1、第五章第五章 常用工程金属材料常用工程金属材料 第五章 常用工程金属材料 第二节第二节 合金钢合金钢 2 2 第一节第一节 碳钢碳钢 3 3 1 1 第三节第三节 铸铁铸铁 3 3 3 3 第四节第四节 铝及铝合金铝及铝合金 3 3 4 4 第五节第五节 铜及铜合金铜及铜合金 3 3 5 5 第六节第六节 滑动轴承合金滑动轴承合金 3 3 6 6 以铁为主要元素，碳的质量分数一般在以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%2%以以 下，并含有其他元素的材料称为下，并含有其他元素的材料称为钢钢. . 碳钢碳钢：指碳含量：指碳含量wc10% 2 2、按钢的金相组织、按钢的金相组织 铁素体钢铁素体钢 C
2、r17Cr17、Cr25Cr25、Cr28Cr28。 奥氏体钢奥氏体钢 1 1Cr18Ni9Cr18Ni9、0Cr19Ni90Cr19Ni9、Mn13Mn13。 马氏体钢马氏体钢 3 3Cr13Cr13、4Cr134Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV、1Cr12WmoV1Cr12WmoV。 珠光体钢珠光体钢 1515CrMoCrMo、12CrMoV12CrMoV。 贝氏体钢贝氏体钢 1212MoVWBSiREMoVWBSiRE 第二节 合金钢 3 3、按钢中按钢中S S、P P杂质含量杂质含量 普通合金钢普通合金钢 SS0 0. .050050% % PP0 0. .045045% %
3、 优质合金钢优质合金钢 SS0 0. .035035% % PP0 0. .035035% % 高级优质合金钢高级优质合金钢 SS0 0. .025025% % PP0 0. .025025% % 特级优质合金钢特级优质合金钢 SS0 0. .015015% % PP0 0. .020020% % 4 4、按合金组元按合金组元 二元合金钢二元合金钢 MnMn钢钢、硅钢硅钢、铬钢铬钢。 三元合金钢三元合金钢 CrMnCrMn、SiSi- -CrCr、SiSi- -MnMn、CrCr- -NiNi。 多元合金钢多元合金钢 CrCr- -MnMn- -TiTi、NiNi- -CrCr- -MoMo-
4、 -V V。 5 5、按用途按用途 合金结构钢，合金工具钢，特殊性能钢：不锈钢、耐热合金结构钢，合金工具钢，特殊性能钢：不锈钢、耐热 钢、超强钢。钢、超强钢。 第二节 合金钢 （二）合金钢的编号（二）合金钢的编号 （1 1）合金结构钢）合金结构钢 40 Cr40 Cr Wc=0.40%Wc=0.40% WcrWcr1.5%1.5% G Cr15G Cr15 滚动轴承钢滚动轴承钢 WcrWcr1.5%1.5% 第二节 合金钢 （2 2）合金工具钢）合金工具钢 W WV V1.5%1.5% 9 Mn2 V9 Mn2 V W WMnMn=2%=2% Wc=0.9%Wc=0.9%（含（含C C 大于大
5、于1%1%不标）不标） 第二节 合金钢 WNi=9%WNi=9% 0 Cr19Ni90 Cr19Ni9 WCr=19%WCr=19% WcWc0.08%0.08% 00 Cr18Ni1000 Cr18Ni10 WcWc0.01%0.01% 000000 WcWc0.003%0.003% 3 3、特殊性能钢、特殊性能钢 第二节 合金钢 4.4.专用钢的编号专用钢的编号 滚珠轴承钢：在钢号前标以“G”（“滚”字 汉语拼音首字母）字，其后为铬(Cr)+数字， 数字表示铬含量平均值的千分之几，如“滚 铬15”(GCr15)。这里应注意牌号中铬元素后 面的数字是表示含铬量为1.5%，其他元素仍 按百分之
6、几表示。如GCr15SiMn 表示平均含 铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5% 的滚动 轴承钢。 又如易切钢：前标以“Y”字，Y40Mn 表示平 均含碳量为0.4%，锰含量小于1.5%的易切削 钢。 滚珠滚柱滚珠滚柱 第二节 合金钢 三、合金结构钢三、合金结构钢 合金结构钢：分为低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调 质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢。 （一）低合金结构钢（一）低合金结构钢 1.1.性能特点性能特点 有较高的强度、良好的塑性、 韧性以及焊接工艺性能 2.2.化学成分特点化学成分特点 平均含碳量小于0.2%。主要 加入以Mn为主的合金元素 3.3.热处理特点热处理特点 一般在热轧或正火
7、状态下使用 4.4.常用钢种常用钢种 铜 陵 长 江 公 路 大 桥 铜 陵 长 江 公 路 大 桥 第二节 合金钢 （二）渗碳钢（二）渗碳钢 1 1、对渗碳钢的性能要求、对渗碳钢的性能要求: : 2 2、对渗碳钢的含碳量的要求、对渗碳钢的含碳量的要求: : 低碳低碳 3 3、渗碳钢的热处理特点、渗碳钢的热处理特点: : 渗碳渗碳 表硬里韧表硬里韧 淬火淬火 + + 低温回火低温回火(180(180200)200) 第二节 合金钢 钢号钢号 2020钢钢 20Cr20Cr钢钢 20CrMnTi20CrMnTi钢钢 名称名称 碳素渗碳钢碳素渗碳钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 成分
