工业用钢--课件

第四节第四节 工具钢工具钢模具模具刃具刃具量具量具1PPT课件一、刃具钢一、刃具钢用来制造各种用来制造各种切削加工刀具切削加工刀具的钢种，包括手用的钢种，包括手用和机用车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥和板牙等。和机用车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥和板牙等。在切削过程中，刀刃与工件及切屑之间的摩擦将在切削过程中，刀刃与工件及切屑之间的摩擦将导致严重的磨损和切削热导致严重的磨损和切削热刃口局部区域极大的切削力，及刀具使用过程中刃口局部区域极大的切削力，及刀具使用过程中过大的冲击与振动，可能导致刀具崩刃或折断过大的冲击与振动，可能导致刀具崩刃或折断2PPT课件高硬度（高硬度（HRC60），主要取决于含碳量），主要取决于含碳量高耐磨性，靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来高耐磨性，靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到达到高热硬性（高热硬性（红硬性红硬性）刃具钢的性能要求刃具钢的性能要求即高温下保持高硬度的能力。即高温下保持高硬度的能力。足够的韧性，以防止脆断和崩刃足够的韧性，以防止脆断和崩刃3PPT课件共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13。（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢1.成分特点成分特点高碳高碳（0.651.35%）：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，但韧性下降增加，耐磨性提高，但韧性下降4PPT课件预先热处理：预先热处理：球化退火球化退火，目的在于降低硬度以便，目的在于降低硬度以便于切削加工，并为淬火作组织准备于切削加工，并为淬火作组织准备2.热处理及组织热处理及组织（1）热处理）热处理若锻造组织不良（如出现网状碳化物缺陷），若锻造组织不良（如出现网状碳化物缺陷），则应在球化退火之前先进行正火处理，以消除则应在球化退火之前先进行正火处理，以消除网状碳化物。网状碳化物。最终热处理：最终热处理：淬火淬火+低温回火低温回火（回火温度一般（回火温度一般1802005PPT课件球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）（2）使用状态下的组织）使用状态下的组织6PPT课件优点：优点：成本低、冷热加工性能好成本低、冷热加工性能好3.用途用途在手用工具和机用低速切削工具上有较广泛的在手用工具和机用低速切削工具上有较广泛的应用。应用。缺点：缺点：碳素工具钢的淬透性低、组织稳定性差且碳素工具钢的淬透性低、组织稳定性差且无热硬性、综合力学性能（如耐磨性）欠佳无热硬性、综合力学性能（如耐磨性）欠佳故一般只用做尺寸不大、形状简单、要求不高故一般只用做尺寸不大、形状简单、要求不高的手工工具和低速切削工具。的手工工具和低速切削工具。7PPT课件T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具（冲制造承受冲击的工具，如木工工具（冲子、凿子、锤子等）子、凿子、锤子等）木工凿木工凿手锤手锤木工钻木工钻8PPT课件手锯条手锯条T10T11：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T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等丝锥丝锥锉刀锉刀钻头钻头9PPT课件在碳素工具钢基础上添加少量（在碳素工具钢基础上添加少量（35%）的）的Si、Mn、Cr、W、Mo、V等合金元素，以提高工具等合金元素，以提高工具钢的综合性能钢的综合性能合金元素总量一般在合金元素总量一般在5%以下，其主要作用是提以下，其主要作用是提高钢的淬透性（高钢的淬透性（Cr、Mn、Si）和回火稳定性）和回火稳定性（Si）、进一步改善刀具的硬度和耐磨性）、进一步改善刀具的硬度和耐磨性强碳化物形成元素（如强碳化物形成元素（如W、V等）所形成的碳化等）所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外，还可细化基体晶粒、物除对耐磨性有提高作用外，还可细化基体晶粒、改善刀具的强韧性改善刀具的强韧性（二）低合金工具钢（二）低合金工具钢1.成分特点成分特点10PPT课件低合金工具钢的低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好淬透性和综合力学性能好性能特点性能特点仍不具备热硬性特点仍不具备热硬性特点可用于制造尺寸较大、形状较复杂、受力要求可用于制造尺寸较大、形状较复杂、受力要求较高的各种刀具。较高的各种刀具。由于其合金元素主要是淬透性元素，而不是强由于其合金元素主要是淬透性元素，而不是强碳化物形成元素如碳化物形成元素如W、Mo、V等。等。