金属材料学复习总结文档格式.docx
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（2）Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
（3）Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
2、对奥氏体晶粒大小的影响
1）强烈阻碍晶粒长大的元素：
V、Ti、Nb、Zr等。
Al在钢中易形成高熔点的AlN、Al2O3细质点，也强烈阻止晶粒长大。
（2）中等阻碍晶粒长大的元素：
W、Mo、Cr。
（3）对晶粒长大影响不大的元素：
Si、Ni、Cu。
（4）促进晶粒长大的元素：
Mn、P、B有此倾向。
合金元素对淬火钢回火转变的影响主要有以下三点：
1、提高回火稳定性。
提高回火稳定性作用较强的合金元素有：
V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
2、产生二次硬化（包括两种情况）
3、增大回火脆性（第二类回火脆性）
回火稳定性
回火稳定性就是钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。
许多合金元素可以使回火过程中各阶段的转变速度大大减慢，并推向更高的温度发生。
主要表现为⑴马氏体和残余奥氏体分解速度减慢，并向高温推移；
⑵提高铁素体的再结晶温度；
⑶使碳化物难以聚集长大，仍保持比较分散而细小的状态。
二次硬化
（1）回火升温过程的二次硬化：
一些Mo、W、V质量分数较高的高合金钢回火时，硬度不是随回火温度升高而单调降低，而是到某一温度（约400℃）后反而开始增大，并在另一更高温度（一般为550℃左右）达到峰值。
也称沉淀硬化。
（2）回火降温过程的二次硬化：
由回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所引起。
思考题1、何谓合金钢？
有哪些分类方法？
2、合金钢的编号方法是什么？
3、合金元素影响铁碳相图的规律是什么？
铁基合金相图有哪几种类型？
4、合金钢中常见碳化物类型有哪些？
5、何为内吸附？
6、合金元素对奥氏体形成有什么影响？
7、合金元素对过冷奥氏体稳定性有何影响？
8、合金元素对淬火钢回火转变过程有哪些影响？
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幻灯片1
●一、碳素工具钢
●碳素工具钢是工具钢中冷、热加工性良好、使用范围较广、成本较低的一类钢种。
它的碳含量在0.65～1.35%，锰含量在0.15～0.60％，钢号从T7~T13计八种。
在淬火+低温（50～250℃）回火后硬度可达HRC58～64，并且具有较好的综合机械性能。
幻灯片2
●二、低合金工具钢
●1、常用的低合金工具钢有Cr、Cr2、9SiCr、9Mn2V、CrMn、CrWMn等。
其特点如下：
●
（1）工作温度低于300℃。
●
（2）高碳（0.90~1.10％C）：
保证高硬度与高耐磨性；
●（3）加入铬、硅、锰、钒等元素提高淬透性和回火稳定性。
幻灯片3
●常用合金工具钢牌号、成分及用途
钢号
化学成分%
元素作用
应用举例
C
Mn
Si
Cr
W
V
0.95
0.40
0.35
1.05
0.25
碳化物、淬透性
车刀
9SiCr
0.60
1.60
1.25
淬透性、回火稳定
板牙
9Mn2V
2.00
淬透性、
碳化物
丝锥
CrWMn
1.10
1.20
拉刀、量规
幻灯片4
第二节高速工具钢
●一、概述
●按照钢中主要的化学成分，高速钢可分为三大类：
●1、钨系，代表性钢号为W18Cr4V
●（即所谓18一4—1）；
●2、钨一钼系，钢号为W6Mo5Cr4V2
●（即所谓6－5—4－2）；
●3、钼系，代表性钢号为Mo8Cr4VW。
幻灯片5
●二、高速钢的主要特点是：
●
（1）工作温度可达500~600℃，有很高的热硬性（593℃HRC＞55）。
●
（2）高碳（0.70~1.10％C），保证硬度和耐磨性。
●（3）加入较多的钨、钼、钒、铬等元素。
钨、钼、可产生“二次硬化”以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性。
V部分溶于奥氏体中，淬火后使马氏体抗回火稳定性增高，阻碍马氏体分解，并弥散析出VC产生次生硬化。
铬可提高淬透性。
幻灯片6
●三、热处理
●1、淬火高速钢高温加热淬火的目的是为了获得高合金的马氏体。
●
