1、金属材料学实验全册配套金属材料学实验全册配套 最完整精品课件最完整精品课件 工程结构用钢的显微组织观察工程结构用钢的显微组织观察 实验目的：实验目的： 1.了解工程结构用钢的分类及应用 2.掌握工程结构用钢的热处理工艺及显微组织 定义：定义： 用于制造各种大型金属结构（如桥梁、船舶、屋架、锅炉及用于制造各种大型金属结构（如桥梁、船舶、屋架、锅炉及 压力容器等）的钢材，又称为压力容器等）的钢材，又称为构件构件用钢。用钢。 性能要求：性能要求： 1 1）综合力学性能：足够高的强度、良好的塑性；）综合力学性能：足够高的强度、良好的塑性； 2 2）良好的工艺性能：即冷变形及焊接性能好；）良好的工艺性能
2、：即冷变形及焊接性能好； 3 3）良好的耐腐蚀性。）良好的耐腐蚀性。 组织：组织： 热轧态或正火态使用的低碳钢，组织为热轧态或正火态使用的低碳钢，组织为F+PF+P；B B或或M M 分类：分类： 工程结构钢包括工程结构钢包括碳素结构用钢碳素结构用钢与与低合金结构用钢，碳素结构低合金结构用钢，碳素结构 用钢：用钢：含碳量约含碳量约0.050.050.700.70，个别可高达，个别可高达0.900.90，可分，可分 为为普通碳素结构钢普通碳素结构钢和和优质碳素结构钢优质碳素结构钢两类。两类。 1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 又称普通碳素钢。含碳量又称普通碳素钢。含碳量0.060.060.2
3、2%0.22%，以小于，以小于0.25%0.25%最为最为 常用。属于低碳钢，每个金属牌号表示该钢种在厚度小于常用。属于低碳钢，每个金属牌号表示该钢种在厚度小于 16mm16mm时的最低屈服点。时的最低屈服点。 1 1）性能特点：）性能特点：冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大 2 2）表示方法：）表示方法： Q XXX A F 屈服强度字母屈服强度字母 屈服强度值（屈服强度值（MPaMPa） 质量等级：质量等级：A A、B B、C C、D D 硫磷含量减少（质量提高）硫磷含量减少（质量提高） 脱氧脱氧 方法方法 沸腾钢沸腾钢F F 半镇静钢半镇静钢b b
4、镇静钢镇静钢Z Z 特殊镇静钢特殊镇静钢TZTZ 3）普通碳素结构钢牌号）普通碳素结构钢牌号（GB/T700-2006） 牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧方法脱氧方法 CMnSiSP Q1950.060.120.250.500.300.0500.045F、b、Z Q215A0.090.150.250.550.300.0500.045F、b、Z B0.045F、b、Z Q235A0.140.220.300.650.300.0500.045F、b、Z B0.120.200.300.700.045 C0.180.350.180.0400.040Z D0.170.0350.035TZ Q255A0
5、.180.280.400.700.300.0500.045F、b、Z B0.045 Q2750.280.380.500.800.350.0500.045b、Z Q235Q235建筑工程中常用的碳素结构钢冶炼方便，成本较低，建筑工程中常用的碳素结构钢冶炼方便，成本较低， 广泛应用。既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可广泛应用。既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可 焊性也好，故能满足一般钢结构和钢混结构的用钢要求，对加焊性也好，故能满足一般钢结构和钢混结构的用钢要求，对加 热、急冷时的敏感性较小。角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型热、急冷时的敏感性较小。角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型
6、钢，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车钢，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车 辆辆 Q195Q195、Q215Q215虽塑性很好，但强度太低，常用作生产一般使虽塑性很好，但强度太低，常用作生产一般使 用的钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。用的钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。 Q255Q255、Q275Q275强度高但塑性较差，常用于生产机械零件和工强度高但塑性较差，常用于生产机械零件和工 具等。具等。 选用原则选用原则根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作 温度等不同情况选择钢号和材质。温度等不同情况选择钢号和材质。 2.2.优质
7、碳素结构钢优质碳素结构钢 同时保证钢的化学成分和机械性能。同时保证钢的化学成分和机械性能。 其牌号用两位数字表示，其牌号用两位数字表示，表示钢中平均含碳量的万分之几表示钢中平均含碳量的万分之几。 4545钢：表示钢中含碳量为钢：表示钢中含碳量为0.45%0.45%； 0808钢：表示钢中含碳量为钢：表示钢中含碳量为0.08%0.08%。 1)1)小于小于0.25%C0.25%C为为低碳结构钢低碳结构钢，20G20G则是制造普通锅炉的主要材则是制造普通锅炉的主要材 料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业 2)0.252)0.250.6
