鐓三拔）→球化退火→機(jī)加工→淬火（極高溫度1280℃）＋回火（3次）→精磨→成品第四章工程材料基礎(chǔ)鍛造（大的鍛壓比、三墩三拔）

打碎粗大的碳化物,提高強(qiáng)度、塑性、韌性

W18Cr4V的鑄態(tài)組織（粗大碳化物、共晶組織），硬而脆第四章工程材料基礎(chǔ)三次回火（550-570C

）

減少殘余奧氏體（A

<5%）二次硬化效應(yīng)，保證紅硬性

W18Cr4V的硬度與回火溫度的關(guān)系最佳回火溫度第四章工程材料基礎(chǔ)W18Cr4V鋼的熱處理工藝規(guī)范圖球化退火淬火回火三次第四章工程材料基礎(chǔ)(5)組織：球化退火后

球狀珠光體

淬火后回火后M回

＋粒狀碳化物＋A

M

＋

粒狀碳化物＋

A

W18Cr4V鋼淬火組織×500W18Cr4V鋼回火組織×500第四章工程材料基礎(chǔ)(6)用途主要用高速鋼制造高速切削刃具，如車刀，刨刀，銑刀，鉆頭等

也可以用來制造冷熱變形模具等第四章工程材料基礎(chǔ)形狀復(fù)雜的零件的加工?或者形狀簡單數(shù)量極大的零件采用模具加工第四章工程材料基礎(chǔ)

三、模具鋼冷作模具:冷拉模,冷鐓模,冷擠壓模等熱作模具:熱鍛模,熱軋輥,熱擠壓模等模具用于壓力加工的工具（少數(shù)是拉力）。軋鋼機(jī)的軋輥采用熱模具鋼制造汽車車身的冷成型模具用冷模具鋼制造1)服役條件

擠壓;摩擦;沖擊;震動等2)常見失效方式

磨損；斷裂；疲勞等

1.冷模具鋼3)性能要求

高硬度，高耐磨；足夠的強(qiáng)、韌性第四章工程材料基礎(chǔ)4)典型牌號：Cr12MoV（高鉻鋼）5)成分特點(diǎn)（高碳高鉻）

高碳：1.45%～1.70%,

形成碳化物，提高硬度合金元素：Cr,Mo,V

↓

↓

↓提高淬透性提高耐磨性

細(xì)化組織降低脆性提高淬透性提高回火穩(wěn)定性

6)熱處理特點(diǎn)：球化退火（預(yù)先熱處理），淬火＋低溫回火（最終熱處理）第四章工程材料基礎(chǔ)7）組織：回火馬氏體+粒狀碳化物+殘余奧氏體（少量）8）應(yīng)用：制造冷切剪刀、圓鋸、切邊模、滾邊模、封口模、拉絲模等

2.熱模具鋼1)服役條件

擠壓；摩擦；交變溫度；沖擊；震動等拉絲模熱加工第四章工程材料基礎(chǔ)2)常見失效方式

磨損；斷裂；熱疲勞（龜裂）等3)性能要求

高淬透性;高硬度，高耐磨;足夠的強(qiáng)、韌性;高回火穩(wěn)定性;高熱疲勞抗力;高導(dǎo)熱4)典型牌號：5CrNiMo中碳合金工具鋼第四章工程材料基礎(chǔ)中碳：

Wc：0.5～0.6%,良好的強(qiáng)度韌性、導(dǎo)熱性合金元素：CrNiMo

↓↓↓提高淬透性,提高回火穩(wěn)定性

防第二類回火脆，細(xì)化組織提高強(qiáng)度，韌性

6)最終熱處理特點(diǎn)：淬火＋高溫回火（560-580C）（3次）8）應(yīng)用：熱壓模、熱鍛模等7）微觀組織：回火托氏體+回火索氏體混合物第四章工程材料基礎(chǔ)5)成分特點(diǎn)第四章第四節(jié)

