工程材料及熱加工合金鋼

1、工程材料及熱加工合金鋼第1頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三在鋼中加入一定量的一種或幾種元素，以提高鋼的某些性能，這種鋼為合金鋼所加元素為合金元素。碳鋼的局限性：綜合力學(xué)性能低淬透性低抗腐蝕性低、抗氧化性較差第2頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三一、合金元素在鋼中的作用及鋼的分類1、合金元素在鋼中的作用1.1合金元素對鋼組織轉(zhuǎn)變的影響改變鐵碳相圖：細(xì)化奧氏體晶粒：難熔化合物改變C曲線：右移，下移提高回火抗力：1.2合金元素對鋼力學(xué)性能的影響固溶強化：F第二相強化：彌散強化細(xì)化組織強化：碳化物提高位錯密度強化：第3頁，共64頁，2022年，5月20日，

2、20點4分，星期三2、合金鋼的分類按合金元素的種類分：Mn、Si、Cr鋼按合金元素的含量分：低合金鋼中合金鋼高合金鋼按合金鋼的用途分：合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼專業(yè)用鋼第4頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3、合金鋼的編號3.1基本原則：以鋼中含碳量及合金元素的種類和數(shù)量命名。3.2合金結(jié)構(gòu)鋼：含碳量：萬分之一。 45鋼表示含碳量為0.45%合金量：用元素符號和腳標(biāo)，腳標(biāo)數(shù)字表示此元素的名義百分含量。高級優(yōu)質(zhì)后加“A”。3.3合金工具鋼含碳量：千分之一；（1%不標(biāo)；高速鋼不標(biāo)）合金量：用元素符號和腳標(biāo)，腳標(biāo)數(shù)字表示此元素的名義百分含量。 9SiCr 、 W18Cr4V

3、第5頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.4特殊性能鋼含碳量：千分之一。當(dāng)含碳量0.08% 冠以0；當(dāng)含碳量0.03%冠以00。合金量：同上。 00Cr18Ni10 0Cr19Ni93.5滾動軸承鋼冠以G含碳量不標(biāo)含Cr量以千分之一為單位 GCr15第6頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三二、合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)用鋼1、低合金結(jié)構(gòu)鋼 又稱低合金高強度鋼，英文縮寫HSLA鋼。從成分上看其為含低碳低合金元素鋼種，是為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)（如大型橋梁，壓力容器及船舶等）以減輕結(jié)構(gòu)重量，提高可 靠性及節(jié)約材料的需要而發(fā)展起來的。1.1性能要求 工作特點：使用時不作相對

4、運動，長期承受靜載作用，有一定溫度與環(huán)境要求。有足夠抗塑性變形和抗斷裂能力（ s 和 b 較高， 及較大， 且缺口敏感性和冷脆傾向小等）。有一定耐大氣，海水等環(huán)境腐蝕能力。良好的冷變形和焊接性能。第7頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1.2成分特點含碳量低（0.2%），合金含量低（ 3% ）主加元素為：Mn（固溶強化；細(xì)化晶粒）輔加元素為：V、Ti、Nb、AL（細(xì)化晶粒；沉淀強化） Cr、Au、P（抗腐蝕）1.3使用在熱軋態(tài)空冷或正火態(tài)使用，不需要進(jìn)行強化熱處理；特殊情況也有在淬火回火態(tài)使用。組織一般為大量鐵素體+少量珠光體。1.4常用鋼種第8頁，共64頁，2022年，5

5、月20日，20點4分，星期三第9頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼是用來制作各種機(jī)器零件的鋼種，是機(jī)械制造行業(yè)中用量最多的鋼種?？煞譃椋赫{(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼等用途對不重要的機(jī)器零件，當(dāng)綜合力學(xué)性能要求不高時可選用中碳鋼，經(jīng)正火即可。綜合力學(xué)性能要求較高的零件，可選用調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)即可。表面要求耐磨，心部要求較高強韌性的零件，可選用滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火即可。對要求有高的彈性極限和疲勞強度的彈簧，可選用高碳鋼，經(jīng)淬火、中溫回火即可。第10頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1、調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼就是經(jīng)過淬火加高溫回火處