●钢号W18Cr4VW6Mo5Cr4V2淬火温度范围（℃）1260~13101210~1245常用淬火温度（℃）12801230
●淬火时通常采用油淬到300℃出油空冷。
●高速钢淬火后有20％以上的残留奥氏体，在-70~80℃冷处理，残留奥氏体量可减到6～8％，再经两到三次回火可消除。
幻灯片7
●2、回火
●高速钢淬火后在回火过程中，随回火温度升高，硬度略有下降，在450℃以上硬度又重新升高。
此时，钼、钨和钒的原子开始扩散，并从马氏体中脱溶，形成特殊碳化物M2C和MC。
这些微细的碳化物很稳定，不易聚集长大，起着弥散硬化作用，产生二次硬化，并在550～570℃硬度达到最高值。
●因此，高速钢的回火温度范围约在540～580℃区间。
幻灯片8
●齿轮滚刀可用高速钢W18Cr4V钢制造，其工艺路线为：
热轧棒材下料→锻造→球化退火→粗加工→淬火→回火→精加工→表面处理
幻灯片9
●冷作模具钢按性能可分为：
●
（1）淬透性低的碳素工具钢T8～T12；
●
（2）淬透性较高的9Mn2V、9SiCr、CrWMn等；
●（3）高韧性的4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等；
●（4）高淬透性、高耐磨性和淬火变形小的Cr12、Cr12V、Cr12MoV、Cr6WV等钢种。
幻灯片10
●二、Cr12型冷作模具钢
●Cr12、Cr12V和Cr12MoV含12％Cr，均属于高碳（最高可达2.3%C）高铬的亚共晶钢，铸态的组织为莱氏体+共晶碳化物（Cr7C3）。
●为了提高钢的韧性并细化晶粒，加入钼和钒，同时适当降低碳量。
因而Cr12V（1.3%C）和Cr12MoV（1.6%C）钢的综合性能比Cr12有所改善。
广泛用于制作截面大、负荷重、形状复杂能经受大冲击力的冷作模具。
幻灯片11
●三、Cr12型钢的热处理
●退火：
热加工成型后要进行等温退火，得到的组织是铁素体基体上分布着较大颗粒的共晶碳化物和均匀分布的粒状碳化物。
●淬火：
●一次硬化法：
低温淬火+低温回火法，即在980～1030℃的较低温度加热淬火后，进行150～170℃低温的一次回火（保温2～3小时）。
这种处理方法变形小，耐磨性高，硬度可达HRC61~63。
幻灯片12
●Cr12MoV钢制冲孔落料模生产过程的工艺路线如下：
●锻造→退火→机加工→淬火+回火→精磨或电火花加工→成品
幻灯片13
●几种冷作模具钢性能比较：
●1、耐磨性：
●T10、9Mn2V、CrWMn＜Cr6WV＜Cr12MoV。
●抗磨能力不同的主要原因是这三类钢中的碳化物类型和数量的不同，如T10、9Mn2V钢约有Fe3C8％；
CrWMn约有Cr23C68%；
而Cr6WV和Cr12MoV均含有Cr7C316~19％。
●2、强度：
强度取决于钢的淬透性、奥氏体晶粒大小和钢中碳化物分布的均匀性。
●3、韧性：
T10＞Cr6WV＞Cr12MoV＞Cr12。
●冲击韧性除与奥氏体晶粒大小有关外，还与碳化物的不均匀度相关。
幻灯片14
●基体钢：
对基体钢实际上没有明确的定义，凡是在高速钢基体成分上添加少量其他元素，适当增减碳含量以改善钢的性能，适应某些用途的钢种都可称为基体钢。
它既有高速钢基体的强度和热硬性，又不含有由于过多的未溶碳化物带来的脆性。
常见的有：
5Cr4W2Mo3V、6Cr4Mo3Ni2WV、55Cr4Mo5WVCo等。
●低碳高速钢：
应用较多的是6W6Mo5Cr4V钢，碳与钒都降低，其碳含量w（C）为0.55％～0.65％，钒含量w（V）为0.70％～1.10％，仍属莱氏体钢。
由于碳化物少，韧性和工艺性能也明显改善，用做冷挤压模，比高铬冷作模具钢寿命长。
幻灯片15
●热作模具钢的合金化特点：
●热作模具钢的含碳量大多是中碳（0.30~0.50％C）范围。
钢中加入铬、镍、钨、钼、钒、硅、锰等合金元素。
●铬、硅、锰提高淬透性。
●镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲劳性能。
●钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。
●铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。
幻灯片16
●5CrMnMo钢制扳手热锻模生产过程的工艺路线如下：
锻造→退火→粗加工→成型加工→淬火+高温回火→精加工（修型、抛光）
幻灯片17
●三、热压模及压铸模
●模具与热的金属接触时，热压模温度高达500~800℃以上，同时由于模具使用时受周期性的急冷、急热，模子内外温差较大，内应力也大，容易引起热疲劳裂纹的产生，所以要求钢的热强性、抗热疲劳性能和抗氧化性都要好。