8、0%C0.60%C为为中碳结构钢。中碳结构钢。 45 45钢钢最为典型最为典型 3)3)大于大于0.6%C0.6%C为为高碳结构钢高碳结构钢，多用于制造弹簧，多用于制造弹簧齿轮齿轮轧辊等。轧辊等。 优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，一般都要经过热处优质碳素结构钢主要用于制造机械零件，一般都要经过热处 理以提高机械性能。理以提高机械性能。 优质碳素结构钢中优质碳素结构钢中0808、1010、1515、2020、2525等牌号属于低碳钢等牌号属于低碳钢 ，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。其中，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。其中 2020钢钢用途最广，常用来制造螺钉、螺母
9、、垫圈、小轴以及用途最广，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴以及 冲压件、焊接件，有时也用于制造渗碳件。冲压件、焊接件，有时也用于制造渗碳件。 3030、3535、4040、4545、5050、5555等牌号属于中碳钢，因钢中珠光等牌号属于中碳钢，因钢中珠光 体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显 著增加。其中，以著增加。其中，以4545钢钢最为典型，它不仅强度、硬度较高最为典型，它不仅强度、硬度较高 ，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。4545钢钢在机在机 械结构中用途最广，常用来制造
10、轴、丝杠、齿轮、连杆、械结构中用途最广，常用来制造轴、丝杠、齿轮、连杆、 套筒、键、重要螺钉和螺母等。套筒、键、重要螺钉和螺母等。 6060、6565、7070、7575等牌号属于高碳钢。它们经过淬火、回火等牌号属于高碳钢。它们经过淬火、回火 后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧 、发条、钢丝绳、轧辊、发条、钢丝绳、轧辊 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 Q235 Q235 退火态退火态 F+PF+P C：0.120.22%；Si 0.30%；Mn：0.300.70%； S 0.05%; P 0.045%; 优质碳素结构钢优质碳素结构
11、钢 1010钢钢 退火态退火态 F+P 137HBF+P 137HB C：0.050.15%；Si：0.170.37%；Mn：0.350.65%；S 0.045%; P 0.045%; Cr0.155%； Ni0.30% 优质优质碳素结构钢碳素结构钢 2020钢钢 退火态退火态 F+P 156HBF+P 156HB C C：0.150.25%0.150.25%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.350.65%0.350.65%；S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%; Cr0.045%; Cr0.15%0.15%；NiNi0.30%0.30%
12、优质碳素结构钢优质碳素结构钢 2020钢钢 淬火淬火 M M C C：0.150.25%0.150.25%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.350.65%0.350.65%；S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%; Cr0.045%; Cr0.15%0.15%；NiNi0.30%0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 35G 35G 退火态退火态 F+P 183HBF+P 183HB C C：0.300.40%0.300.40%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.500.80%0.500.80%； S S 0.0
13、45%; P 0.045%; P 0.045%;0.045%; CrCr0.30%0.30%；NiNi0.30%0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 45G 退火态退火态 F+P 192HBF+P 192HB C C：0.400.50%0.400.50%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.500.80%0.500.80%； S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%;0.045%; CrCr0.25%0.25%；NiNi0.30%0.30% 碳素结构钢碳素结构钢 45G 85045G 850 淬火淬火 M M C：0.420.50%；S