故刀具刃部的工作温度一般不超过故刀具刃部的工作温度一般不超过250否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢仍然属于力，因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢低速切削刃具钢。11PPT课件球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+低温回火低温回火2.加工过程、热处理及组织特点加工过程、热处理及组织特点与碳素工具钢相同，只是淬火介质为油（碳素与碳素工具钢相同，只是淬火介质为油（碳素工具钢为水）。工具钢为水）。使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）12PPT课件应用最多的是应用最多的是9SiCr，主要用于制造形状复杂、，主要用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。3.常用钢号及用途常用钢号及用途丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手13PPT课件（三）高速钢（高速切削刃具用钢）（三）高速钢（高速切削刃具用钢）高的热硬性高的热硬性：使刀具在高速切削时，刃部温度：使刀具在高速切削时，刃部温度上升到上升到600，其硬度仍维持在，其硬度仍维持在5560HRC以上以上高硬度和高耐磨性高硬度和高耐磨性：使切削时刀刃保持锋利：使切削时刀刃保持锋利（故也称（故也称“锋钢锋钢”）淬透性优良淬透性优良：在空气中冷却也可得到马氏体：在空气中冷却也可得到马氏体（故又称（故又称“风钢风钢”）1.性能特点性能特点广泛用于尺寸大、形状复杂、负荷重、工作温广泛用于尺寸大、形状复杂、负荷重、工作温度高的各种高速切削刀具。度高的各种高速切削刀具。14PPT课件高碳（高碳（0.701.5%C）：强化基体并形成各种碳：强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬度、耐磨性和热硬性化物来保证钢的硬度、耐磨性和热硬性Cr（4.0%左右）左右）：提高淬透性和回火稳定性，：提高淬透性和回火稳定性，增加钢的抗氧化、耐蚀性和耐磨性，并有微弱的增加钢的抗氧化、耐蚀性和耐磨性，并有微弱的二次硬化作用二次硬化作用W、Mo：产生二次硬化保证钢的热硬性，也有：产生二次硬化保证钢的热硬性，也有提高淬透性和热稳定性、并进一步改善钢的硬度提高淬透性和热稳定性、并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用和耐磨性的作用2.成分特点成分特点15PPT课件V：形成细小稳定的：形成细小稳定的VC来细化晶粒，同时也有来细化晶粒，同时也有加强热硬性、进一步提高硬度和耐磨性的作用加强热硬性、进一步提高硬度和耐磨性的作用Co、Al：是超硬高速钢中的非碳化物形成元素，：是超硬高速钢中的非碳化物形成元素，能进一步提高钢的热硬性和耐磨性能进一步提高钢的热硬性和耐磨性16PPT课件加工工艺路线：加工工艺路线：3.加工与热处理加工与热处理下料下料 锻造锻造 退火退火 机加工机加工 淬火淬火 高温回高温回火火 磨削磨削17PPT课件高速钢属于高速钢属于莱氏体钢莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组其铸态组织为亚共晶组织，织，有大量的不均匀分布的粗大的有大量的不均匀分布的粗大的鱼骨状共晶碳化鱼骨状共晶碳化物物，脆性大且无法热处理改善。，脆性大且无法热处理改善。W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织（1）锻造）锻造18PPT课件鱼骨状共晶碳化物鱼骨状共晶碳化物难于通过热处理来改善，显难于通过热处理来改善，显著降低钢的强韧性，引起工具的崩刃和脆断。著降低钢的强韧性，引起工具的崩刃和脆断。两轻一重两轻一重：即开始锻造和终止锻造时要轻锻，：即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间温度范围要重锻中间温度范围要重锻两均匀两均匀：即锻造过程中温度和变形量的均匀性：即锻造过程中温度和变形量的均匀性反复多向锻造反复多向锻造故要求进行严格的锻造以打碎粗大的鱼骨状碳故要求进行严格的锻造以打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中，其锻造要点：化物，使其均匀分布于基体中，其锻造要点：19PPT课件退火退火（机械加工）机械加工）淬火淬火 高温回火高温回火（550570高温回火高温回火24次）次）（2）热处理）热处理20PPT课件W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织退火目的：退火目的：预先热处理降低硬度，便于切削加工；预先热处理降低硬度，便于切削加工；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+颗粒状碳化物颗粒状碳化物21PPT课件W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织淬火目的：淬火目的：获得高合金元素含量的马氏体，因此获得高合金元素含量的马氏体，因此淬火温度高（淬火温度高（1200）淬火后组织：淬火后组织：M+未溶碳化物（未溶碳化物（10%）+A（20%）22PPT课件回火目的：回火目的：减少减少A以消除内应力、稳定组织以消除内应力、稳定组织析出析出W、Mo、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，Ms点上升，点上升，回火冷却回火冷却时，时，A转变为转变为M每次回火加热都使前一次的马氏体回火。