钢还应具有高的淬透性和较小的变形。
●常用钢种是中铬中碳系列，如3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1（H13）等。
幻灯片18
●4Cr5MoSiV1（H13）是一种空冷硬化的热作模具钢，具有较高的热强度和硬度、高的耐磨性和韧性，且具有较好的耐冷热疲劳性能。
一般在1000~1025℃淬火后，在略高于二次硬化峰值的温度540~650℃回火，组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。
与高速钢类似，为了保证热硬性，要进行多次回火。
3Cr2W8V钢虽然只含有0.3~0.4％C，但合金元素更多，因而热强性也更好。
常采用固溶处理，温度为1050～1100℃，回火时也有二次硬化现象，因而选择550～620℃的高温回火。
●3Cr2W8V钢的主要缺点是在常温下承受冲击的能力差，使用前模子必须很好地预热，使用中防止急冷，否则会引起开裂。
该钢种也可用于制造铜、镁、铝等合金的压铸模。
各种合金元素在工具钢中的作用
●特性合金元素（其能力依次递减）
●提高耐磨性V、W、Mo、Cr、Mn
●提高淬透性Mn、Mo、Cr、Si、Ni、V
●减小淬火变形Mo、Cr、Mn细化晶粒提高韧性V、W、Mo、Cr增大热硬性W、Mo、Co、V、Cr
●铁素体不锈钢有以下三种类型：
（1）Crl3型。
如0Crl3、0Cr13Al等，常用于耐热零件，如汽车排气阀等。
●
（2）Cr17型。
如Crl7、Crl7Ti等，可耐大气、淡水、稀硝酸等介质腐蚀。
●（3）Cr25-Cr28型。
如Cr25、Cr25Ti、Cr28、Cr28Mo4等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。
马氏体不锈钢可分为三类：
（l）低碳及中碳Crl3型钢，如1Cr13。
（2）高碳Cr18型钢，如9Cr18MoV。
（3）低碳17％Cr－2％Ni型钢，如1Cr17Ni2。
三、奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢含碳量很低，为0.03％～0.12％C，这主要是在组织中避免产生碳化物。
利用铬镍配合，获得单相奥氏体组织。
18％Cr－8％Ni的成分配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分，如1Cr18Ni9Ti、00Cr18Ni10。
奥氏体不锈钢是应用最广的耐酸钢思考题
1、常用低合金刃具钢的典型牌号及性能特点如何？
2、高速钢的合金化特点是什么？
简述高速钢中合金元素的作用。
（高速钢的热处理）
3、冷变形模具钢及热变形模具钢的合金化特点、典型钢号及用途？
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第三章机械制造用结构钢
五、轴承钢的合金化特点
●1、高碳
●为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.95％～1.10％。
●2、铬为基本合金元素
●铬含量为0.40％～1.65％。
铬能提高淬透性，并与基体金属形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。
3、加入硅、锰、钒等
●Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承。
●V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。
●六、典型钢种和牌号
●1、铬轴承钢
●最常用的是GCr15。
使用量占轴承钢的绝大部分。
除制造轴承外也常用来制造冷冲模、量具、丝锥等。
●2、添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢
●在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，例如，GCrl5SiMn、GCr15SiMnMoV等。
七、轴承钢的热处理
●
（一）轴承钢的球化退火
●球化退火前的原始组织应为细片状珠光体。
球化退火的目的在于：
●1、降低硬度便于切削加工；
●2、获得均匀分布的细粒状珠光体，为淬火作好组织上的准备；
●3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和冲压加工。