6、理而使用的結(jié)構(gòu)鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體（ S回）。這種組織有良好的綜合機(jī)械性能，即高強韌性的統(tǒng)一。1.1性能要求高的屈服強度及疲勞極限；良好的韌性、塑性；局部表面有一定耐磨性；較好的淬透性。1.2成分特點含碳量中等（0.3% 0.5% ）（過高過低均不好）主加元素為：Mn、Cr、Ni、Si（淬透性；）輔加元素為：W、Mo、V、Ti（細(xì)化晶粒；回火抗力）第11頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1.3調(diào)質(zhì)鋼的熱處理及加工工藝調(diào)質(zhì)處理：淬火加高溫回火。組織為 S回，這種組織有良好的綜合機(jī)械性能，即高強韌性的統(tǒng)一。典型加工工藝路線：下料- 鍛造-預(yù)備熱處理-粗加工-調(diào)質(zhì)

7、精加工-局部感應(yīng)淬火-磨削精加工- 裝配1.4常用鋼種第12頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第13頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2、滲碳鋼滲碳鋼即需要滲碳表面強化的鋼。2.1性能要求 滲碳鋼，及由其制作的零件在滲碳熱處理后才使用。這種零件工作時，除要求較高強度可靠性外，還常常受到較大的表面磨擦和沖擊作用，故其性能要求： 有一定的強度和塑性，以抵抗拉伸，彎曲，扭轉(zhuǎn)等變形破壞；要求表面有較高的硬度和耐磨性，以抵抗磨損及表面接觸疲勞破壞；有較高的韌性以承受強烈的沖擊作用；當(dāng)外載是循環(huán)作用時，要求零件有好的抗疲勞破壞能力。第14頁，共64頁，2022年

8、，5月20日，20點4分，星期三2.2成分特點含碳量低（0.1% 0.25% ）主加元素為：Cr、Mn、Ni、 B 、 Mo、Ti（Cr、Ni、Mn、B等提高材料的淬透性；強化鐵素體；而Mo、Ti等碳化物形成元素則可通過鑒定形成細(xì)小彌散的穩(wěn)定碳化物而細(xì)化晶粒，提高強度，韌性）如含碳基本相同的20、20Cr、20CrMnTi鋼，其淬透性依次增加，且強韌性也大大加強，用其制造的零件的性能也大大提高。2.3滲碳鋼的熱處理及加工工藝熱處理：一般滲碳后進(jìn)行淬火+低回，表面得到高碳回火M及細(xì)小碳化物，從而保證性能（硬度、耐磨性）。而心部組織可能是低碳回火M、低碳回火M+B、T，從而保證心部性能（強度與塑韌

9、性的配合） 。 第15頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三滲碳后的淬火直接淬火：預(yù)冷淬火（高淬透性）一次淬火：滲碳空冷后，淬表面。二次淬火：滲碳空冷后，第一次淬心部，第二次淬表面。典型加工工藝路線 材料為20CrMnTi下料-鍛造-正火-機(jī)械加工齒形-滲碳（930）-預(yù)冷淬火（830 ）-低溫回火（200 ）-磨削精加工-裝配2.4常用鋼種第16頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第17頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第18頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3、彈簧鋼制造彈簧或類似彈簧性能零件的鋼種稱為彈簧鋼

