第4章_工模具钢
中职机械基础工程材料章节重点内容
第四章工程材料第一节金属材料的性能1.金属材料包括黑色金属和有色金属两大类，2.材料有金属材料与非金属材料两大类，金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
3.使用性能指的是材料在使用过程中所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。
4.工艺性能指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下所表现出来的性能。
5.力学性能指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。
6.在外力作用下，金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
7.材料不能恢复的变形称为塑性变形，产生永久变形而不断裂的能力称为塑性。
8.硬度是固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力，硬度是反应材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。
9.金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，用A k表示，单位是J，A k低的叫做脆性材料，A k高的叫做韧性材料。
10.疲劳强度指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力，实验时规定，钢经受107次，有色金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力。
11.常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
布氏硬度硬度（以球形压头压入，测量压痕直径，计算得到硬度值）、洛氏硬度（测量压痕深度，得到硬度值）和维氏硬度（测量对角线的长度，得到硬度值）。
12.硬度高的材料强度高，耐磨性好，切削性能较差。
13.材料的硬度过高或者过低，韧性过大其切削加工性较差，硬度在150~250HBS时有较好切削加工性。
第二节黑色金属材料1.常用的黑色金属材料有钢和铸铁两种，我们把碳的质量分数在0.02-2.11%的铁碳合金叫做钢，铸铁是碳质量分数在2.11-6.69%的铁碳合金。
2.中碳钢碳的质量分数在0.25-0.60%，中合金钢合金元素质量分数在5~10%。
3.普通钢中，硫质量分数ωs≤0.05%，磷质量分数ωP≤0.045%；优质钢中，硫磷质量分数ωP、ωs一般均小于≤0.04%；高级优质钢中，硫质量分数ωs≤0.03%，磷质量分数ωP≤0.035%，高级优质钢通常在钢号后面加符号“A”或者中文汉字“高”。
教学课件第4章铁碳合金相图及碳素钢汇总
三 铁碳合金的分类
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
• 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
• 钢(0.0218～2.11%C)高温组织为单相
• 亚共析钢 (0.0218～0.77%C) 室温组织为F+P
• 共析钢 (0.77%C)
P
• 过共析钢 (0.77～2.11%C) Fe3CⅡ +P
白
晶
白
口
白
口
铁
口
铁
铁
24
四 组织组成物在铁碳合金相图上的标注
组织组成物与
相组成物标注 区别主要在+ Fe3C和+Fe3C 两个相区. + Fe3C相区中有 四个组织组成 物区，+Fe3C 相区中有七个 组织组成物区。
+ Fe3C + Fe3C
25
A
L+
H
B
温N
度
J
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
白口铸铁 (2.11～6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
亚共晶白口铸铁 (2.11～4.3%C) P+Fe3CII+Ld′ 共晶白口铸铁 (4.3%C) Ld′
过共晶白口铸铁 (4.3～6.69%C) Fe3CI+Ld′
23
亚共 过 共析 共 析钢 析 钢钢 工 业 纯 铁
亚
共
过
共
晶
共
晶
13
二 Fe-Fe3C相图分析
⒈ 特征点 2. 特征线 3.相区
15
1 特征点
附录-1综合练习答案-河北轨道运输职业技术学院函授教育
河北轨道运输职业技术学院函授教育课程作业年级：层次：专业名称：课程名称：作业序号：学号：姓名：第四章钢的热处理一、填空题1．热处理工艺过程由、和三个阶段组成。
2．整体热处理分为、、和等。
3．共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、以及。
4．贝氏体分为和两种。
5．常用的退火方法有：、和等。
6．根据淬火介质不同，淬火方法有：淬火、淬火、淬火和淬火等。
7．常用的淬火冷却介质有、等。
8．按回火温度范围可将回火分为回火、回火和回火三种。
9．化学热处理是由、和三个基本过程组成。
10．化学热处理包括、和等。
11．目前常用的渗氮方法主要有渗氮和渗氮两种。
二、单项选择题1．过冷奥氏体是温度下存在，尚未转变的奥氏体。
A．Ms； B. M f； C. A1。
2．为了改善高碳钢（W C＞0.6%）的切削加工性能，一般选择作为预备热处理。