特殊性能鋼/合金耐腐蝕（各類腐蝕介質(zhì)）、耐高溫（室溫到~1000℃）耐磨性（劇烈沖擊載荷下的耐磨，與工具鋼不同）耐低溫(在室溫到

269℃的溫度下工作）不銹鋼耐熱鋼，耐磨鋼低溫鋼教師主講線上學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)（隨第四章作業(yè)交）課堂同伴學(xué)習(xí)+學(xué)習(xí)任務(wù)第四章工程材料基礎(chǔ)耐腐金屬不銹鋼（5大類）耐蝕合金純鎳（鍛造鎳）（氯堿工業(yè)）鎳銅合金（Monel合金）耐氫氟酸性能優(yōu)異鎳鉻鐵合金（Incole合金）高溫、耐蝕、受力的環(huán)境下第四章工程材料基礎(chǔ)(1)不銹鋼的商業(yè)代碼S1XXXX:鐵素體型不銹鋼（S11710）S2XXXX：鐵素體-奧氏體型不銹鋼（S22160）S3XXXX：奧氏體型不銹鋼（S30408）S4XXXX：馬氏體型不銹鋼（S42030）S5XXXX：沉淀硬化型不銹鋼（S51570）(2)牌號：兩位數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字含碳量的萬分?jǐn)?shù)合金元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)06Cr18Ni10：含碳量0.06%，含Cr量：平均值18%，含Ni量：平均值為10%第四章工程材料基礎(chǔ)

一、不銹鋼低溫鋼耐磨鋼耐熱鋼不銹鋼特殊性能鋼在自然環(huán)境或一定的工業(yè)介質(zhì)中具有耐腐蝕性能的鋼稱為不銹鋼。第四章工程材料基礎(chǔ)工程零件腐蝕舉例電化學(xué)腐蝕腐蝕發(fā)生局部，危害比化學(xué)腐蝕大金屬腐蝕類型

化學(xué)腐蝕—金屬失去電子和氧原子得到電子，金屬離子和陽離子反應(yīng)生產(chǎn)氧化物的過程,腐蝕過程無電流。

比如鋼的高溫氧化

電化學(xué)腐蝕—發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的(過程中有電流產(chǎn)生)腐蝕,比如鋼在酸、堿、鹽等介質(zhì)中腐蝕。

1.金屬電化學(xué)腐蝕原理及防止措施第四章工程材料基礎(chǔ)鋼管腐蝕金屬板的腐蝕珠光體的電化學(xué)腐蝕a)電化學(xué)腐蝕原理b)腐蝕結(jié)果示意圖

在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成微電池金屬各部分有電極電位差電化學(xué)腐蝕條件電極電位高電極電位低電極電位低鐵素體被腐蝕；電極電位高的Fe3C沒有腐蝕第四章工程材料基礎(chǔ)什么因素導(dǎo)致鋼中存在電極電位差？消除（減小）電極電位差的措施？第四章工程材料基礎(chǔ)發(fā)生電化學(xué)腐蝕的關(guān)鍵：材料組織中存在電極電位差以鋼為例使鋼處于單相狀態(tài)防止電化學(xué)腐蝕的措施減小兩相的電極電位差

在鋼的表面形成致密的氧化膜覆蓋表面，保護(hù)內(nèi)部不受腐蝕。形成穩(wěn)定的碳化物和金屬間化合物如加入大量Cr得到單相鐵素體;加入大量Ni得到單相奧氏體；如Fe中含Cr量大于12.5%,即可明顯提高鐵素體的電極電位，減小與滲碳體間的電極電位差如Cr、Si、Al等元素可形成致密的氧化膜。加入Nb、Al、Mo、Ti等元素，防止晶間腐蝕和提高強(qiáng)度第四章工程材料基礎(chǔ)

二常用不銹鋼1馬氏體不銹鋼(熱軋空冷后得到M)

2)典型牌號：12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13按照正火組織分類馬氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼奧氏體不銹鋼沉淀硬化型不銹鋼奧氏體-鐵素體不銹鋼1）成分：Wc:0.1-1.0%;Cr:12-18%第四章工程材料基礎(chǔ)含碳量的萬分?jǐn)?shù)12Cr13添加13%的Cr牌號的含義結(jié)構(gòu)鋼汽輪機(jī)葉片工具鋼醫(yī)療器械，刃具