每次回火加热都使前一次的马氏体回火。常用常用560三次回火。三次回火。回火时的组织变化：回火时的组织变化：23PPT课件W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织回火后的组织：回火后的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）24PPT课件Fe77W18Cr4V1C相图相图25PPT课件W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图26PPT课件不同状态下不同状态下W18Cr4V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27PPT课件常用钢号为常用钢号为W18Cr4V（18-4-1）和）和W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）。）。4.常用钢号及用途常用钢号及用途车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀主要用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、主要用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。钻头等。28PPT课件二、模具钢二、模具钢模具是用于进行压力加工的工具模具是用于进行压力加工的工具根据工作条件及用途不同，常分为根据工作条件及用途不同，常分为冷作模具冷作模具、热热作模具作模具和和成型模具成型模具（主要是塑料模）等三大类（主要是塑料模）等三大类模具品种繁多，性能要求也多种多样，可用于模模具品种繁多，性能要求也多种多样，可用于模具的钢种也很多具的钢种也很多如碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢、滚动如碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢、滚动轴承钢、不锈钢和某些结构钢等。轴承钢、不锈钢和某些结构钢等。29PPT课件在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作温度温度 200300模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦和摩擦主要失效形式是磨损，也常出现崩刃、断裂和变主要失效形式是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现象形等失效现象（一）冷作模具钢（一）冷作模具钢1.工作条件工作条件30PPT课件高硬度，一般为高硬度，一般为5862HRC高耐磨性高耐磨性足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力高淬透性、良好的切削加工性能、热处理变形高淬透性、良好的切削加工性能、热处理变形小小2.性能要求性能要求31PPT课件小尺寸、形状简单、受力不大的模具，可用碳素小尺寸、形状简单、受力不大的模具，可用碳素工具钢（工具钢（T10、T10A）和低合金工具钢（）和低合金工具钢（9SiCr、9Mn2V）制造）制造截面、受力大的冷作模具用截面、受力大的冷作模具用中、高铬模具钢中、高铬模具钢（Cr12、Cr12MoV）制造）制造3.常用钢种常用钢种32PPT课件高碳（高碳（1.4 2.3%C）：）：保证高硬度和高耐磨性保证高硬度和高耐磨性4.成分特点成分特点Cr与碳形成与碳形成M7C3型碳化物型碳化物，能极大提高钢的，能极大提高钢的耐磨性，同时耐磨性，同时Cr还显著提高钢的淬透性。还显著提高钢的淬透性。碳质量分数多在碳质量分数多在1.0%以上，个别钢种达到以上，个别钢种达到2.0%。加入加入Cr、Mo、W、V等合金元素：等合金元素：形成难熔碳形成难熔碳化物，提高耐磨性化物，提高耐磨性33PPT课件Cr12型模具钢也是型模具钢也是莱氏体钢莱氏体钢，需进行锻造、，需进行锻造、退火，目的同高速钢。退火，目的同高速钢。5.加工及热处理加工及热处理最终热处理为：最终热处理为：淬火淬火+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回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）34PPT课件使热态金属（固态或液态）成型的模具用钢。使热态金属（固态或液态）成型的模具用钢。（二）热作模具钢（二）热作模具钢1.