10、。3.1性能要求主要作用是：間斷吸收沖擊能量，緩和機(jī)械振動及沖擊作用以及周期性貯存能量。常用零件如汽車疊板彈簧，儀表彈簧，汽閥彈簧等。主要失效形式為疲勞斷裂和由于發(fā)生塑性變形而失去彈性。因此其性能要求為：高的屈服強度，疲勞強度和高的屈強比；一定的塑性和韌性；保證組織性能均勻，要求材料淬透性好；另外在高溫或腐蝕介質(zhì)下工作時，材料應(yīng)有好的環(huán)境穩(wěn)定性。第19頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.2成分特點含碳量較高，一般為(0.50.9)%，碳素彈簧鋼取上限，但碳量不宜過高，否則材料變脆；主加元素為： Si、Mn（提高淬透性、強化F、提高回火穩(wěn)定性）輔加元素為：Cr、W、V 克

11、服Si、Mn鋼的不足（如易過熱，有石墨化傾向）。3.3彈簧鋼的熱處理及加工工藝 彈簧鋼按其成形方法分為冷成型（強化后成形）及熱成形（成形后強化）兩類。其相應(yīng)加工和熱處理工藝為：第20頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三冷成形彈簧： 對小型彈簧（如絲經(jīng)小于(810)mm的螺旋彈簧或鋼帶），一般在熱處理強化后冷拔或冷卷成形。為改善塑性提高強度，一般應(yīng)在成形前等溫冷卻得到均勻細(xì)珠光體組織（如鉛浴(450550 ）等溫淬火冷拔鋼絲工藝）或在冷拔工序中加入680 中間退火（冷拔鋼絲工藝）；冷成形而在冷成形完成后必須要進(jìn)行一次消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸并提高彈性極限的定型處理，處理溫度為(2

12、50300 ）， 保溫(12)h。冷成形后彈簧直徑越小強化效果越好，強度極限可達(dá)1600MPa以上，且表面質(zhì)量好。第21頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2) 熱成形彈簧：對于中大型彈簧一般應(yīng)加熱至奧氏體區(qū)進(jìn)行熱卷成型，并使成形溫度略高于淬火溫度，利用余熱淬火，然后進(jìn)行中溫回火（ 回火溫度(350450），得到回火屈氏體組織，保證了高的彈性極限和足夠韌性。對熱成形彈簧，由于加熱過程易造成表面氧化和脫碳等缺陷，故一般還要補充進(jìn)行一道表面噴丸處理，這樣可大大提高其疲勞強度和壽命。如汽車板簧用60Si2Mn鋼熱成型后，經(jīng)噴丸處理可使其壽命提高(35)倍。3.4常用鋼種第22頁，

13、共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第23頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3、滾動軸承的鋼用于制造滾動軸承的鋼稱為軸承鋼。3.1性能要求滾動軸承主要由內(nèi)套、外套、滾動體及保持架組成，除保持架常用低碳鋼（08鋼）板沖制成型外，均由軸承鋼制成。高速運轉(zhuǎn)的滾動軸承工作時，實際受載面積很小，有很高的集中交變載荷的作用；接觸部位不僅有滾動摩擦，還有滑動摩擦。因此其工作時要求：高而均勻的表面硬度（HRC 6165）以提高耐磨性；高的彈性極限和接觸疲勞強度；足夠的韌性和淬透性；良好的組織和尺寸穩(wěn)定性（尤其對精密軸承）；一定的耐蝕性。第24頁，共64頁，2022年，5月

14、20日，20點4分，星期三3.2成分特點含碳量較高，一般為(0.951.1)%，碳素彈簧鋼取上限，但碳量不宜過高，否則材料變脆；主加元素為： Cr 輔加元素為： Si、Mn Cr、Si、Mn的主要作用是提高淬透性，強化鐵素體，提高碳化物穩(wěn)定性；同時細(xì)化組織，提高回火穩(wěn)定性。但合金含量過高會使殘余奧氏體Ar增多，導(dǎo)致鋼硬度和零件的尺寸穩(wěn)定性降低；軸承鋼高的接觸疲勞性能要求對材料微小缺陷十分敏感，故材料中的非金屬夾雜應(yīng)盡量避免，即應(yīng)大大提高其冶金質(zhì)量，嚴(yán)格控制其S、P含量（S0.02%，P0.02%）。第25頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.3常用軸承鋼的加工工藝及熱處理