（二）轴承钢的淬火和回火
轴承钢的淬火加热应获得细小的奥氏体晶粒，快冷之后得到隐晶马氏体加上均匀分布的细粒碳化物及少量残留奥氏体。
●GCr15钢AC1为735~765℃，840℃左右淬火能得到最高的硬度、弯曲疲劳强度和冲击韧性。
●冷处理：
精密轴承为保证尺寸稳定，常采用冷处理的方法消除残余奥氏体。
冷处理温度为：
-40~-70℃。
●回火：
回火温度为150～170℃，回火时间大于2.5小时。
GCr15钢回火后的组织为在隐晶回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒，硬度为HRC61～65。
●轴承在磨削加工后要进行回火，生产上称之谓低温时效处理（附加回火）。
即130～150℃加热，保温3～6小时。
●综上所述，轴承钢的热处理主要过程为：
●球化退火→淬火→冷处理→低温回火→低温时效处理
●2、渗碳钢的合金化特点
●
（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。
●
（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。
Cr还能细化碳化物、提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。
●（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。
除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。
●3、典型钢种及牌号
●
（1）低淬透性合金渗碳钢
●典型钢种为20Cr。
适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、活塞销、小齿轮等。
（2）中淬透性合金渗碳钢
●典型钢种是20CrMnTi。
用于制造承受高速中载、要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车、拖拉机上的重要零件。
●（3）高淬透性合金渗碳钢
●典型钢种为18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A。
这类钢具有很好的韧性，特别是低温冲击韧性。
用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件。
●4、热处理和组织性能
●渗碳后直接淬火+低温回火。
热处理后，表面渗碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成，硬度为60～62HRC。
2、氮化钢的合金化特点
●
（1）如果要求表面硬度不超过HV900，可采用铬、钼、钨钢种；
如果表面硬度需要在HV900以上，需要采用含强氮化物形成元素铝的钢种。
●
（2）铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透性。
●（3）钼及钒能使钢在500~580℃之间长时间保温时保持强度。
为了防止或减轻钢发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入0.2～0.5％钼。
●4、氮化钢典型牌号
●常用氮化钢是38CrMoAl。
经调质和表面氮化处理后，钢表面可获得最高氮化层硬度，达到HV900～1000（HRC65≈HV800）。
●3、弹簧钢的合金化特点：
●
（1）中、高碳。
●一般为0.50％～0.70％。
碳质量分数过低，强度不足。
碳质量分数过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。
●
（2）加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素。
●Si和Mn的作用主要是提高淬透性，同时也提高了屈强比，而以Si的作用最突出，但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。
重要用途的合金弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素。
●4、钢种和牌号
●合金弹簧钢大致分两类。
●
（1）以Si、Mn为主要合金元素的合金弹簧钢代表性钢种有65Mn和60Si2Mn等
●这类钢的价格便宜，淬透性明显优于碳素弹簧钢。