8、成分 0.2%C0.2%C 0.2%CCr1.65%Cr时时, ,会因会因A A增加而增加而 使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。 第二节 合金钢 3 3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。 热处理：球化退火热处理：球化退火+ +淬火淬火 + +低温回火低温回火 组织：组织： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理( (- -60 60 - -80), 80), 可以减少可以减少A A、稳定、稳定 尺寸尺寸. . 轴承生产车间轴承生产车间 第二节 合金钢 4 4、常用钢号及用
9、途、常用钢号及用途 滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承 滚珠轴承滚珠轴承 大 型 轴 承 大 型 轴 承 应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于大中型，大量用于大中型 轴承；轴承； 大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。 这类钢还可用于制造模具、量具等这类钢还可用于制造模具、量具等. . 向心球向心球 轴承轴承 第二节 合金钢 5 5、滚动轴承钢的牌号、滚动轴承钢的牌号 G Cr9 Si MnG Cr9 Si Mn 含含MnMn量量W WMnMn1.51.5 % % 含含SiSi量量W WSiSi1.5 %1.5 % 含含CrCr量量W WCrCr0.9 %
10、0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢 6 6、铬轴承钢制造轴承的工艺路线、铬轴承钢制造轴承的工艺路线 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火 + + 冷处理冷处理 ( ( 60 60 80;1h )80;1h ) 低温回火低温回火 磨削加工磨削加工 稳定化处理稳定化处理 (120 (120 130130；1010 20h)20h) 第二节 合金钢 四、合金工具钢四、合金工具钢 按用途分为按用途分为: : 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 模 具 模 具 刃具刃具 量具量具 第二节 合金钢 用来制造各种切用来制造各种切 削刀具的钢种。削刀具的钢种。 （一）刃具钢（一）刃具钢 切削
11、加工切削加工 第二节 合金钢 性能要求性能要求 1 1、高硬度、高硬度 (HRC60),(HRC60),主主 要取决于含碳量。要取决于含碳量。 2 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和靠高硬度和 析出细小均匀硬碳化物来达析出细小均匀硬碳化物来达 到。到。 3 3、高热硬性、高热硬性 即高温下保即高温下保 持高硬度的能力。持高硬度的能力。 4 4、足够的韧性、足够的韧性 以防止脆以防止脆 断和崩刃。断和崩刃。 切削加工的基本形切削加工的基本形 式式 第二节 合金钢 碳素工具钢碳素工具钢 共有七个牌号：共有七个牌号： T7T7T13 T13 1 1、成分特点：、成分特点： 高碳高碳(0.65(0.6
12、5- -1.35%C)1.35%C) 随含碳量提高，碳化物量随含碳量提高，碳化物量 增加，耐磨性提高，但韧性增加，耐磨性提高，但韧性 下降。下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带 碳素工具钢材碳素工具钢材 料料 第二节 合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织 热处理：热处理：正火正火+ +球化退火球化退火 + +淬火淬火+ +低温回火低温回火 球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少少 量量) ) 球状珠光体球状珠光体 T1
13、2钢正常淬火组织钢正常淬火组织 第二节 合金钢 3 3、用途、用途 由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的 手工工具和低速刃具。手工工具和低速刃具。 T7T7- -T9T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿 子、锤子等。子、锤子等。 木 工 凿 木 工 凿 手锤手锤 木工钻木工钻 第二节 合金钢 T10T10- -T11T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、 车刀等。车刀等。 T12T12- -T13T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。：制造耐磨工具，如
14、锉刀、锯条等。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 手锯条手锯条 钻 头 钻 头 第二节 合金钢 1 1、成分特点：、成分特点： 高碳：高碳：0.750.75- -1.5%C1.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr: Cr、MnMn、 Si Si 提高耐回火性：提高耐回火性：SiSi 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: : W W、V V 低合金工具钢低合金工具钢 由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(3(3- -5)5)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品 第二节 合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介