14、i：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25%； Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 75045G 750 淬火淬火 M+FM+F C：0.420.50%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25%； Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 45G 89045G 890 淬火淬火 （过热组织）（过热组织） M M粗针粗针+ M+ M粗板条粗板条 C：0.420.50%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P
15、0.045%; Cr0.25% ；Ni0.30% 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 65G 65G 退火态退火态 F+P 229HBF+P 229HB C：0.620.70%；Si：0.170.37%；Mn：0.500.80%； S 0.045%; P 0.045%; Cr0.25%；Ni0.25% 3.3.低合金结构钢低合金结构钢 低合金结构用钢：低合金结构用钢：是指在碳含量低于是指在碳含量低于0.25%0.25%的普通碳的普通碳 素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素 （低于（低于3%3%），使钢的强度明显高于碳素结构钢的一类），使钢的强度明显
16、高于碳素结构钢的一类 工程结构用钢。工程结构用钢。 用途：用途：主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，主要用来制造各种要求强度较高的工程结构， 例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢 结构等，来替代碳素结构钢。结构等，来替代碳素结构钢。 根据国家标准根据国家标准GB/T1591-2008GB/T1591-2008，按，按 分分,8,8级（级（Q345Q345、Q390Q390、 Q420Q420、Q460Q460、Q500Q500、Q550Q550、Q620Q620、Q690Q690）: : 低强度级别低强度级别: :16Mn 16Mn
17、（Q345Q345） 一般工程结构一般工程结构, ,广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压 力容器等。力容器等。 中等强度级别中等强度级别: :15MnV15MnV（Q390Q390） 大型桥梁、锅炉、船舶、焊接结构大型桥梁、锅炉、船舶、焊接结构. . 高强度级别（高强度级别（500 MN/m500 MN/m2 2 ）: :18MnMoNb18MnMoNb（Q550Q550） 高压锅炉、高压容器高压锅炉、高压容器 热处理组织：热轧空冷热处理组织：热轧空冷 SF Q345Q345 （16Mn16Mn） 正火正火 F+PF+P C:0.13C:0.130.19;S
18、i:0.200.19;Si:0.200.60;Mn:1.200.60;Mn:1.201.60; P0.030;S0.020;Ni0.30 1.60; P0.030;S0.020;Ni0.30 ;Cu0.25 ;Cu0.25 低合金结构钢低合金结构钢 低合金结构钢低合金结构钢 Q345 Q345 （16Mn16Mn） 热轧热轧+ +退火退火 F+PF+P C:0.13C:0.130.19;Si:0.200.19;Si:0.200.60;Mn:1.200.60;Mn:1.201.601.60；P0.030;S0.020;Ni0.30; P0.030;S0.020;Ni0.30; Cu0.25Cu0
19、.25 实验内容 画出所观察的5种金相试样的显微组织，并 标出各种组织组成物的名称, 机械零件用钢的显微组织观察 实验目的 1.1.了解机械零件用钢的分类及应用了解机械零件用钢的分类及应用 2.2.熟悉常用机械零件用钢的热处理工艺及显微组织熟悉常用机械零件用钢的热处理工艺及显微组织 3.3.了解机械零件用钢的组织缺陷了解机械零件用钢的组织缺陷 定义定义：机械制造结构用钢，是用于制造各种机械零件的钢机械制造结构用钢，是用于制造各种机械零件的钢 种。种。 机器零件用合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上发展机器零件用合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上发展 起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹
20、簧、轴承及高起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹簧、轴承及高 强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、 电站设备、飞机及火箭等装置上。电站设备、飞机及火箭等装置上。 主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳 、摩擦等力的作用，或者是它们中的多种载荷的交互作用。服、摩擦等力的作用，或者是它们中的多种载荷的交互作用。服 役环境是大气、水和润滑油，温度在役环境是大气、水和润滑油，温度在-50-50+100+100范围之间。范围之间。 机器零件要求结构紧凑、运转快速准确