3)用途12Cr13,20Cr1330Cr13,40Cr13

(3)熱處理特點(diǎn):12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13淬火高溫回火淬火低溫回火

(4)組織：S回

M回

(5)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度塑性韌性良好，一定的耐蝕性硬度高、耐磨性好，一定的耐蝕性強(qiáng)度與塑性韌性配合汽輪機(jī)葉片（20Cr13）手術(shù)刀（40Cr13）硬度和耐磨性空氣冷卻就可以得到馬氏體第四章工程材料基礎(chǔ)課堂思考題馬氏體不銹鋼:12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13為什么空冷就能獲得馬氏體？在C曲線上畫出20Cr13空冷冷卻速度線。

2鐵素體不銹鋼(正火后基本上是單相F)

(2)典型牌號：10Cr17,06Cr13

(3)熱處理特點(diǎn):退火或正火態(tài)下使用

(4)組織：鐵素體（F）（1）成分：Wc<0.15%,Cr:12-30%（低碳高鉻）

第四章工程材料基礎(chǔ)(6)用途：硝酸、磷酸工業(yè)用零構(gòu)件等，如硝酸吸收塔、磷酸槽等(5)性能特點(diǎn)：耐蝕性、塑性、焊接性優(yōu)于馬氏體不銹鋼,較低的力學(xué)性能，低的強(qiáng)度。第四章工程材料基礎(chǔ)這些零件的特點(diǎn)是：抗腐蝕性強(qiáng)，受力不大3奧氏體不銹鋼(奧氏體狀態(tài)下使用)(2)典型牌號：06Cr19Ni10,12Cr18Ni9,06Cr19Ni10Ti(3)熱處理與室溫組織快冷（固溶處理）：A（單相）緩冷：A+F+(Cr,Fe)23C6（多相組織）（1）成分：Wc<0.12%,Cr:17-25%,Ni:8-29%.18-8不銹鋼第四章工程材料基礎(chǔ)商業(yè)代號：304,316(4)性能特點(diǎn)：耐蝕性好、高的塑性、低溫韌性高，焊接性能好，無磁性。奧氏體單相組織第四章工程材料基礎(chǔ)優(yōu)異的耐腐蝕性能奧氏體不銹鋼單相奧氏體的獲得：加熱(1100C)保溫一定時間,

水冷到室溫獲得單一奧氏體(5)用途：應(yīng)用最為廣泛，比如國防軍工、核電領(lǐng)域、化工等工業(yè)中的機(jī)械零件和構(gòu)件。

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的低溫性能，還可以作為低溫鋼使用（可以用到-269C）第四章工程材料基礎(chǔ)奧氏體不銹鋼的缺點(diǎn)：容易發(fā)生晶間腐蝕沿著奧氏體晶界腐蝕，腐蝕裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展，導(dǎo)致零件斷裂。(6)奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕問題晶間腐蝕產(chǎn)生的裂紋晶間腐蝕的原因是什么？第四章工程材料基礎(chǔ)原因：晶界附近的鉻原子與碳在晶界處形成的碳化物，造成晶界附近貧鉻，使該處電極電位降低，從而易受腐蝕不銹鋼的晶界貧鉻和晶間腐蝕示意圖1—晶界2—鉻含量3—化學(xué)穩(wěn)定的最小含鉻量4—析出的碳化物5—晶界附近的貧鉻區(qū)（陽極）6—晶內(nèi)（陰極）(7)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的原因及其防止措施第四章工程材料基礎(chǔ)降低碳含量，如06Cr19Ni10、022Cr9NI10加Ti或Nb,形成TiC或NbC而不形成鉻的碳化物，如06Cr19Ni10Ti進(jìn)行固溶處理或退火處理，使Cr在奧氏體中分布均勻，從而加以消除晶間腐蝕的防止措施第四章工程材料基礎(chǔ)固溶處理：獲得單相奧氏體