A．正火； B. 淬火； C.退火；D．回火。
3．过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢的淬火加热温度则应选择在。
A. Ac1+30℃～50℃；B．Ac cm以上；C．Ac3+30℃～50℃。
4．调质处理就是的热处理。
A．淬火+低温回火；B．淬火+中温回火；C．淬火+高温回火。
5．化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。
A．加热温度；B．组织变化；C．改变表面化学成分。
6．零件渗碳后，一般需经处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性目的。
A．淬火+低温回火；B．正火；C．调质。
三、判断题1．高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。
( )2．淬火后的钢，随回火温度的提高，其强度和硬度也提高。
( )3．钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。
( ) 4．钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。
( )四、简答题1．指出Ac1、Ac3、Ac cm；Ar1、Ar3、Ar cm及A1、A3、A cm之间的关系。
2．控制奥氏体晶粒长大的措施有哪些？3．简述共析钢过冷奥氏体在A1～M f温度之间，不同温度等温时的转变产物及基本性能。
机械工程材料-4章 钢铁材料
③对回火转变的影响
合金元素提高淬火钢的回火稳 定性。合金元素能使铁原子和碳原 子扩散速度减慢，淬火钢回火时马 氏体分解减慢，析出的碳化物难于 聚集长大，保持一种较细小、分散 的状态。 因此淬火回火后合金钢的硬度 和强度高，这有利于提高结构钢的 强度、韧性和工具钢的红硬性。 合金元素使钢产生二次硬化现 象。高合金钢在500～600℃度范围 回火时，其硬度并不降低，反而升 高，这种现象称为二次硬化。
2.工业用钢的编号方法
①普通碳素结构钢
1）碳素钢
质量等级符号含义 A：只保证力学性能 ，要求最低 B：只保证化学成分； C：保证力学性能、化学成分； D：保证力学性能、化学成分、金相组织。
Q 235–A F Q XXX–X X
脱氧方法符号：F、B、Z、TZ 质量等级符号：A、B、C、D 钢的屈服强度数值（MPa）
②合金工具钢
一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量，单位1% 合金元素符号 平均含碳量，单位：0.1%；Wc＞1% 时不标出
注： 当合金元素含量小于1.5％时，只标明元素符号，不标含 量；当含量在1.5%～2.5% 时标2，在2.5%～3.5% 时标3…… 当Wc≥1%时，不标出含碳量，避免与合金结构钢混淆。 高速钢（W18Cr4V，Wc=0.7%-0.8% ）例外。 例：9SiCr表示Wc=0.9％，Si、Cr的含量都小于1.5％。
合金元素溶入铁素体对合金性能的影响
2 与铁的相互作用
铁素体形成元素：即缩小奥 氏体相区的元素，包括Cr、Mo、 W、Ti、Si、Al、B等。如欲得到 室温铁素体钢，需向钢中加入铁素 体形成元素。
奥氏体形成元素：即扩大奥 氏体相区的元素，包括Ni、Mn、 Co、Cu、Zn、N等。如欲得到室 温奥氏体钢时，需向钢中加入奥 氏体形成元素。
4-合金钢ppt课件
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电厂金属材料
（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含铬量小于1%。又如CrW5，表示 钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
（二）按用途分类
1．合金结构钢
合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器 制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。
2．合金工具钢
合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具 钢和冷模具钢）、量具钢。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
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五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%～1.10%。 主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。
• 失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精 度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。
• 滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳 化物，具有较高的硬度和耐磨性。
0.70 3.80 17.50 1.00
~
~
~
~
0.80 4.40 19.00 1.40
1260~
材料合成与制备 第4章 CVD合成
沉积温度对氧化锌纳米材料形貌的影响