21、以及零件间有合适的公机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公 差配合等。由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件差配合等。由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件 用钢有所不同。用钢有所不同。 机器零件用钢通常机器零件用钢通常以力学性能为主以力学性能为主，工艺性能为辅工艺性能为辅。 机器零件用钢对力学性能要求通常是多方面的，即不但要机器零件用钢对力学性能要求通常是多方面的，即不但要 求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性 好，而且还要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。因此对机好，而且还要求有良好的疲劳性能与耐磨性等
22、。因此对机 器零件用钢必须进行器零件用钢必须进行热处理强化热处理强化以充分发挥钢材的性能潜以充分发挥钢材的性能潜 力，所以机器零件用钢的使用状态通常为力，所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态，淬火加回火态， 即强化态。即强化态。 机器零件用钢钢种：机器零件用钢钢种： 渗碳用钢渗碳用钢、调质钢调质钢、弹簧钢弹簧钢、轴承钢轴承钢、氮化用钢、低、氮化用钢、低 碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、易切削钢碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、易切削钢 等。等。 渗碳钢渗碳钢 化学成分特点化学成分特点: :低碳低碳 （含碳量一般为（含碳量一般为0.12%0.12%0.25%0.25
23、% ），加入），加入 合金元素合金元素CrCr、MnMn、NiNi、SiSi、B B等以提高淬透性，加入少量强等以提高淬透性，加入少量强 碳化物形成元素碳化物形成元素V V、TiTi、MoMo、W W等阻止奥氏体的晶粒长大等阻止奥氏体的晶粒长大 受力特点受力特点：要求表面具有高硬度，而心部则要求具有足够的：要求表面具有高硬度，而心部则要求具有足够的 强度和韧性，强度和韧性，“表硬里韧表硬里韧”。 热处理特点热处理特点:930:930左右渗碳左右渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火。低温回火。 组织：组织：表面显微组织为回火马氏体表面显微组织为回火马氏体+ +均匀细小分布的粒状碳均匀细小分布的粒状碳
24、 化物，而心部则保持足够的韧性。心部组织因钢种而异。化物，而心部则保持足够的韧性。心部组织因钢种而异。 典型钢种牌号：典型钢种牌号：15#15#、20#20#、18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W、20CrMnTi20CrMnTi 用途：用途：齿轮、凸轮、活塞、销齿轮、凸轮、活塞、销 渗碳钢 20G 20G 渗碳后缓冷渗碳后缓冷 C:0.170.24;Si:0.170.37;Mn:0.350.65;S0.03;P0.03 渗碳钢 20G 20G 渗碳组织渗碳组织 渗碳钢 20G 20G 渗碳组织渗碳组织 渗碳钢 20G 20G 渗碳渗层过共析组织渗碳渗层过共析组织 渗碳钢 20G 20G 渗碳
25、渗层共析组织渗碳渗层共析组织 渗碳钢 20G 20G 渗碳心部组织渗碳心部组织 1515钢钢 930930天然气渗碳天然气渗碳6 6小时，随后水淬小时，随后水淬 C C：0.100.20%0.100.20%；SiSi：0.170.37%0.170.37%；MnMn：0.350.60%0.350.60%；S S 0.045%; P 0.045%; P 0.045%; 0.045%; CrCr0.35%0.35%；NiNi0.30%0.30% 1515钢钢 渗碳水淬渗碳水淬 表层为针状马氏体表层为针状马氏体+ +碳化物碳化物+ +残残 余奥氏体（少量）余奥氏体（少量） 1515钢钢 渗碳水淬渗碳水
26、淬 过渡层为板条马氏体过渡层为板条马氏体 1515钢钢 渗碳水淬渗碳水淬 心部组织为铁素体心部组织为铁素体+ +低碳马氏体低碳马氏体 18Cr2Ni4W 18Cr2Ni4W 渗碳组织渗碳组织 C :0.13C :0.130.19;Si:0.170.19;Si:0.170.37;Mn:0.300.37;Mn:0.300.60;S 0.025;P 0.60;S 0.025;P 0.025;Cr:1.350.025;Cr:1.351.65;Ni:4.001.65;Ni:4.004.50; W:0.804.50; W:0.801.201.20 18Cr2Ni4W 18Cr2Ni4W 渗碳组织渗碳组织
27、表层为细针马氏体表层为细针马氏体+ +碳化物碳化物 18Cr2Ni4W 18Cr2Ni4W 渗碳组织渗碳组织 C :0.130.19;Si:0.170.37;Mn:0.300.60;S 0.025;P C :0.130.19;Si:0.170.37;Mn:0.300.60;S 0.025;P 0.025;Cr:1.351.65;Ni:4.004.50; W:0.801.200.025;Cr:1.351.65;Ni:4.004.50; W:0.801.20 调质钢：调质钢： 化学成分特点化学成分特点: :中碳中碳 （含碳量一般为（含碳量一般为0.30.30.5%0.5%），）， 加入CrCr、