冷變形、焊接后需去應(yīng)力退火,

降低內(nèi)應(yīng)力和防止應(yīng)力腐蝕(8)熱處理特點(diǎn)第四章工程材料基礎(chǔ)雙相不銹鋼，沉淀硬化不銹鋼為自學(xué)內(nèi)容不銹鋼在港珠澳大橋的應(yīng)用港珠澳大橋使用的是2304雙相不銹鋼鋼筋，用于承臺、塔座和墩身傳統(tǒng)不銹鋼在低氧、高鹽度海洋環(huán)境性能可靠性不足，港珠澳大橋的工程設(shè)計人員選擇雙相不銹鋼鋼筋。雙相不銹鋼鋼筋以前完全依賴進(jìn)口，價格昂貴?！疤摗保ìF(xiàn)屬于寶武集團(tuán)）攻克了雙相不銹鋼鋼筋的生產(chǎn)技術(shù)，為港珠澳大橋提供了8000多噸不銹鋼2020年習(xí)近平總書記考察“太鋼”第四章工程材料基礎(chǔ)“百煉鋼做成了繞指柔”“手撕鋼”是一種寬幅軟態(tài)不銹鋼箔，屬于不銹鋼板帶領(lǐng)域中的高端產(chǎn)品。與常規(guī)不銹鋼薄板不同，不銹鋼精密帶鋼是指特殊極薄規(guī)格的冷軋不銹帶鋼，其厚度一般在0.05—0.5毫米之間，0.05毫米以下則稱為不銹鋼箔。習(xí)近平總書記考察“太鋼”稱贊道手撕鋼”已經(jīng)應(yīng)用到柔性顯示屏、柔性太陽能組件、傳感器、儲能電池等高科技領(lǐng)域。手撕鋼:厚度0.02mm（太鋼目前可做到0.015mm厚度）2021年2月22日第四章工程材料基礎(chǔ)耐熱鋼和耐磨鋼：采用線上學(xué)習(xí)和完成學(xué)習(xí)任務(wù)。（學(xué)習(xí)任務(wù)資料已經(jīng)在課程群里）第四章工程材料基礎(chǔ)低溫鋼：課堂同伴學(xué)習(xí)商量和討論和交流，完成學(xué)習(xí)任務(wù)1能口述低溫鋼工作的溫度范圍和主要的領(lǐng)域（至少說出3-4個具體領(lǐng)域）。2低溫鋼的主要性能指標(biāo)是

和

。3低溫鋼的成分：對低溫性能有害的元素主要是

和

，對低溫性能有益的元素是

和

。4比較體心立方和面心立方兩種晶體結(jié)構(gòu)的金屬的低溫韌性的優(yōu)劣。5寫出常用的低溫鋼種

，

，

。6寫出可以用于-269℃的低溫鋼：

。課堂同伴學(xué)習(xí)（討論，互助）

（

估計用時10分鐘，P139，P143）二耐熱鋼鍋爐管的高溫氧化腐蝕在高溫下具有熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的鋼種。第四章工程材料基礎(chǔ)2.成分特點(diǎn)：在不銹鋼的基礎(chǔ)上，加入提高強(qiáng)度、

形成致密氧化膜的元素

2.成分特點(diǎn)高的抗高溫氧化能力高的高溫強(qiáng)度（蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度）

1.性能要求Cr、Ni、W、Mo：固溶強(qiáng)化，形成單相組織，提高強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度V、Ti、Nb、Al：形成穩(wěn)定的碳化物和金屬間化合物，提高合金的高溫強(qiáng)度Cr、Si、Al:形成致密的氧化膜第四章工程材料基礎(chǔ)

3.常用耐熱鋼1)典型牌號

S回

2)熱處理特點(diǎn)：淬火(1000～1100℃)