这类钢主要用于汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。
●
（2）含Cr、V、W等元素的合金弹簧钢，典型钢种为50CrVA。
●这类钢可制作在350℃～400℃温度下承受重载的较大弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的汽门弹簧等。
5、加工、热处理与性能
●热成型弹簧用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火+中温（450℃～550℃）回火，获得回火屈氏体组织。
一般用来制作为较大型的弹簧。
●为了提高弹簧的疲劳寿命，广泛采用喷丸强化处理。
●二、易削钢
●在钢中附加某一种或某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易削钢。
常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。
●硫的作用（0.08~0.30%）：
●硫在钢中与锰和铁可形成（Mn，Fe）S夹杂物，能起减摩作用，降低切屑与刀具之间的摩擦系数，并使切屑不粘附在刀刃上。
●铅的作用（0.15~0.25%）：
●铅在钢中孤立地呈细小颗粒（约3μm）均匀分布时，能改善切削加工性。
与硫易切钢相比，铅易切钢可得到较高的机械性能。
●钙的作用（0.001～0.005%）：
●微量的钙能改善钢在高速切削下的切削加工性。
●钢号及表示方法：
例如，Y40CrSCa表示硫钙复合的易切40Cr合金调质钢。
●三、耐磨钢1、用途及性能要求
●耐磨钢主要用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等。
对耐磨钢的主要要求是有很高的耐磨性和韧性。
●2、典型钢种高锰钢由于机械加工困难，故基本上是铸态下使用。
典型牌号为ZGMn13及ZGMn13Re。
●3、合金化特点
●
（1）高碳：
保证钢的耐磨性和强度。
其碳质量分数不超过1.4％。
●
（2）高锰：
锰是扩大γ相区的元素，它和碳配合，保证室温下完全获得奥氏体组织，提高钢的加工硬化率及良好的韧性。
锰质量分数为11％～14％。
●（3）一定量的硅：
硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。
其质量分数为0.3％～0.8％。
●1、什么是机械制造结构钢？
常见的机械零件有哪些？
●2、结构钢的淬透性对其性能的影响如何？
●3、调质钢的合金化及其性能特点如何？
●4、超高强度钢使用条件及性能特点是什么？
●5、滚动轴承钢的合金化与性能特点是什么？
●6、弹簧钢的合金化与热处理特点是什么？
●7、渗碳钢的热处理特点是什么？
室温组织和性能如何？
●8、高锰耐磨钢合金化原则、热处理特点、性能及用途各是什么？
●9、机器零件用钢获得综合机械性能的途径有哪些？
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1、提高回火稳定性。
一、什么叫淬透性
●钢的淬透性：
是衡量零件淬火时获得马氏体层深度的特性（能力）。
●二、为什么要考虑钢的淬透性
●因为，淬透的零件比未淬透的具有更好的综合机械性能；
●或者说，马氏体回火后比铁素体十珠光体组织具有更好的综合室温机械性能。
●三、钢中元素对结构钢的淬透性的影响
●1、钢中常用的合金元素对增大淬透性的能力顺序（依次增大）：
●（小）镍、硅、铬、钼、锰、硼（大）。
2、碳是结构钢中最主要的元素，它决定了钢的淬硬性，即淬成马氏体的硬度，同时碳也是一个有效增加淬透性的元素。
多种合金元素对珠光体转变的综合作用不是加和关系，而是相互补充，相互加强，
第三节合金调质钢
●一、什么是调质钢
●为了保证零件整个截面机械性能的均匀性和高的强韧性的热处理工艺：
淬火+高温回火称为调质处理。
适合于这种热处理工艺的钢种称为调质钢。
●二、调质钢的用途：
●合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。
●三、对调质钢的性能要求：
●以上零件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。
为了保证零件整个截面机械性能的均匀性和高的强韧性，合金调质钢要求有很好的淬透性。
●三、合金化特点：
●1、中碳碳质量分数一般在0.25％～0.50％之间
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