28、MnMn、SiSi、NiNi、B B等以提高淬透性，加入等以提高淬透性，加入MoMo、W W来防止回火脆性。来防止回火脆性。 受力特点受力特点：要求较高的强、韧、塑性配合以外，要求某些部要求较高的强、韧、塑性配合以外，要求某些部 位（如轴类零件的轴颈或花键部分）有良好的耐磨性位（如轴类零件的轴颈或花键部分）有良好的耐磨性 热处理特点热处理特点: :淬火淬火+ +高温回火高温回火。 组织：组织：获得回火索氏体组织，具有良好的综合力学性能即具获得回火索氏体组织，具有良好的综合力学性能即具 有较高的强度和塑性。有较高的强度和塑性。 典型钢种牌号：典型钢种牌号：45#45#、40Cr40Cr、40Cr
29、MnMo40CrMnMo、38CrMoAl38CrMoAl 用途：用途：一般用作各种负荷较大的齿轮和轴类零件，重要的螺一般用作各种负荷较大的齿轮和轴类零件，重要的螺 栓等。栓等。 40CrNiMo 85040CrNiMo 850 油淬油淬 600600 回火回火 回火索氏体回火索氏体 C: 0.370.44;Si :0.200.40;Mn: 0.500.80;Cr :0.600.90;Mo: 0.150.25;Ni: 1.251.75 40Cr 40Cr 淬火组织淬火组织 马氏体马氏体 C:0.370.44;Si:0.170.37;Mn:0.500.80;Cr:0.801.10; Ni:0.0
30、30 ;P:0.035; S:0.035; Cu:0.030 弹簧钢弹簧钢 化学成分特点化学成分特点: :碳含量较高碳含量较高 （碳素弹簧钢（碳素弹簧钢0.60.60.9%0.9%；合金弹；合金弹 簧钢簧钢0.450.450.74%0.74%），），SiSi和和MnMn是弹簧钢中经常采用的合金元素。是弹簧钢中经常采用的合金元素。 受力特点受力特点：应力状态比较复杂，特别是弯曲和扭转应力的作：应力状态比较复杂，特别是弯曲和扭转应力的作 用用。 热处理特点热处理特点: :淬火淬火+ +中温回火。中温回火。 组织：组织：获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服
31、强度和弹性极 限，并有一定的塑性和韧性。限，并有一定的塑性和韧性。 典型钢种牌号：典型钢种牌号： 65 65钢、钢、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrV50CrV T7 T7 淬火淬火+350+350回火回火 回火屈氏体回火屈氏体 C:0.60-0.74%;MnC:0.60-0.74%;Mn0.40%;Si0.40%;Si0.35%;S:0.35%;S:0.40%;P:0.40%;P:0.40%;Cr0.40%;Cr0.20%;Ni0.20%;Ni0.25%0.25% 弹簧钢 60Si2Mn 60Si2Mn 10501050 淬火淬火 450450 等温淬火等温淬火 B上
32、+M C :0.560.64;Si:1.401.80C :0.560.64;Si:1.401.80；Mn: 0.600.90Mn: 0.600.90；Cr: 0.35Cr: 0.35 弹簧钢 n65Mn 930A化 350 等温淬 B下+M C:0.620.70;Si:0.170.37;Mn:0.901.20;S0.035;P0.035;Cr0.25;Ni0.30 ;Cu0.25 65Mn 1050 A65Mn 1050 A化化 450 450 等温淬等温淬 B B上上+M+M 轴承钢轴承钢: : 化学成分特点化学成分特点: :高碳高碳 （含碳量一般为（含碳量一般为0.950.951.10%1
33、.10%）; ;加入主加入主 加合金元素铬加合金元素铬 受力特点受力特点：承受着高而集中的周期性交变载荷：承受着高而集中的周期性交变载荷 热处理特点热处理特点: :球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 组织：组织：轴承钢经淬火及回火后的组织为极细的回火马氏体、轴承钢经淬火及回火后的组织为极细的回火马氏体、 均匀分布的细粒状碳化物以及少量的残余奥氏体，硬度为均匀分布的细粒状碳化物以及少量的残余奥氏体，硬度为 626266HRC66HRC。 典型钢种牌号：典型钢种牌号：GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn、 GCr18MoGCr18Mo 滚动轴承钢 GCr15
34、 GCr15 球化退火球化退火 球状珠光体球状珠光体 C C：0.95-1.050.95-1.05 ;Mn;Mn：0.25-0.450.25-0.45 ;Si;Si：0.15-0.35;S0.15-0.35;S：0.0250.025 ;P: ;P: 0.0250.025 ;Cr:1.40-1.65;Cr:1.40-1.65 GCr15 GCr15 球化退火球化退火 球状珠光体球状珠光体+ +片状珠光体（球化片状珠光体（球化 退火温度过高）退火温度过高） GCr15 GCr15 淬火淬火+ +低温回火低温回火 回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物 GCr15 GCr15 淬火淬火+ +低温回火
35、低温回火 回火马氏体回火马氏体+ +网状碳化物网状碳化物 轴承钢检测标准 GB/T18254-2002高碳铬轴承钢 JB/T1255-2001高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处 理技术条件 成分、硬度、夹杂物、组织、碳化物（带状、 网状） 碳化物带状碳化物带状与与液析液析 带状带状评价的是聚集程度，聚集的密度，评价的是聚集程度，聚集的密度，液析液析评价的是碳评价的是碳 化物粗大的程度，是单个的碳化物有多大。化物粗大的程度，是单个的碳化物有多大。 实验内容 画出所观察的5种金相试样的显微组织，并标出 各种组织组成物的名称 工具钢和模具钢的显微组织观察工具钢和模具钢的显微组织观察 实验目的实验目的 1.