工作条件工作条件热锻模工作部分的温度会升高到热锻模工作部分的温度会升高到300400，热，热挤压模可达挤压模可达500800，甚至近，甚至近1000，因交替，因交替加热冷却的温度循环产生加热冷却的温度循环产生交变热应力交变热应力承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、热应变和热承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、热应变和热应力应力热作模具常见的失效形式有高温氧化、变形、热作模具常见的失效形式有高温氧化、变形、磨损、开裂和热疲劳等。磨损、开裂和热疲劳等。35PPT课件高的热硬性和高温耐磨性高的热硬性和高温耐磨性高的抗氧化性能和耐蚀性高的抗氧化性能和耐蚀性高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大的热锻模钢的热锻模钢高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏高的淬透性和良好的导热性高的淬透性和良好的导热性2.性能要求性能要求36PPT课件中碳（中碳（0.30.6%C）：）：保证高强度、高韧性、较保证高强度、高韧性、较高的硬度（高的硬度（3552 HRC）和较高的热疲劳抗力）和较高的热疲劳抗力Cr、Ni、Mn、Si等：等：3.成分特点成分特点Cr主要提高淬透性，和主要提高淬透性，和Ni一起提高回火稳定性一起提高回火稳定性Ni强化铁素体，增加钢的韧性，与强化铁素体，增加钢的韧性，与Cr、Mo一起一起提高钢的淬透性和耐热疲劳性能提高钢的淬透性和耐热疲劳性能Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温强度还能防止第二类回火脆性，提高高温强度和回火稳定性。和回火稳定性。Mo、W、V等：等：产生二次硬化产生二次硬化37PPT课件5CrNiMo用于大型热锻模、用于大型热锻模、5CrMnMo用于中小用于中小型热锻模型热锻模热处理同调质钢相似：热处理同调质钢相似：830850淬火淬火 490650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回回4.常用钢种常用钢种（1）热锻模钢）热锻模钢38PPT课件热镦模热镦模凸缘模凸缘模39PPT课件中碳（中碳（0.30.4%C），合金元素作用同高速钢），合金元素作用同高速钢典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V，为，为过共析钢过共析钢（2）压铸模钢）压铸模钢W、Cr提高抗热疲劳性能。提高抗热疲劳性能。淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）40PPT课件汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模41PPT课件三、量具钢三、量具钢塞规塞规制造各种量具用钢，制造各种量具用钢，如千分尺、卡尺、块规、如千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。1.用途用途42PPT课件由于量具使用过程中与被测零件接触，常受到工由于量具使用过程中与被测零件接触，常受到工件的摩擦与碰撞件的摩擦与碰撞且本身须具备极高的尺寸精度和稳定性且本身须具备极高的尺寸精度和稳定性2.性能要求性能要求高硬度（高硬度（5864HRC）和高耐磨性）和高耐磨性高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性（要求组织稳定性高）（要求组织稳定性高）一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性故量具钢应具备以下性能：故量具钢应具备以下性能：43PPT课件T10A、T12A、9SiCr：制造尺寸小、形状简单制造尺寸小、形状简单的量具的量具CrWMn：淬透性较高、淬火变形小，制造高精淬透性较高、淬火变形小，制造高精度且形状复杂的量规和块规度且形状复杂的量规和块规滚动轴承钢滚动轴承钢GCr15：耐磨性、尺寸稳定性较好，耐磨性、尺寸稳定性较好，制造高精度块规、螺旋塞头、千分尺制造高精度块规、螺旋塞头、千分尺不锈钢不锈钢9Cr18、4Cr13：腐蚀介质中使用的量具腐蚀介质中使用的量具3.常用量具用钢常用量具用钢44PPT课件1）预备热处理采用球化退火或调质处理）预备热处理采用球化退火或调质处理4.热处理特点热处理特点以减小变形，这对形状复杂的量具更为重要。以减小变形，这对形状复杂的量具更为重要。2）在保证力学性能的前提条件下降低淬火温度，）在保证力学性能的前提条件下降低淬火温度，尽量不采用等温淬火或分级淬火工艺尽量不采用等温淬火或分级淬火工艺减少减少A的生成。的生成。45PPT课件3）淬火后立即进行）淬火后立即进行冷处理（冷处理（80）减小减小A4）延长回火时间；回火或磨削之后进行长时间的）延长回火时间；回火或磨削之后进行长时间的低温时效处理低温时效处理消除内应力，降低马氏体的正方度。消除内应力，降低马氏体的正方度。46PPT课件举例：举例：高精度块规，作为校正其它量具的长度标高精度块规，作为校正其它量具的长度标准，要求有极好的尺寸稳定性准，要求有极好的尺寸稳定性材料：材料：GCr15（或（或CrWMn）钢）钢经过处理的块规，一年内每经过处理的块规，一年内每10mm长度的尺寸长度的尺寸变量不超过变量不超过0.10.2 m。