15、质同碳素工具钢，只是淬火介质 为油为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。 使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制。用于制 造形状复杂、要求变形小的低造形状复杂、要求变形小的低 速刃具，如丝锥、板牙等速刃具，如丝锥、板牙等. . 丝 锥 丝 锥 板牙板牙 低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 第二节 合金钢 应用举例：应用举例： 1、用、用9SiCr钢制造圆板牙钢制造圆板牙 要求：碳化物分布均匀，防止崩刃；要求：碳化物分布均
16、匀，防止崩刃； 热处理变形小（标准件）；良好的耐热处理变形小（标准件）；良好的耐 磨性，硬度磨性，硬度HRC60-63 下料下料 球化退火球化退火 机械加工机械加工 淬火，低温回火淬火，低温回火 磨平面磨平面 抛槽，开口抛槽，开口 成品成品 板牙板牙 第二节 合金钢 800810 700720 500出炉空冷出炉空冷 温度，温度， 时间，时间，h h 24 68 炉冷炉冷 9SiCr球化退火工艺球化退火工艺 第二节 合金钢 温度温度 时间，时间，min 600650 850870 160200 190200 3045min 6090min 减少高温停留时间，防止脱碳减少高温停留时间，防止脱碳
17、硝盐浴分级淬火硝盐浴分级淬火 低温回火低温回火 第二节 合金钢 1 1、性能特点、性能特点: : 高热硬性高热硬性 (600)(600)、高淬透性、高淬透性 2 2、成分特点、成分特点 高碳高碳: 0.70: 0.70- -1.5%C 1.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性：提高淬透性：CrCr 提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨 性性: W: W、MoMo、V V 高速钢（俗称风钢）高速钢（俗称风钢） 制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。 高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带 高速钢形材高速钢形材 第二节 合金钢 3 3、加工与热处理、加工与热处理 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸
18、态组织钢的铸态组织 加工工艺路线：下料加工工艺路线：下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火 磨削磨削 高速钢是莱氏体高速钢是莱氏体 钢，其铸态组织钢，其铸态组织 为亚共晶组织，为亚共晶组织， 由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体 与树枝状与树枝状M+TM+T组成组成， 脆性大且无法热脆性大且无法热 处理改善。处理改善。 第二节 合金钢 退火目的：退火目的： 降低硬度，便于切降低硬度，便于切 加工；加工； 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 退火后组织：退火后组织： S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分 布
19、于基体中。布于基体中。 W18Cr4VW18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 第二节 合金钢 W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织 淬火目的淬火目的: : 获得高合金元获得高合金元 素含量的马氏素含量的马氏 体。因此淬火体。因此淬火 温度高温度高 (1200)(1200)。 淬火后组织：淬火后组织： M+M+未溶碳化未溶碳化 物物(10%)+A(10%)+A (20%)(20%) 第二节 合金钢 析出析出W W、MoMo、V V的碳化物，产生二次硬化。的碳化物，产生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，MsMs点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，A A转转
20、 变为变为M M。 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 回火目的：回火目的：主要主要 为减少为减少A A。消除内应力、。消除内应力、 稳定组织。稳定组织。 常用常用560560三次回火三次回火. . 回火时的组织变化：回火时的组织变化： 高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系 第二节 合金钢 W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图 第二节 合金钢 W18Cr4VW18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A（少量）（少量） 第