36、1.了解各种常用工具钢的显微组织特点了解各种常用工具钢的显微组织特点; ; 2.2.掌握高速钢铸态、锻造退火、淬火及回火组织变掌握高速钢铸态、锻造退火、淬火及回火组织变 化化; ; 3.3.熟悉常用冷热模具钢的显微组织及热处理工艺熟悉常用冷热模具钢的显微组织及热处理工艺; ; 4.4.了解工、模具钢常见的热处理组织缺陷。了解工、模具钢常见的热处理组织缺陷。 1.1.工具钢工具钢 工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具 的钢。的钢。 工具钢具有较高的工具钢具有较高的硬度硬度和在高温下能保持高硬度和和在高温下能保持高硬度和红红 硬性硬性，以及高
37、的耐磨性和适当的，以及高的耐磨性和适当的韧性韧性。 工具钢一般分为工具钢一般分为碳素工具钢碳素工具钢、合金工具钢合金工具钢。 碳素工具钢：碳素工具钢： 按其含碳量的不同，分为共析钢、亚共析钢、过共析钢。按其含碳量的不同，分为共析钢、亚共析钢、过共析钢。 （1 1）亚共析碳素工具钢：含碳量）亚共析碳素工具钢：含碳量0.650.650.74%0.74%，如，如T7T7钢，适用于制造切钢，适用于制造切 削软材料的工具和受冲击作用的工具。削软材料的工具和受冲击作用的工具。 （2 2）共析碳素工具钢：含碳量）共析碳素工具钢：含碳量0.750.750.84%0.84%，如，如T8T8、T8MnT8Mn等，
38、宜制静力等，宜制静力 或冲击作用不大形状简单的工具。如剪刀、冲头、木工工具和简单的或冲击作用不大形状简单的工具。如剪刀、冲头、木工工具和简单的 模具等。模具等。 （3 3）过共析碳素工具钢：含碳量为）过共析碳素工具钢：含碳量为0.850.851.3%1.3%，如，如T9T9T12T12等，适用于制等，适用于制 造要求硬度高、耐磨性好的切削工具。如手用丝锥、板牙、锉刀、刮造要求硬度高、耐磨性好的切削工具。如手用丝锥、板牙、锉刀、刮 刀及车刀等。刀及车刀等。 热处理工艺：热处理工艺：锻造来改善碳化物的分布，球化退火消除锻造应力，同锻造来改善碳化物的分布，球化退火消除锻造应力，同 时为淬火做好组织上
39、的准备，最终热处理为淬火时为淬火做好组织上的准备，最终热处理为淬火+ +低温回火。低温回火。 显微组织：显微组织：细针状回火马氏体、分布均匀的细小碳化物及少量的残余细针状回火马氏体、分布均匀的细小碳化物及少量的残余 奥氏体奥氏体。 合金工具钢合金工具钢 加入合金元素加入合金元素CrCr、MnMn、SiSi、W W、V V等，其主要作用提高钢的淬透性，改等，其主要作用提高钢的淬透性，改 善钢中碳化物的分布，从而改善力学性能，提高回火稳定性，细化晶善钢中碳化物的分布，从而改善力学性能，提高回火稳定性，细化晶 粒等粒等 （1 1）低合金工具钢：）低合金工具钢：含碳量大于含碳量大于0.65%0.65%
40、，合金元素总含量不大于，合金元素总含量不大于2.5%2.5%， 如如9CrSi9CrSi、9Mn29Mn2、CrWMnCrWMn等。这些钢淬透性好，如热处理后具有较高的等。这些钢淬透性好，如热处理后具有较高的 韧性，淬火变形小，回火稳定性不太高，适用于制造受冲击较大，形韧性，淬火变形小，回火稳定性不太高，适用于制造受冲击较大，形 状复杂要求精度较高的刀具。状复杂要求精度较高的刀具。 （2 2）高合金工具钢：）高合金工具钢：含碳量大于含碳量大于1.5%1.5%，合金元素总量大于，合金元素总量大于10%10%，如，如 Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV等。这种钢具有高的淬透性，淬火变形