15、正火、球化退火、淬火、低溫回火 以常用的GCr15鋼為例，其加工工藝過程為：鍛造-正火+球化退火-機(jī)械粗加工-淬火+冷處理-低溫回火-磨削-去應(yīng)力回火 軸承鋼鍛造組織為索氏體+少量粒狀二次滲碳體，硬度HB（255340）。正火的目的是細(xì)化組織并消除鍛造缺陷；球化退火目的是降低硬度（(HB210）便于切削加工，同時為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備（球狀珠光體）。GCr15淬火溫度嚴(yán)格為(84010) ，油淬（得到隱晶馬氏體）后立即于-60-80低溫冷處理；再低溫回火，溫度為(150160) ，時間為 (23)h，此時其顯微組織為回火馬氏體+細(xì)小彌散碳化物?；鼗鸬哪康闹饕窍齼?nèi)應(yīng)力，提高韌性，穩(wěn)定組織和

16、尺寸。磨削后的時效在120150 進(jìn)行(23)h，目的是進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸并消除磨削應(yīng)力。第26頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.4常用鋼種第27頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三三、合金工具鋼定義：制造各種加工和測量工具的鋼稱工具鋼。分類：按其加工用途分為刃具、量具和模具用鋼按成分不同也可分為碳素工具鋼、低合金工具鋼及高速鋼。合金化特點：有較高的含碳量（0.71.3%）。（高硬度，高耐磨性及較高溫度下的強硬性）常加入合金元素Cr、W、Mo、V等，甚至是高含量的。（提高高溫硬度和耐磨性、淬透性及防止其變形）為保證工具鋼優(yōu)秀性能，尤其是較好塑性韌性，鋼

17、中雜質(zhì)含量尤其是S、P含量必須嚴(yán)格限制第28頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三加工工藝過程坯料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理精加工及表面處理裝配 由于工具鋼一般含有較高的碳含量，其鑄態(tài)組織常含有網(wǎng)狀碳化物等缺陷；而當(dāng)合金元素含量高時甚至出現(xiàn)共晶組織，因此工具鋼必須進(jìn)行嚴(yán)格而充分的鍛造熱加工，以完全消除其鑄造缺陷。而預(yù)備熱處理一般為球化退火（或正火+球化退火）獲得球狀珠光體，這主要是為降低材料硬度以利于切削加工，也是為最終熱處理進(jìn)行必需的組織準(zhǔn)備；當(dāng)鍛造冷卻后材料的組織不均勻或有網(wǎng)狀碳化物時，預(yù)備熱處理應(yīng)為正火+球化退火。工具鋼的最終熱處理工藝則主要由工具使用時的性能需求

18、而定。第29頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1、低合金刃具鋼1.1工作條件及性能要求刃部不僅會與被切削材料及切屑發(fā)生強烈摩擦而發(fā)熱（溫度甚至高于500）；同時還由于切削材料不均勻以及機(jī)械原因，使不同方向切削力變化而對刃具產(chǎn)生沖擊和震動，因而要求刃具材料：高硬度、高耐磨性：一般其硬度HRC60，應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件硬度并保證強化相數(shù)量多，分布均勻且穩(wěn)定。 高的紅硬性：紅硬性是指鋼在受熱條件下仍能保持足夠高的硬度和切削能力的特性。工具的紅硬性可以用多次高溫回火（如600 ）后在室溫下測得的硬度值表示；或以保持材料一定的高硬度（如HRC60）而能使用的最高回火溫度表示。因此這也表示

