1、2023-1-291Alloy Steel主讲人：李安铭主讲人：李安铭 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu2合金工具钢合金工具钢第 三 节Alloy Tool Steel2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu3数字数字+化学元素化学元素+数字数字1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数；含碳量1时，不写数字。2、后面的数字表示合金元素含量。合金元素含量小于1.5%时，不标含量；等于或大于1.5%、2.5%时，以2、3表示。4、特殊标注：特殊标注：高速钢，例如：高速钢，例如：W18Cr4V；
2、3、S、P量较低的高级优质钢，加A 工工 具具 钢钢 编编 号号 原原 则则材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu4一、合金刃具钢一、合金刃具钢alloy cutting tool steel材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu5 什么是合金刃具钢？什么是合金刃具钢？用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用于制造各类切削刀具的合金钢。用于制造各类切削刀具的合金钢。（alloy cutting tool steel）低合金低合金 刃具
3、钢刃具钢 高合金高合金 刃具钢刃具钢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu6刃具钢刃具钢 主要用途主要用途 车刀端面铣刀钻头丝锥板牙盘型铣刀齿轮滚刀材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu721弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 挤裂挤裂2金金 属属 的的 切切 削削 过过 程程 1.刃具的工作特点刃具的工作特点材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu8材料科学与工程学院材料科学与工程学院 202
4、3-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu9 工工 作作 特特 点点与工件发生剧烈的摩擦与工件发生剧烈的摩擦 要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性 承受一定的冲击和弯曲应力承受一定的冲击和弯曲应力 要求刃具钢有足够的塑性、韧性要求刃具钢有足够的塑性、韧性 刃部有很高工作温度刃部有很高工作温度 要求刃具钢有高的耐热性要求刃具钢有高的耐热性三三个个特特点点材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu10 2.2.性能要求性能要求（properties)（1）高硬度 (hardness)一般
5、刃具钢60HRC，部分刃具钢70HRC（2）高的耐磨性（wearability)决定了刀具的耐用度；耐用度：耐用度：刀具由开始切削到磨钝的时间。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-2911 63 60 HRC 降降30 大量大量VC VC 70 70 HRC 刃具的耐磨性刃具的耐磨性 材料的硬度材料的硬度 碳化物性质碳化物性质 成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三种碳化三种碳化物的硬度物的硬度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-2912 (3)高的热硬性 （hot hardness)热硬性热硬性：材料在高温下保持高硬度的性能，取决于钢的回火稳定
6、性回火稳定性和碳化物的性质碳化物的性质。意大利五轴数控铣床意大利五轴数控铣床 德国数控铣床德国数控铣床 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu13刃具材料的耐热性是影响机械切削速度刃具材料的耐热性是影响机械切削速度的关键因素；的关键因素；国际生产工程学会国际生产工程学会的一份的一份报告指出：报告指出：“正是由于刃具材料的进步，正是由于刃具材料的进步，允许切削速度每隔十年几乎提高一倍允许切削速度每隔十年几乎提高一倍”。对刃具材料的热硬性提出了更高的要求对刃具材料的热硬性提出了更高的要求 刃具温度升高刃具温度升高 切削速度提升切削
7、速度提升材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu14 （4）足够的塑性和韧性 （plasticity and toughness)材料塑韧性低材料塑韧性低 刃具崩刃、断裂刃具崩刃、断裂 高速钢刃具高速钢刃具5050，硬质合金刃，硬质合金刃 具具4545，其它材料刃具，其它材料刃具5 5。主要原因：高速钢的韧性好。主要原因：高速钢的韧性好。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu15 成分特点：成分特点：高碳高碳+提高淬透性元素提高淬透性元素+提高回火稳定性元素提高
8、回火稳定性元素 1)高碳，0.851.05%C之间；2)提高淬透性的元素：Cr Mn；3)提高回火稳定性的元素：V Si典型钢种及热处理：典型钢种及热处理：9SiCr CrWMn 淬火低温回火淬火低温回火 3 3、低合金刃具钢：、低合金刃具钢：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu16 4.4.高合金刃具钢高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel)“高速钢高速钢”(high speed tool steel)W：17.5-19.0 保证热硬性保证热硬性以以WW1818CrCr4 4V V为例为例
9、(1)(1)化化 学学成成分分及及元元素素作作用用 形成碳化物，约0.2；保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6。形成WC；提高回火稳定性。C：0.7-0.8 保证高硬度保证高硬度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu17 V：1.01.4 提高硬度和耐磨性提高硬度和耐磨性 Cr：3.84.4 提高淬透性提高淬透性 “风钢风钢”发展发展 减少减少W含量含量,增加增加MO,V 例例 W6Mo5Cr4V2 趋势：趋势：提高硬度，发展超硬高速钢提高硬度，发展超硬高速钢化化 学学成成分分及及元元素素作作用用 增加过冷A稳定性，增加残余
10、A的量形成VC 13.5V，60HRC70HRC材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-2918塑性差；锻造温度间隔小（2）锻造及热处理锻造及热处理（forging and heat treatment)几几 种种 钢钢 的的 锻锻 造造 温温 度度95095011501150W18Cr4V80080012001200454570070012501250A3A3终锻温度终锻温度/始锻温度始锻温度/钢号钢号 必须锻造必须锻造 非常困难非常困难锻锻造造退火组织 铸态组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-2919 热热 处处 理理 工工 艺艺 加加 热热 800-840
11、预热预热 1270-1280A化化 组织组织：A+C 冷冷 却却 组织组织:M+C+A残残 油冷油冷.580-620分级分级 回回 火火 减减A残残.析出析出C 550-570三次三次 高速钢高速钢的热处理的热处理（heat treatment)热处理工艺曲线热处理工艺曲线 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-292060-63HRC 60-63HRC 原因原因：大量：大量A A残63-66HRC 组织组织：M回回+C+A残W18Cr4V回火温度与硬度回回火火与与硬硬度度淬火后淬火后回火后回火后材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept
12、 of MSE,hpu21二、模具钢二、模具钢Die steel材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu22用途：用途：近室温下对金属进行变形的模具；近室温下对金属进行变形的模具；冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。汽车冲压模具汽车冲压模具 冷冷 作作 模模 钢钢(cold-working die steel)1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu23 1）高碳，1.0%C，有的甚至可达到2；2）提高淬透性元素 Cr W Mn;
13、3）碳化物元素，Mo、W、V等。淬火低温回火 尺寸较小、轻载的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V；尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。成分特点：成分特点：高碳提高淬透性元素碳化物元素 热处理及典型钢种：热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu24热作模钢热作模钢(hot-working die steel)用途：用途：对高温金属进行变形的模具；如热锻模、热挤压模等。1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept
14、of MSE,hpu25 1）中碳 0.3-0.5%C；2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si;3）提高回火稳定性元素 Mo、W 4)防止第二类回火脆性元素 W Mo 成分特点：成分特点：中碳提高淬透性元素提高回火稳定性元素 防止第二类回火脆性元素材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu26 5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各种模具，淬透性好 3Cr2W8V 重载大型模具 热处理及典型钢种：热处理及典型钢种：淬火高温回火汽车锻模汽车锻模材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,De
15、pt of MSE,hpu27用途：用途：制造卡尺，量规、塞规等；三、量三、量 具具 钢钢 1、用途及性能：、用途及性能：卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu28高碳:0.91.5%;合金元素:Cr、Mn、W。淬火 冷处理 低温回火 时效处理简单量具：T10A、T12A、65Mn等。形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种：2、成分特点：成分特点：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu
16、29特殊性能钢第 四 节Special Property Steel2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu30 一一.不锈钢不锈钢(stainless steel)在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内；*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内。2、耐蚀的概念：耐蚀的概念：1、定义：定义：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu311)1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 -Cr13-Cr13型钢型钢化学成分特点化学成分特点:WWc=0.1c=0.10.4%0
17、.4%WWCrCr=13%=13%热处理特点热处理特点:淬火回火淬火回火 组织：组织：回火索氏体回火索氏体 结构件结构件 回火马氏体回火马氏体 刀具刀具牌号牌号:1Cr:1Cr13134Cr4Cr1313 常用不锈钢：常用不锈钢：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu322)2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点化学成分特点:Wc=0.1%左右 WCr=17%热处理特点热处理特点:750-780 空冷 不能进行热处理强化。牌号牌号:1Cr:1Cr1717、1Cr1Cr2828等等。用途用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好
18、、强度低的容器、管道等。硝酸生产装置硝酸生产装置材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu333)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢化学成分特点化学成分特点:Wc=0.080.14%WCr=1719%WNi=811%Cu、Ti、Mo等牌号牌号:0Cr:0Cr1818NiNi9 9、1Cr1Cr1818NiNi9 9、0Cr0Cr1818NiNi9 9TiTi、1Cr18Ni9Ti热处理特点热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火，不能进行热处理强化用途用途:化工容器、管道等。管板换热器管板换热器大型化工储罐大型化工储罐材料科学
19、与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu34二二.耐热钢耐热钢在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢抗氧化性抗氧化性(热稳定性热稳定性)高温强度高温强度(热强性热强性)蠕变极限蠕变极限持久强度持久强度 1、定义：定义：2、性能：性能：汽车气门汽车气门材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu35 抗氧化钢抗氧化钢 (不起皮钢不起皮钢 ):奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti热强钢热强钢珠光体型珠光体型 15CrMo15CrMo马氏体型马氏体型
20、1Cr1Cr1313奥氏体型奥氏体型18-818-8型型 3、钢种及用途：钢种及用途：汽轮机叶片汽轮机叶片材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu36三三.耐磨钢耐磨钢(wear-resistant steel)在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。球磨机球磨机挖掘机挖掘机颚式破碎机颚式破碎机 1、定义、定义：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu37牌号牌号ZG Mn13 -1一号铸造高锰钢一号铸造高锰钢锰含量锰含量WWMnMn 13%13%铸钢铸钢2
21、 2、性能：性能：高硬度、耐磨性、韧性。3 3、成分：成分：高碳 Wc=1.01.3%高锰 WMn=1114%4 4、热处理：、热处理：水韧处理5 5、室温组织：、室温组织：过饱和单相奥氏体。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu38 既要求耐磨又要求耐冲击的零件。既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。5、用途：用途：铁路道岔铁路道岔履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖掘机铲齿挖掘机铲齿材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2023-1-29Anming Li,Dept of MSE,hpu39See you next time!See you next time!读书消读书消得人憔悴得人憔悴衣带渐宽衣带渐宽 终不悔终不悔 再再 见见