41、小，高的硬度等。这种钢具有高的淬透性，淬火变形小，高的硬度 及耐磨性。适用于制造要求精度高和耐磨性好的冷作模具。高速钢：及耐磨性。适用于制造要求精度高和耐磨性好的冷作模具。高速钢： 是一种常用的合金工具钢，是一种常用的合金工具钢，W18Cr4VW18Cr4V，主要用来制造中、高速切削刀，主要用来制造中、高速切削刀 具，如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等具，如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等 （3 3）中碳中合金钢：）中碳中合金钢：含碳量为含碳量为0.30.30.65%0.65%，合金元素总量为，合金元素总量为2.52.5 10% 10% ，如，如3Cr2W83Cr2W8、5CrW2Si5CrW
42、2Si、5CrMnMo5CrMnMo等。这种钢的淬透性及回火稳定等。这种钢的淬透性及回火稳定 性都很高，具有较好的韧性。性都很高，具有较好的韧性。 碳素工具钢碳素工具钢 T7 T7 正火正火 C: 0.65C: 0.650.75;Mn0.40;Si0.35;S0.030;P0.75;Mn0.40;Si0.35;S0.030;P0.035 碳素工具钢碳素工具钢 T8 T8 正火正火 C: 0.750.84;Mn: 0.40;Si: 0.35;S: 0.030;P: 0.035 碳素工具钢碳素工具钢 T10 T10 球化退火球化退火 P P球球 C: 0.95C: 0.951.04;Mn: 0.4
43、0;Si: 0.35;S: 0.030;P: 0.0351.04;Mn: 0.40;Si: 0.35;S: 0.030;P: 0.035 低合金工具钢低合金工具钢 9SiCr 8709SiCr 870水淬水淬 M+A+KM+A+K C: 0.85C: 0.850.95;Mn: 0.300.95;Mn: 0.300.60; Si: 1.200.60; Si: 1.201.60;S: 0.030;P: 1.60;S: 0.030;P: 0.030;Cr:0.951.250.030;Cr:0.951.25 低合金工具钢低合金工具钢 CrWMn 840CrWMn 840淬淬 170200 170200
44、 回火回火 M M回回+K+K+K+K网网 C:0.901.05;Si:C:0.901.05;Si:0.40;Mn:0.801.10;Cr:0.901.20;W:1.201.60;S:0.40;Mn:0.801.10;Cr:0.901.20;W:1.201.60;S:0.03;P:0.03;P:0.0. 0303 低合金工具钢低合金工具钢 GCr15 840淬淬+低温回火低温回火 M回回+K 高速钢 W18Cr4V W18Cr4V 铸态铸态 Ld+Ld+共析体（T T）+M+A+M+A C:0.70.8;W:17.519;Cr:3.804.4;V:1.01.4; Si0.4; Mn0.4;Mo
45、0.3C:0.70.8;W:17.519;Cr:3.804.4;V:1.01.4; Si0.4; Mn0.4;Mo0.3 高速钢高速钢 W18Cr4V W18Cr4V 锻造退火锻造退火 S+KS+K C:0.70.8;W:17.519;Cr:3.804.4;V:1.01.4; Si0.4; Mn0.4;Mo0.3 高速钢高速钢 W18Cr4V W18Cr4V 淬火淬火( (一般为一般为12701270 1280 )1280 ) M+K+AM+K+A 高速钢高速钢 W18Cr4V W18Cr4V 淬火淬火( (一般为一般为12701270 1280 )1280 ) M+K+AM+K+A 高速钢高