21、二节 合金钢 不同状态下不同状态下W18Cr4VW18Cr4V的组织的组织 铸态铸态 淬火回火态淬火回火态 淬火态淬火态 退火态退火态 第二节 合金钢 5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18W18Cr4V(18- -4 4- -1)1) 和和W6Mo5Cr4V2(6W6Mo5Cr4V2(6- -5 5- -4 4- -2)2)。 用于高速切削刃具，如车刀、用于高速切削刃具，如车刀、 刨刀、铣刀、钻头等。刨刀、铣刀、钻头等。 车刀车刀 铣刀铣刀 高速钢铣刀高速钢铣刀 钻头钻头 第二节 合金钢 （二）、模具钢（二）、模具钢 汽车冲压模具汽车冲压模具 用以制
22、造冷热模具的钢种. 一）一） 冷作模具钢冷作模具钢 制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 良好的工艺性能良好的工艺性能（淬 透性、切削加工性等） 第二节 合金钢 2 2、常用钢种、常用钢种 小尺寸、形状简单、受小尺寸、形状简单、受 力不大的模具力不大的模具, , 可用碳素工具可用碳素工具 钢和低合金工具钢制造。钢和低合金工具钢制造。 截面、受力大的冷模具截面、受力大的冷模具 用用Cr12Cr12型冷作模具钢制造型冷作模具钢制造. . 成分特点：高碳成分特点：高碳(1.4(1.4-
23、-2.3%C)2.3%C)；高铬；高铬(11.5(11.5- -13%Cr)13%Cr) 合金元素作用：合金元素作用： Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性； MoMo、V V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 Cr12Cr12钢钢 冷冲压件冷冲压件 第二节 合金钢 加工及热处理：加工及热处理：Cr12Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行型模具钢也是莱氏体钢，需进行 锻造、退火锻造、退火, , 目的同高速钢目的同高速钢. . 常用钢号为常用钢号为Cr12Cr12和和 Cr12MoVCr12MoV。用于制造冷。用于制造冷 冲模、挤压模等。冲模、挤压模等。 最终热处理为最终热处理为: :
24、 淬淬 火火+ +低温回火低温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织: M: M回 回+ +颗粒状碳 颗粒状碳 化物化物+A+A( (少量少量) ) 汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 冲 压 模 具 冲 压 模 具 第二节 合金钢 二）二） 热作模具钢热作模具钢 制造使加热金属或液态金制造使加热金属或液态金 属成型模具钢种属成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。综合力学性能。 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好的高的淬透性和良好的 导热性。导热性。 曲轴模具曲轴模具 热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 第二节 合金钢 热镦模热镦模 凸缘模凸缘
25、模 2 2、常用钢种、常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo 前者用于大型热锻模，后前者用于大型热锻模，后 者用于中小型热锻模者用于中小型热锻模. . 成分特点、合金元素作用成分特点、合金元素作用 及热处理同调质钢。及热处理同调质钢。 使用状态下的组织使用状态下的组织: : S S回 回 第二节 合金钢 压铸模钢压铸模钢 典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V3Cr2W8V, , 为过共析钢为过共析钢. . 中碳中碳(0.3(0.3- -0.4%C), 0.4%C), 合金元素作用合金元素作用 同高速钢。同高速钢。W W、CrCr提高抗热疲劳性能提高
26、抗热疲劳性能. . 淬火淬火+ +回火后组织：回火后组织： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 型板压铸模型板压铸模 压铸工艺压铸工艺 压 铸 模 具 压 铸 模 具 第二节 合金钢 汽车缸压铸模汽车缸压铸模 第二节 合金钢 （三）量具钢（三）量具钢 制造各种量具用钢。如制造各种量具用钢。如 千分尺、卡尺、块规、千分尺、卡尺、块规、 塞规塞规等。等。 卡尺卡尺 塞规塞规 千分尺千分尺 第二节 合金钢 1 1、性能要求、性能要求 量具在使用过程中与被测零量具在使用过程中与被测零 件接触，承受摩擦和冲击。件接触，承受摩擦和冲击。 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性