19、鋼抵抗多次高溫回火軟化的能力， 即是一個回火抗力問題，即高的紅硬性要求鋼有高的回火抗力。一定的強韌性：為保證刃具在工作中受到拉壓彎扭和沖擊等作用時不折斷，不崩刃，刃具具有一定的韌性是必須的。第30頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1.2成分特點含碳量較高，一般為(0.851.5)%（M、合金碳化物）主加元素為Cr、W、Si、Mn、V等，（淬透性、回火抗力，細(xì)化晶粒。 ）1.3加工工藝及熱處理坯料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理精加工及表面處理裝配預(yù)備熱處理- 即在機(jī)加工之前進(jìn)行正火及球化退火，組織為鐵素體F + 細(xì)小均布的粒狀滲碳體，硬度HB217；最終熱處理- 淬火+低

20、溫回火，組織為M回 + 粒狀滲碳體+少量Ar（28%），硬度達(dá)HRC6065。第31頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1.4常用鋼種第32頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第33頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第34頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2、高速鋼低合金刃具鋼基本上解決了碳素工具鋼淬透性低耐磨性不足的缺點；紅硬性也有一定程度提高，但仍滿足不了高速切削和高硬度材料的加工的生產(chǎn)需求。為適應(yīng)高速切削，發(fā)展了高速鋼，其紅硬性可達(dá)600以上，強度比碳素工具鋼提高(3050)%。高速鋼按其成分特點可分為鎢

21、系、鉬系和鎢鉬系等，如常用的有鎢系鋼W18Cr4V（即18-4-1），鎢鉬系鋼W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）等。第35頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2.1成分特點高碳：含碳量為(0.71.65)%，其作用是保證基體能溶入足夠的碳獲得高碳馬氏體，與碳化物形成元素W、Mo、V、Cr等形成足量碳化物，細(xì)化晶粒，增大耐磨性。W、Mo：主要用于提高鋼的紅硬性。含大量W、Mo的馬氏體有高的回火穩(wěn)定性；且在500600回火時析出彌散細(xì)小穩(wěn)定的特殊碳化物，具有二次硬化效應(yīng)，大大提高了材料的高溫強度和耐磨性。Cr：主要在奧氏體化時溶入奧氏體，大大提高鋼的淬透性；同時回火時也能形

22、成細(xì)小的碳化物，提高材料的耐磨性。V：其碳化物十分穩(wěn)定，能會細(xì)化奧氏體晶粒；并提高耐磨性、紅硬性。 生產(chǎn)中還常向鋼中加入Ti、Co、Al、B等合金元素，它們都以提高材料硬度和紅硬性為主要目的。第36頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2.2加工工藝及熱處理坯料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理精加工及表面處理裝配鍛造：高速鋼中大量合金元素的存在使其鑄態(tài)含有大量共晶萊氏體，共晶碳化物呈魚骨狀，脆性大，用熱處理方法是不能消除的。一般通過反復(fù)鍛造打碎，并使之均勻。高速鋼鍛后必須緩冷。第37頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三球化退火：鍛后進(jìn)行球化退火，消除了內(nèi)應(yīng)

23、力，獲得的索氏體+粒狀碳化物組織，硬度為HB(207255)，可以進(jìn)行機(jī)械加工。淬火：淬火溫度高達(dá)(12501300) ，保證有足夠碳化物溶入奧氏體，使奧氏體中固溶碳和合金元素含量高，淬透性非常好、淬火后馬氏體強度高，且較穩(wěn)定；同時還不至使鋼過熱或過燒。但合金元素多也使高速鋼導(dǎo)熱性差，傳熱速率低，淬火加熱時必須有中間預(yù)熱，約800850冷卻多用分級淬火，高溫淬火或油淬。正常淬火組織為隱晶馬氏體+粒狀碳化物+(2025)%殘余奧氏體。第38頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第39頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第40頁，共64頁，2022年，5月20