46、速钢 W18Cr4V W18Cr4V 淬火淬火+ + 560560回火回火( (需经需经2 2 3 3次回火次回火) ) M M回回+K+A+K+A少少 2.2.模具钢模具钢 模具钢是用来制造模具钢是用来制造冷冲模冷冲模、热锻模热锻模、压铸模压铸模等模具等模具 的钢种。的钢种。 一般分为：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、一般分为：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、 塑胶模具钢等四大类塑胶模具钢等四大类 冷作模具钢冷作模具钢 成分特点：成分特点：高碳高碳 受力特点：受力特点：一般工作温度不高，主要承受高的压力和冲击力，一般工作温度不高，主要承受高的压力和冲击力， 金属之间有较强的摩擦力，要
47、求具有高的硬度、耐磨性和一金属之间有较强的摩擦力，要求具有高的硬度、耐磨性和一 定的韧性。定的韧性。 冷作模具钢的选材可以分为以下四种情况冷作模具钢的选材可以分为以下四种情况 ： 1.1.工作时受力不大，形状简单，尺寸较小的冷变形模具，可用碳工作时受力不大，形状简单，尺寸较小的冷变形模具，可用碳 素工具钢制造如素工具钢制造如T8AT8A、 T10A T10A、T12AT12A等等。 2.2.工作受力不大，但形伏复杂，或尺寸较大的冷变形模具，可用工作受力不大，但形伏复杂，或尺寸较大的冷变形模具，可用 高碳低合金模具钢制造高碳低合金模具钢制造。如如9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrW
48、MnCrWMn及及GCr15GCr15等等。 3.3.对于重负荷，高耐磨性，变形小的冷变形模具，如滚丝模、硅对于重负荷，高耐磨性，变形小的冷变形模具，如滚丝模、硅 钢片冲摸等则采用钢片冲摸等则采用Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV等高合金铬钢制造。等高合金铬钢制造。淬火温度淬火温度 一般是一般是950950油淬，油淬，180180回火。回火。 4. 4.在冲击条件下工作，韧口单薄的冷变形模具，如切边模、风动在冲击条件下工作，韧口单薄的冷变形模具，如切边模、风动 凿子等。常采用中碳硅铬钢或铬钨硅钢制造。如凿子等。常采用中碳硅铬钢或铬钨硅钢制造。如4CrW2Si4CrW2Si及及 6C
49、rW2Si6CrW2Si钢等。钢等。 热作模具钢热作模具钢 成分特点：成分特点：一般为中碳钢，含碳量在一般为中碳钢，含碳量在0.30.69%0.30.69%之间，如果含碳量之间，如果含碳量 过高，会使钢的韧性下降，导热性也较差。为了提高钢的强度和过高，会使钢的韧性下降，导热性也较差。为了提高钢的强度和 韧性，热变形模具钢中常含有铬、镍、硅、锰外，且加入钼、钨、韧性，热变形模具钢中常含有铬、镍、硅、锰外，且加入钼、钨、 钒等元素，以提高钢的回火稳定性，并抑制钢的可逆回火脆性。钒等元素，以提高钢的回火稳定性，并抑制钢的可逆回火脆性。 受力特点：受力特点：工作温度较高，主要承受高的冲击负荷，同时经受
50、压工作温度较高，主要承受高的冲击负荷，同时经受压 应力、拉应力和附加弯曲应力，同时还有一定的摩擦力，因此必应力、拉应力和附加弯曲应力，同时还有一定的摩擦力，因此必 须具有高韧性、高强度和一定的硬度，还应有较好的导热性。须具有高韧性、高强度和一定的硬度，还应有较好的导热性。 组织：组织：为了保证良好的综合机械性能，热处理后的组织应为回火为了保证良好的综合机械性能，热处理后的组织应为回火 索氏体。索氏体。 热作模具钢常用牌号：热作模具钢常用牌号：一般常用锤锻模以一般常用锤锻模以5CrNiMo5CrNiMo及及5CrMnMo5CrMnMo钢为钢为 主，热顶锻模和热挤压模以主，热顶锻模和热挤压模以4C