27、。 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。 足够的韧性。足够的韧性。 渐开线花键环规、渐开线花键环规、 塞规塞规 矩形花键矩形花键 环规、塞环规、塞 规规 光面量规光面量规 第二节 合金钢 2 2、量具用钢、量具用钢 低碳钢渗碳、低碳钢渗碳、 中碳钢表面淬火中碳钢表面淬火 碳素工具钢、碳素工具钢、 低合金工具钢两者低合金工具钢两者 用于尺寸小、形状用于尺寸小、形状 简单、精度要求不简单、精度要求不 高的量具。高的量具。 滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具. . 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。 量块量块 電子卡尺電子卡
28、尺 第二节 合金钢 3 3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点 淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。 下限温度淬火及冷处理。目下限温度淬火及冷处理。目 的是减少的是减少A A。 长时间低温时效，以消除内长时间低温时效，以消除内 应力，降低马氏体的正方度。应力，降低马氏体的正方度。 量规量规 第二节 合金钢 五、特殊性能钢五、特殊性能钢 特殊性能钢是特殊性能钢是指指 具有特殊物理具有特殊物理、 化学性能的钢化学性能的钢。 本节只介绍不锈本节只介绍不锈 钢钢、耐热钢和耐耐热钢和耐 磨钢磨钢。 第二节 合金钢 （一）不锈钢（一）不锈钢 化 工 管 化
29、工 管 道 的 腐 道 的 腐 蚀蚀 裂解管裂解管 内壁的内壁的 高温腐高温腐 蚀减薄蚀减薄 化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。是指金属在非电解质中的腐蚀。 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参 与作用的腐蚀。与作用的腐蚀。 在腐蚀介质中具有耐蚀在腐蚀介质中具有耐蚀 性能的钢。性能的钢。 1 1、金属的腐蚀、金属的腐蚀 金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学腐蚀化学腐蚀 和电化学腐蚀和电化学腐蚀。 第二节 合金钢 不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。 第二节 合金钢 防止电化学腐
30、蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。 工业发达国家每年金属腐蚀造成工业发达国家每年金属腐蚀造成 的直接经济损失占的直接经济损失占GNPGNP的的4%4%左右。左右。 中国每年腐蚀的损失至少到中国每年腐蚀的损失至少到400400 亿元以上亿元以上. . ZnZn ZnZn ZnZn- -CuCu原电池示意图原电池示意图 珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图 电解液电解液 第二节 合金钢 (1)(1)、低碳：碳高，则降低耐蚀性。、低碳：碳高，则降低耐蚀性。 (2)(2)、C
31、rCr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜氧化膜. . CrCr含量大于含量大于13%13%时，形成单相铁时，形成单相铁 素体组织。素体组织。 提高基体电极电位提高基体电极电位 (3)(3)、NiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 (4)(4)、MoMo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。 (5)(5)、Ti, Nb: Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. . 2 2、不锈钢中合金元素的作用、不锈钢中合金元素的作用 第二节 合金钢 晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大是沿晶
32、粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. . 它是由于它是由于CrCr23 23C C6 6析出于晶界，使晶界附近 析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降到含量降到12%12% 以下，在介质以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。作用下发生强烈腐蚀。 加加 TiTi、NbNb则先于则先于CrCr与与C C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物, , 避免晶界贫避免晶界贫CrCr。 奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的 CrCr23 23C C6 6析出 析出 晶间腐蚀晶间腐蚀 第二节 合金钢 晶间腐晶间腐 蚀破坏蚀破坏 304304不锈钢不锈钢 消火栓消火栓 齿轮架齿轮架 第二节 合金钢 3 3、