47PPT课件第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢是指具有某些特殊物理、化学或力特殊性能钢是指具有某些特殊物理、化学或力学性能的钢种。学性能的钢种。不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢 其类型很多，在工程上常用的主要有：其类型很多，在工程上常用的主要有：48PPT课件一、不锈钢一、不锈钢不锈钢通常是不锈钢通常是不锈钢不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢）和蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢耐酸钢（耐酸、碱、盐等强（耐酸、碱、盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的统称，全称腐蚀介质腐蚀的钢）的统称，全称不锈耐酸钢不锈耐酸钢广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业原子能等行业工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占占GNP的的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400亿元以上亿元以上49PPT课件化学腐蚀：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：金属材料在电解质溶液中发生原电金属材料在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，腐蚀过程中池作用而破坏的过程，腐蚀过程中有电流有电流产生产生1.金属的腐蚀金属的腐蚀如金属在大气条件下的锈蚀，在电解液中的腐如金属在大气条件下的锈蚀，在电解液中的腐蚀等。蚀等。电化学腐蚀是主要的腐蚀形式。电化学腐蚀是主要的腐蚀形式。50PPT课件51PPT课件不同组织、成分、应力区域之间都可以构成不同组织、成分、应力区域之间都可以构成微微电池电池。52PPT课件53PPT课件1）减少原电池形成的可能性，使金属材料具有均）减少原电池形成的可能性，使金属材料具有均匀的匀的单相组织单相组织2）阳极保护：阳极保护：升高金属材料的电极电位，当电位升高金属材料的电极电位，当电位高于高于致钝电位致钝电位时，使金属钝化时，使金属钝化3）阴极保护：阴极保护：降低金属材料的电位降低金属材料的电位2.防止电化学腐蚀的措施防止电化学腐蚀的措施54PPT课件1）低碳：低碳：碳含量高会降低耐蚀性，耐蚀性要求愈碳含量高会降低耐蚀性，耐蚀性要求愈高，碳含量应愈低高，碳含量应愈低3.成分特点成分特点大多数不锈钢的碳质量分数为大多数不锈钢的碳质量分数为0.10.2%。对碳质量分数高（对碳质量分数高（0.850.95%）的不锈钢应提）的不锈钢应提高高Cr含量。含量。55PPT课件2）Cr：是提高耐蚀性最主要的元素：是提高耐蚀性最主要的元素形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜Cr含量大于含量大于13%时，形成单相铁素体组织时，形成单相铁素体组织提高基体电极电位（提高基体电极电位（n/8规律）规律）56PPT课件铬质量分数对铬质量分数对FeCr合金电极电位的影响合金电极电位的影响（大气条件）（大气条件）57PPT课件3）Ni：获得单相奥氏体组织：获得单相奥氏体组织，显著提高耐蚀性；，显著提高耐蚀性；或形成奥氏体或形成奥氏体+铁素体组织，热处理后提高钢铁素体组织，热处理后提高钢的强度的强度4）Ti、Nb：优先同碳形成稳定碳化物，使优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留保留在基体中，避免晶界贫铬，在基体中，避免晶界贫铬，减轻钢的晶界腐蚀减轻钢的晶界腐蚀倾向倾向晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大。很大。58PPT课件晶间腐蚀破坏晶间腐蚀破坏304不锈钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架59PPT课件奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量含量降到降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀以下，在介质作用下发生强烈腐蚀加加Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的形成不易溶于奥氏体的碳化物，避免晶界贫碳化物，避免晶界贫Cr。60PPT课件5）Mo、Cu：Cr在盐酸、稀硫酸和碱溶液中钝化在盐酸、稀硫酸和碱溶液中钝化能力差，能力差，Mo、Cu等元素可提高在非氧化性酸等元素可提高在非氧化性酸中的耐蚀性中的耐蚀性6）Mn、N：部分取代部分取代Ni以获得奥氏体组织，并能以获得奥氏体组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性61PPT课件主要是主要是Cr13型不锈钢，钢号为型不锈钢，钢号为1Cr134Cr13。