24、日，20點4分，星期三回火：工藝：550570保溫1h，并重復(fù)(35)次才能保證充分消除應(yīng)力，減少殘余奧氏體數(shù)量，穩(wěn)定組織。二次硬化：由于馬氏體中合金元素含量很高，只有在550570 才產(chǎn)生馬氏體的明顯分解，析出了高硬度的細(xì)小彌散分布的W、Mo等的合金碳化物；每次回火冷卻時發(fā)生殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的二次淬火現(xiàn)象。高速鋼回火后組織為：極細(xì)的M回 + 較多粒狀碳化物及少量Ar（13%），回火后硬度為HRC(6366)。第41頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三2.3常用鋼種第42頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3、模具鋼3.1冷作模具鋼（冷模鋼）3.1

25、.1冷作模具鋼的工作條件與性能要求用于冷態(tài)下變形加工材料的模具，如冷沖、冷鐓、冷軋和拉絲模等。要求高硬度、高耐磨性、較高的強韌性等、而且要求淬透性高、熱處理變形應(yīng)盡可能小。3.1.2常用鋼種碳素工具鋼低合金工具鋼高碳高鉻鋼第43頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第44頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.1.3 Cr12型冷作模具鋼（ Cr12、Cr12MoV等）成分：含碳(1.42.3)%、含鉻(1112)%。另外有些鋼還加入1%的Mo、V等合金元素。由于含碳高并含大量鉻，因而冷作模具鋼中有足夠的鉻碳化物，能細(xì)化晶粒并提高了耐磨性，且可大大提高鋼的

26、淬透性；同時Mo、V能進(jìn)一步細(xì)化晶粒，使碳化物分布均勻，從而進(jìn)一步提高耐磨性和韌性。因此這類鋼可用于制作截面大，負(fù)荷大的冷沖、擠壓、滾 絲和剪裁模等。Cr12型鋼為萊氏體鋼，其鑄態(tài)的網(wǎng)狀共晶碳化物和鑄造組織缺陷（碳化物不均）必須在模具成型前反復(fù)鍛造來改善。第45頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三Cr12型鋼的熱處理包括：坯料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理精加工及表面處理裝配預(yù)備熱處理球化退火目的是消除應(yīng)力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度為HB(207255)， 組織為球狀珠光體+均勻分布碳化物；最終熱處理淬火+低溫回火，組織為M回 + 彌散粒狀碳化物+少量Ar。（高溫

27、淬火：1115-1130,回火510 ）除此之外，高速鋼由于其優(yōu)異的工藝和使用性能，也是很好的高檔冷作模具用鋼。第46頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第47頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第48頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.2熱作模具用鋼（熱模鋼）3.2.1熱作模具鋼的工作條件與性能要求熱模是用于金屬熱加工和熱成型的模具，如熱鍛模，熱擠壓模和壓鑄模等。這類模具工作時會反復(fù)受熱和冷卻，同時還會在熱態(tài)下受到摩擦沖擊等作用，因此其主要性能要求是：要求綜合機(jī)械性能很好：這主要在于模具工作時要承受較大載荷，且會受沖擊，對強韌性

28、都有較高要求；抗熱疲勞性好：熱模具工作時型腔溫度可達(dá)400600，反復(fù)工作時循環(huán)冷卻加熱的應(yīng)力及表面氧化等會引起材料的破壞失效，即熱疲勞失效。因此要求材料要同時保持高溫和常溫下的高強韌性，抗氧化性和蠕變性能。淬透性高：這是為了保證模具整體優(yōu)異的機(jī)械性能；同時還要求熱模鋼導(dǎo)熱性好，減少熱應(yīng)力并避免型腔表面溫度過高。第49頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.2.2成分特點中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為(0.30.6)%(硬度和韌性）合金元素加入Cr、Ni、 Mn、Mo、Si等以提高淬透性及材料的整體性能均勻性，提高回火穩(wěn)定性并有固溶強化作用。加入Cr、W、Mo還形成碳化物提高了材