＋高溫回火(650～800℃),42Cr9Si2(舊Cr9Si2）（氣閥鋼）15Cr12WMoV（舊Cr12WMoV）（葉片鋼）（1)馬氏體型耐熱鋼

淬透性好，空冷就可以得到馬氏體抗氧化性能好、蠕變抗力高，主要用于制造溫度低于750C的發(fā)動機(jī)的排氣閥。在500C以下具有良好的蠕變抗力和良好的消振性。最宜制造汽輪機(jī)葉片。第四章工程材料基礎(chǔ)3)性能特點(diǎn)：良好的高溫強(qiáng)度4)應(yīng)用：汽輪機(jī)葉片,發(fā)動機(jī)排氣閥等1)典型牌號:12Cr13Si3、12Cr13Si3、12Cr13SiAl（2)鐵素體型耐熱鋼2)熱處理特點(diǎn)：正火處理（700～800℃加熱空冷）,F第四章工程材料基礎(chǔ)3)性能特點(diǎn)：良好抗高溫氧化性，高溫強(qiáng)度低、焊接性能差、脆性大。4)應(yīng)用：高溫下受力不大的零件，如加熱爐構(gòu)件，爐底板、掛件等（3)奧氏體型耐熱鋼1)典型牌號:

07Cr19Ni11Ti,16Cr20Ni14Si2A2)熱處理特點(diǎn)：固溶處理（1000～1150℃加熱水冷或油冷）,微觀組織：單相奧氏體+析出第二相第四章工程材料基礎(chǔ)3)性能特點(diǎn)：良好抗高溫氧化性、熱強(qiáng)性，高的塑性和沖擊韌性，良好的焊接性能和冷成型性能。4)應(yīng)用：主要用于制造工作溫度在600-800C間的高壓鍋爐的過熱器、汽輪機(jī)葉片、葉輪發(fā)動機(jī)氣閥等重要零件。如果工作溫度超過800C，用什么合金呢？鎳基高溫合金第四章工程材料基礎(chǔ)

三、耐磨鋼

如坦克履帶板、挖掘機(jī)斗齒、鐵路道岔、沖擊鉆頭等工況抗沖擊、耐磨損

ZGMn13（高錳鋼）

1.服役條件

2.性能要求

3.典型牌號THEEND沖擊、壓力、摩擦和磨損第四章工程材料基礎(chǔ)

4.熱處理特點(diǎn)

高錳鋼1000℃加熱水淬組織圖

水韌處理(固溶處理)

1060～1100℃水冷,A

5.性能特點(diǎn)良好的抗沖擊磨損性，源于加工硬化和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體（高碳馬氏體）THEEND

如坦克履帶板、挖掘機(jī)斗齒、鐵路道岔、沖擊鉆頭等工況6應(yīng)用得到單一的奧氏體相第四章工程材料基礎(chǔ)

四、低溫鋼

低溫鋼

—用于工作溫度在0℃以下的零件和構(gòu)件的鋼種

2.影響金屬低溫韌性的主要因素面心立方，低溫韌性高體心立方，低溫韌性低1)晶體結(jié)構(gòu)有害元素：C、P、Si，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度2)化學(xué)成分低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高的低溫韌性

1.性能要求有益元素：Ni、Mn，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度冷凍，制氧，石油液化氣，液氮，液氫，液氧、高寒地帶等領(lǐng)域第四章工程材料基礎(chǔ)3)組織方面：細(xì)晶粒，低溫韌性好合金元素對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響Mn,Ni:有利于低溫韌性4)工藝狀態(tài):高溫回火態(tài)最好(S回),

冷軋態(tài)最差(加工硬化，殘余內(nèi)應(yīng)力)第四章工程材料基礎(chǔ)3常用低溫鋼奧氏體不銹鋼低碳鎳鋼低碳錳鋼

－269℃－196℃－70℃06Cr19Ni1012Cr18Ni94應(yīng)用低溫壓力容器用低合金鋼板，如制氧設(shè)備、液化石油氣設(shè)備、航天工業(yè)中高能推進(jìn)器的液氫、液氧的貯存容器等領(lǐng)域。WNi：9%09MnNiDR09Mn2VRE第四章工程材料基礎(chǔ)