4.常用不锈钢常用不锈钢（1）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢此类钢只在氧化性介质中（如大气、海水、氧化此类钢只在氧化性介质中（如大气、海水、氧化性酸）耐蚀性酸）耐蚀而在非氧化性介质中（如盐酸、碱溶液等）耐蚀而在非氧化性介质中（如盐酸、碱溶液等）耐蚀性很低性很低钢的耐蚀性随铬含量降低和碳含量增加而降低钢的耐蚀性随铬含量降低和碳含量增加而降低钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善62PPT课件1Cr13、2Cr13：具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及：具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能良好的综合力学性能汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮采用采用调质处理调质处理，使用状态下的组织：，使用状态下的组织：S回回用于要求塑韧性较高的耐蚀件用于要求塑韧性较高的耐蚀件如汽轮机叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺如汽轮机叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等。帽等。63PPT课件3Cr13、4Cr13：强度、硬：强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀度和耐磨性提高，但耐蚀性降低性降低医疗器械医疗器械淬火淬火+低温回火热处理，低温回火热处理，使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回制作具有较高硬度和耐磨制作具有较高硬度和耐磨性的医疗器械、量具、滚性的医疗器械、量具、滚珠轴承等珠轴承等64PPT课件 典型钢号有典型钢号有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。等。（2）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢成分：成分：高铬低碳高铬低碳（0.15%C、1230%Cr），耐），耐蚀性优于马氏体不锈钢蚀性优于马氏体不锈钢Cr是铁素体形成元素，致使此类钢从室温到高温是铁素体形成元素，致使此类钢从室温到高温（1000左右）均为单相铁素体左右）均为单相铁素体无无 相变，不能进行热处理强化，可用形变强相变，不能进行热处理强化，可用形变强化提高强度化提高强度65PPT课件475脆化：脆化：加热到加热到450550停留，产生脆化；停留，产生脆化；再加热到再加热到600快冷可消除快冷可消除 相脆化：相脆化：在在600800长期加热时，析出硬而长期加热时，析出硬而脆的脆的 相相组织：组织：退火或正火状态下使用，退火或正火状态下使用，单相铁素体单相铁素体性能特点：性能特点：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好但有脆化倾向：但有脆化倾向：66PPT课件主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的化工主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的化工设备、容器和管道等设备、容器和管道等合成氨厂合成氨厂硝酸生产装置硝酸生产装置如耐硝酸、磷酸结构和抗氧化结构等。如耐硝酸、磷酸结构和抗氧化结构等。67PPT课件成分：成分：在在Cr18Ni8（18-8）基础上发展起来的）基础上发展起来的（3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢低碳低碳（0.12%），耐蚀性很好），耐蚀性很好高铬高铬（1725%）和）和较高镍较高镍（829%）常加入常加入Ti或或Nb，以防止晶间腐蚀，以防止晶间腐蚀68PPT课件此类钢具有此类钢具有最佳的耐蚀性最佳的耐蚀性，但相应地价格也较高，但相应地价格也较高高的塑韧性、耐热性，无磁性高的塑韧性、耐热性，无磁性良好的冷塑性加工性和焊接性能良好的冷塑性加工性和焊接性能强度、硬度低，可用形变强化提高强度强度、硬度低，可用形变强化提高强度性能特点性能特点形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。69PPT课件固溶处理：固溶处理：将钢加热至将钢加热至10501150使碳化物充使碳化物充分溶解，然后水冷，获得单相奥氏体组织分溶解，然后水冷，获得单相奥氏体组织奥氏体不锈钢的奥氏体不锈钢的热处理热处理碳不再同铬形成碳化物，有效地消除晶界贫铬，碳不再同铬形成碳化物，有效地消除晶界贫铬，避免晶间腐蚀产生。避免晶间腐蚀产生。