33、常用不锈钢、常用不锈钢 (1) (1) 、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢 主要是主要是Cr13Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr131Cr13- -4Cr134Cr13 随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、 硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降. . 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13 热处理热处理: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织: S: S回 回 不锈钢棒不锈钢棒 第二节 合金钢 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13具有耐具有耐 大气、蒸汽腐蚀能力大气、蒸汽腐蚀能力 及良好的综合力学性及良好的综合力学性 能。能。 用于要求塑
34、韧性较用于要求塑韧性较 高的耐蚀件，如汽高的耐蚀件，如汽 轮机叶片等轮机叶片等. . 汽轮机叶片汽轮机叶片 透平转轮透平转轮 第二节 合金钢 3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 热处理：淬火热处理：淬火+ +低温回火。低温回火。 使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回 回。 。 具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。 用于要求耐蚀、耐磨件，医用于要求耐蚀、耐磨件，医 疗器械、量具等疗器械、量具等。 医疗器械医疗器械 不锈钢刀不锈钢刀 第二节 合金钢 1Cr171Cr17削片刀削片刀 铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器 典型钢号如典型钢号如0Cr130Cr13、 1Cr17
35、1Cr17等。等。 成分：高铬低碳成分：高铬低碳 无无相变，不能进相变，不能进 行热处理强化。行热处理强化。 组织：单相铁素体组织：单相铁素体 (2)(2) 铁素体不锈钢铁素体不锈钢 第二节 合金钢 钢中钢中相相 性能特点性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： 475475脆化：加热到脆化：加热到450450- -550550停留，产生脆化。停留，产生脆化。 再加热到再加热到600600快快 冷可消除。冷可消除。 相脆化：相脆化： 在在600600- - 800800长期长期 加热时，析出硬而加热时，析出硬而 脆的脆的 相。相。 第二
36、节 合金钢 用途用途 广泛用于硝酸和氮肥广泛用于硝酸和氮肥 工业的耐蚀件。工业的耐蚀件。 合成氨厂合成氨厂 硝酸生产装置硝酸生产装置 铁素体不铁素体不 锈钢制品锈钢制品 第二节 合金钢 （3 3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 主要是主要是1818- -8 8（18Cr18Cr- -8Ni8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及 可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性, ,无无 磁性。磁性。 热处理：采用热处理：采用固溶处固溶处 理理。即加热到。即加热到11001100使使 碳化物溶解后水冷。碳化物溶解后水冷。 组织为单相奥氏体
37、组织为单相奥氏体。 不 锈 钢 不 锈 钢 带带 第二节 合金钢 常用钢种常用钢种 为为1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道. . 反应釜反应釜 (316L) 大型化工储罐大型化工储罐(304) 热交换器热交换器(316L) 第二节 合金钢 应力腐蚀应力腐蚀 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金- -环境体系中，环境体系中， 应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含ClCl的的 介质中发生，裂纹为树枝状。介质中发生，裂纹
38、为树枝状。 发 生 应 力 腐 蚀 奥 氏 发 生 应 力 腐 蚀 奥 氏 体 不 锈 钢 管 道 内 壁 体 不 锈 钢 管 道 内 壁 应 力 腐 蚀 裂 纹 应 力 腐 蚀 裂 纹 第二节 合金钢 1 1 、性能要求、性能要求 （1 1）高的抗氧化性：）高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化指钢在高温下对氧化 作用的抗力。作用的抗力。 钢中加入钢中加入CrCr、SiSi、AlAl 可形成致密稳定的氧可形成致密稳定的氧 化膜，阻碍氧进一步化膜，阻碍氧进一步 扩散，提高抗氧化性。扩散，提高抗氧化性。 气轮机叶片气轮机叶片 （二）耐热钢（二）耐热钢 第二节 合金钢 飞机发动机飞机发动机 过热器过热
39、器 (2)(2)高的热强性高的热强性 热强性是指金属在热强性是指金属在 高温下的强度高温下的强度. . 指标为蠕变强度和指标为蠕变强度和 持久强度。持久强度。 蠕变指金属在高温蠕变指金属在高温 低于低于s s的应力下所的应力下所 发生的极其缓慢的发生的极其缓慢的 塑性变形塑性变形. . 第二节 合金钢 提高高温强度的途径提高高温强度的途径: : 固溶强化；固溶强化； 析出强化；析出强化； 晶界强化晶界强化( (加入加入B B、ZrZr 等降低晶界能量等降低晶界能量) ) 高温合金中的高温合金中的 析出相析出相 高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界 裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗
40、粒状析出物 第二节 合金钢 涡轮机机壳涡轮机机壳 钢制法兰钢制法兰 2 2、常用耐热钢、常用耐热钢 （1 1）珠光体耐热钢）珠光体耐热钢 常用钢号为常用钢号为15CrMo15CrMo、 12Cr1MoV12Cr1MoV，是低合金钢。，是低合金钢。 合金元素作用：合金元素作用： CrCr提高抗氧化性；提高抗氧化性； MoMo提高热强性提高热强性; ; V V弥散强化。弥散强化。 第二节 合金钢 热处理：热处理： 正火正火+ +高温回火高温回火 组织组织: F+P : F+P 用途：用途：600600以以 下的锅炉零件下的锅炉零件, ,压压 力容器，热交换器力容器，热交换器 等。等。 烟管式锅炉烟
41、管式锅炉 锅炉管锅炉管 第二节 合金钢 (2)(2)马氏体耐热钢马氏体耐热钢 常用钢号为常用钢号为1Cr131Cr13、 1Cr11MoV1Cr11MoV、4Cr9Si24Cr9Si2 合金元素作用：合金元素作用： CrCr、SiSi提高抗氧化性提高抗氧化性; ; MoMo提高热强性提高热强性; ; V V弥散强化。弥散强化。 热处理：调质。热处理：调质。 组织：组织： S S回 回。 。 汽轮机叶片汽轮机叶片 第二节 合金钢 用途：用途：1Cr131Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV用于用于550550以下汽轮机叶片；以下汽轮机叶片； 4Cr9Si24Cr9Si2是汽车阀门用钢。是汽
42、车阀门用钢。 汽车阀门汽车阀门 锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀 (2Cr13) 第二节 合金钢 过热器管排过热器管排 过热器集箱过热器集箱 (3)(3)奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢 最典型钢号是最典型钢号是1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。 CrCr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性； NiNi的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体; ; TiTi的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。 热处理热处理采用固溶处理采用固溶处理 组织组织为单相为单相A A。 主要用于主要用于过热器管道等。过热器管道等。 第二节 合金钢 ( (三三) ) 耐磨钢耐磨钢( wear( wear- -res
43、istant steel )resistant steel ) 1 1、定义、定义: :在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化 的高锰钢。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 2 2、性能要求、性能要求: :高硬度、耐磨性、韧性。高硬度、耐磨性、韧性。 第二节 合金钢 3 3、化学成分特点、化学成分特点: : 高碳高碳 Wc = 1Wc = 11.3 %1.3 % 高锰高锰 WMn = 11WMn = 1114 % 14 % 4 4、热处理特点、热处理特点: : 水韧处理。水韧处理。 5 5、室温组织、室温组织: :过饱和单相奥氏体。过
44、饱和单相奥氏体。 水韧处理的工艺特征水韧处理的工艺特征 铸态组织高锰钢铸态组织高锰钢 加热到加热到1050105011001100 A A 水淬水淬 A A 受到剧烈冲击或较大压力受到剧烈冲击或较大压力 表层表层M M HB500HB500 心部心部A A HB220HB220 A + CmA + Cm 第二节 合金钢 高锰钢铸态组织高锰钢铸态组织 高锰钢铸态组织高锰钢铸态组织 58 第二节 合金钢 高锰钢水韧淬火组织金相图高锰钢水韧淬火组织金相图 高锰钢水韧淬火组织高锰钢水韧淬火组织 58 第二节 合金钢 高锰钢水韧淬火高锰钢水韧淬火+ +回火组织金相图回火组织金相图 高锰钢水韧淬火高锰钢水
45、韧淬火+回火组织回火组织 105 第二节 合金钢 5 5、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W WMn Mn 13%13% 铸钢铸钢 第二节 合金钢 铁路道岔铁路道岔 履带履带 球磨机衬板球磨机衬板 挖挖 掘掘 机机 铲铲 齿齿 高锰钢广泛用于既要求耐磨高锰钢广泛用于既要求耐磨 又要求耐冲击的零件。如拖拉机又要求耐冲击的零件。如拖拉机 的履带板、球磨机的衬板、破碎的履带板、球磨机的衬板、破碎 机的牙板、挖掘机的铲齿、铁路机的牙板、挖掘机的铲齿、铁路 的道岔、保险箱和防弹钢板等。的道岔、保险箱和防弹钢板等。 第二节 合金钢 钢钢 号号 钢钢 种种 合金元素的主要作用合金元素的主要作用 热处理特点热处理特点 使用状态下组织使用状态下组织 Q345 低合金高强低合金高强 度结构钢度结构钢 Mn:强化强化F，增加，增加P量，降量，降 低冷脆转变温度低冷脆转变温度 热轧空冷热轧空冷 F+P 65Mn 弹簧钢弹簧钢 Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F 淬火淬火+中温回火中温回火 T回 回 ZGMn13 耐磨钢耐磨