29、料的耐磨性；加入合金元素還可提高材料的共析溫度，保證材料高溫組織和性能穩(wěn)定性，提高了其抗熱疲勞能力。3.2.3常用鋼種常用的熱模鋼有5CrMnMo及5CrNiMo（其在載面尺寸較大時使用）；常用的壓鑄模鋼3Cr2W8V、4Cr5MoSiV和4CrW2Si。第50頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第51頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三3.2.4加工工藝及熱處理熱模鋼必須經(jīng)過反復(fù)鍛造使碳化物均勻分布；鍛后應(yīng)退火以消除應(yīng)力，降低硬度（HB197241），以便于切削加工。其最終熱處理為淬火+高溫回火（即調(diào)質(zhì)處理），得到回火索氏體組織，具有良好的綜合機(jī)械性能

30、和熱疲勞抗力。第52頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三4、量具鋼4.1量具工作條件與性能要求 量具是用于度量工件尺度的工具，如卡尺，塊規(guī)及塞規(guī)等，其一般有如下的主要性能要求： 量具最基本要求是保證長期存放和使用中尺寸不變，形狀不變，即要求高的尺寸精度。 量具存放和使用時不磨損，不腐蝕。為滿足上述要求，量具鋼一般可采用高碳量的鋼，并應(yīng)回火得到穩(wěn)定均勻的馬氏體組織。第53頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三4.2常用鋼種及熱處理第54頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三常用的量具常用碳素工程鋼，低合金工具鋼，軸承鋼及滲碳鋼制作。碳素工具

31、鋼淬透性低，熱處理變形大，只能用于制作尺寸小，形狀簡單，精度要求低的量具。低合金工具鋼（包括GCr15）由于加入合金元素提高了淬透性，變形??；形成的合金碳化物使合金耐磨性提高。這類鋼中GCr15使用較多，是由于滾動軸承鋼冶煉質(zhì)量好，耐磨性及尺寸穩(wěn)定性都較好，是優(yōu)秀的量具材料。第55頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三例如用CrWMn制塊規(guī)，其工藝路線為：鍛造-球化退火-機(jī)加工-粗磨-淬火-冷處理-低溫回火-時效-精磨-去應(yīng)力-研磨-涂油保存 第56頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三四、特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性能并可在特殊環(huán)境下工作的鋼

32、，如不銹鋼， 耐熱鋼，耐磨鋼及低溫用鋼等。1、不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中能穩(wěn)定不被腐蝕或腐蝕極慢的鋼，一般被稱為不銹鋼。1.1金屬腐蝕機(jī)理及對策金屬腐蝕一般包括電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕是其腐蝕失效的主要原因。第57頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三根據(jù)電化學(xué)腐蝕的基本原理，對不銹鋼通常采取以下措施來提高其性能： (1) 獲得單相組織。如在鋼中加入大于9%的Ni可獲得單相奧氏體組織，提高了鋼的耐蝕性。 (2) 提高基體的電極電位。如加入一定量的鉻會達(dá)到這一目的；鋼中含鉻量與其電極電位關(guān)系服從n/8規(guī)律，即鉻原子含量為n/8時電位發(fā)生突變而升高，如當(dāng)加入13%Cr時鋼中

33、鐵素體電極電位由(0.56V提高到+0.2V，金屬腐蝕速率大大減小，使金屬抗蝕性大大提高。 (3) 形成致密保護(hù)膜如氧化膜（又稱鈍化膜）。如Cr、Al、Si等合金元素就易于在材料表面形成致密的氧化膜Cr2O3、Al2O3、SiO2等。第58頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三第59頁，共64頁，2022年，5月20日，20點4分，星期三1.2不銹鋼的分類及常用不銹鋼不銹鋼分類：按不銹鋼正火（供應(yīng)）狀態(tài)的組織分為：馬氏體形不銹鋼（Cr13型）；鐵素體型不銹鋼（Cr17、Cr25型）；奧氏體不銹鋼（18(8型）；雙相不銹鋼及沉淀硬化型不銹鋼。馬氏體型不銹鋼：即常規(guī)Cr13不銹鋼，其含鉻(1218)%