稳定化处理稳定化处理（用于含钛或铌的不锈钢）：（用于含钛或铌的不锈钢）：固溶处理后，加热到固溶处理后，加热到850880，使钢中铬的碳，使钢中铬的碳化物完全溶解，钛、铌的碳化物不完全溶解化物完全溶解，钛、铌的碳化物不完全溶解然后缓慢冷却，让碳化钛、碳化铌充分析出然后缓慢冷却，让碳化钛、碳化铌充分析出70PPT课件大型化工储罐，大型化工储罐，304（0Cr18Ni9）常用牌号：常用牌号：1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9等，广泛用于化工设备及管道等，广泛用于化工设备及管道71PPT课件反应釜，反应釜，316L（00Cr17Ni14Mo2）蒸发器（蒸发器（316L）72PPT课件发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹奥氏体不锈钢易发生奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀应力腐蚀，即在特定合金，即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏应力腐蚀易在含应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树的介质中发生，裂纹为树枝状。枝状。73PPT课件二、耐热钢二、耐热钢在高温下具有高的在高温下具有高的热化学稳定性热化学稳定性和和热强性热强性的特殊的特殊钢称之为耐热钢钢称之为耐热钢广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）、石油及化工机械与设备等高温条件工作燃机）、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件的零件74PPT课件常用常用Cr、Al、Si抗氧化性元素在钢表面生成致抗氧化性元素在钢表面生成致密稳定连续而牢固的密稳定连续而牢固的Cr2O3、Al2O3、SiO2氧化氧化膜膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性微量稀土元素如钇（微量稀土元素如钇（Y）、镧（）、镧（La）等，能防止）等，能防止高温晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧高温晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性化性金属表面渗金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性也有效提高钢抗氧化性1.性能要求性能要求（1）高的抗氧化性）高的抗氧化性75PPT课件持久强度持久强度:材料在高温长期载荷下对断裂的抗力材料在高温长期载荷下对断裂的抗力蠕变极限：蠕变极限：材料在高温下对低于材料在高温下对低于 s的长期载荷发的长期载荷发生的及其缓慢的塑性变形（即蠕变）的抗力生的及其缓慢的塑性变形（即蠕变）的抗力（2）高的热强性）高的热强性以以 表示表示700下经下经1000h产生产生0.2%残余残余变形量的最大应力。变形量的最大应力。以以 表示在表示在500下经下经10000h发生断裂的发生断裂的应力值。应力值。高温力学性能指标有：高温力学性能指标有：76PPT课件基体固溶强化元素基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等：等：形成单形成单相组织并提高再结晶温度相组织并提高再结晶温度第二相沉淀强化元素第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等：等：提高高温强度的途径提高高温强度的途径形成细小弥散分布的稳定碳化物形成细小弥散分布的稳定碳化物VC、TiC、NbC，或稳定性更高的金属间化合物，或稳定性更高的金属间化合物Ni3Ti、Ni3Nb、Ni3Al获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性微量晶界强化元素微量晶界强化元素B与稀土元素：与稀土元素：起净化晶界或起净化晶界或填充晶界空位降低晶界能量的作用填充晶界空位降低晶界能量的作用77PPT课件碳元素的作用：碳元素的作用：扩大扩大 相区，对钢有强化作用相区，对钢有强化作用但碳质量分数较高时，由于但碳质量分数较高时，由于碳化物在高温下易聚碳化物在高温下易聚集集，使高温强度显著下降，使高温强度显著下降同时，碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降同时，碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降低低耐热钢的碳质量分数一般都不高。耐热钢的碳质量分数一般都不高。78PPT课件常用钢号：常用钢号：15CrMo、12Cr1MoV，是，是低合金钢低合金钢合金元素作用：合金元素作用：2.常用耐热钢常用耐热钢（1）珠光体耐热钢）珠光体耐热钢Cr提高抗氧化性提高抗氧化性Mo提高热强性：固溶于基体，提高提高热强性：固溶于基体，提高T再再V弥散强化弥散强化79PPT课件锅炉管锅炉管热处理：热处理：正火正火组组 织：织：细片细片P+F用用 途：途：600以下的锅炉零件，压力容器，热以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等交换器等80PPT课件（2）马氏体耐热钢）马氏体耐热钢常用钢号：常用钢号：1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2等等合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性Mo提高热强性：固溶于基体，提高提高热强性：固溶于基体，提高T再再V弥散强化弥散强化热处理：热处理：调质调质组组 织：织：S回回81PPT课件汽车阀门汽车阀门汽轮机叶片汽轮机叶片1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽轮机叶片以下汽轮机叶片4Cr9Si2是汽车阀门用钢是汽车阀门用钢用途：用途：82PPT课件在奥氏体不锈钢的基础上加在奥氏体不锈钢的基础上加W、Mo、V、Ti、Nb、Al等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳化物或金属间化合物化物或金属间化合物（3）奥氏体耐热钢）奥氏体耐热钢具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热强具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热强性和抗氧化性性和抗氧化性此外还有高的塑性、韧性及良好可焊性、冷塑性此外还有高的塑性、韧性及良好可焊性、冷塑性成型性成型性83PPT课件过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱常用常用1Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo等等使用状态为使用状态为固溶处理状态固溶处理状态或或时效处理状态时效处理状态，组织，组织为单相奥氏体为单相奥氏体用于工作用于工作高达高达800的各类紧固件与汽轮机叶片、的各类紧固件与汽轮机叶片、发动机气阀、过热器管道等发动机气阀、过热器管道等84PPT课件三、耐磨钢三、耐磨钢用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，目前尚未形用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，目前尚未形成独立的钢类成独立的钢类广义上，高碳工具钢、一部分结构钢（主要是硅、广义上，高碳工具钢、一部分结构钢（主要是硅、锰结构钢）及合金铸钢均可用于制造耐磨零件锰结构钢）及合金铸钢均可用于制造耐磨零件其中最重要的是其中最重要的是高锰耐磨钢高锰耐磨钢，主要钢号为，主要钢号为ZGMn13这类钢用于承受严重磨损和强烈冲击的零件这类钢用于承受严重磨损和强烈冲击的零件如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机腭板和铁轨如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机腭板和铁轨分道叉等，要有很高的耐磨性和韧性。分道叉等，要有很高的耐磨性和韧性。85PPT课件1）高碳高碳（1.01.3%）：保证钢的耐磨性和强度）：保证钢的耐磨性和强度1.成分特点成分特点但碳过高时韧性下降，碳质量分数不超过但碳过高时韧性下降，碳质量分数不超过1.4%。2）高锰高锰（1114%）：）：Mn扩大奥氏体区，保证完扩大奥氏体区，保证完全获得奥氏体组织全获得奥氏体组织3）Si（0.30.8%）：改善钢水流动性、固溶强化）：改善钢水流动性、固溶强化含量太高，易导致晶界出现碳化物。含量太高，易导致晶界出现碳化物。86PPT课件高锰钢极易产生加工硬化，机械加工困难高锰钢极易产生加工硬化，机械加工困难但铸造性能好，故一般采用铸造成形但铸造性能好，故一般采用铸造成形铸态组织：铸态组织：粗大粗大A+碳化物网，性能硬而脆碳化物网，性能硬而脆2.热处理及组织热处理及组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件87PPT课件固溶处理固溶处理：将钢加热到：将钢加热到1100，使碳化物溶入奥，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬后得到单相奥氏体氏体，并进行水淬后得到单相奥氏体高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织此时韧性很高，硬度低，故又称此时韧性很高，硬度低，故又称“水韧处理水韧处理”。88PPT课件加工硬化：加工硬化：在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500550，获得高耐磨性，获得高耐磨性而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力89PPT课件高锰钢广泛用于高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击既要求耐磨又要求耐冲击的零件的零件3.使用及用途使用及用途颚式破碎机颚式破碎机挖掘机挖掘机如坦克、挖掘机、拖拉机的履带板、球磨机衬如坦克、挖掘机、拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。90PPT课件