纳米氧化锌是重要的紫外发光材料，其在紫、蓝、绿光发光二极管 和激光器以及紫外探测器等方面显示了巨大的应用潜力，对于提高 光记录密度和光信息的存取速度将起到非常重要的作用。以氧化锌 粉为原料，采用化学气相沉积方法，在无需使用催化剂的情况下， 通过调控沉积温度分别得到了棒状、线状和螺旋状等形状各异的氧 化锌纳米材料。
化学气相沉积法制备GaN薄膜
GaN微纳米材料，由于其具有热产生率低、抗辐射、击穿电压高、电 子饱和漂移速度大和介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压 电子器件领域、发光二级管(LED) 、半导体激光器(LD)和太阳能电池等方面。
硅基底的CVD扩磷工艺
单晶硅的主要用途是用作半导体材料、利用太阳能光伏发电和供热等。 掺杂后的单晶硅可用于薄膜衬底材料、超大规模集成电路及太阳能电池。
Si基底CVD扩磷工艺如下： (1)向高温炉中通入氩气，当高温炉中的气压与外界气压相同时，气 体将高温炉门顶开，关闭气体。 (2)将清洗好的硅基底放在瓷舟上，该位置为高温炉第1温区。将红 磷装满2个瓷舟，关闭炉门。 (3)用氩气清洗气路和高温炉腔体3遍，关闭氩气，打开机器泵开始 抽真空。 (4)抽真空30 min后，打开升温系统开始升温，升温时间为2 h。 (5)当温度升到扩磷温度(1050／1150℃)时，通过高温热扩散运动向 硅基底扩磷。 (6)当达到实验时间后，通入氩气，当高温炉内温度降到室温后将样 品取出待检测。
第四章 化学气相沉积
一、化学气相沉积法的概念
第4章 合金钢tqh
3. 合金元素对回火转变的影响
• 提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si • 产生二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使钢在 500~600℃回火时硬度升高 • 回火脆性: 第一类： 250~400℃ 不可逆 防止方法：就是避开这一温度范围回火。 第二类： 500~600℃可逆 防止方法：在500～600 ℃快速冷却。 加入合金元素W、Mo。
一． 合金元素对钢中基本相的影响
1. 溶于基体中形成合金 F 或合金 A
合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的 强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。
2. 与碳作用形成合金碳化物如 (Fe, Mn)3C
弱碳化物元素: Fe、Mn。 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。 3.单独形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC， 具有高熔点、高硬度、高耐磨的性能，且稳 定性极高。
编号原则 Q表示屈服点的字母，用最低屈服 强度数值表示
钢种举例 Q345C 20CrMnTi
数字表示含碳量的万分数，化学元 素符号表示主加元素，后面的数字 表示所加元素的百分数
40Cr 60Si2Mn
G表示滚动轴承钢，数字表示含铬量 的千分数
GCr15 W18Cr4V
数字表示含碳量的千分数，化学元素 符号表示主加元素，后面的数字表示 所加元素的百分数
二．合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
影响A和F存在的范围 Mn、Ni、Co等扩大γ相区，扩大A存在的区域， 如1Cr18Ni9和ZGMn13，室温下单相A Cr、Mo、W、V、Ti、Si缩小γ相区均缩小A 存在区域，如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢
Mn对奥氏体区的影响
Cr对奥氏体区的影响
模具材料与热处理考点及题库
第一章模具材料与热处理概述1 ．马氏体的硬度主要决定于其：碳含量。
2 ．钢的淬透性主要决定于其：合金元素含量。
3 ．表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标是：强度。
4 ．钢的硬度主要决定于其化学成分和组织。
在奥氏体、渗碳体、铁素体、珠光体等组织中硬度最大的是：渗碳体。
随着含碳量的增加，钢的硬度、强度和耐磨性提高，塑性、韧性变差。
5 ．疲劳抗力：是反映材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。
6 ．可提高冷作模具钢的抗疲劳性能的因素是: 晶粒细小。
7 ．反映冷作模具材料的断裂抗力常用指标是：抗拉强度。
(P8)8 ．反映模具的脆断抗力常用的指标是：韧性。
(P8)9．【模具失效】是指模具模具丧失正常的使用功能，其生产出的产品已成为废品，模具不能通过一般修复方法（如刃磨、抛磨等）使其重新服役的现象。
10 ．在模具中常遇到的磨损形式有：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损和氧化磨损。
1 1 ．钢的硬度和红硬性取决于钢的化学成分和热处理工艺。
【红硬性】1 2. 模具的主要失效形式有：断裂失效、过量变形失效、表面损伤失效和冷热疲劳失效。
冷热疲劳主要出现于热作模具，在冷作模具上不出现。
其它三种形式在冷、热作模具上均可能出现。
1 3 ．模具材料热处理工艺性主要包括：淬透性；回火稳定性；脱碳倾向；过热敏感性；淬火变形与开裂倾向等。
14 ．模具材料的淬火和回火是保证模具工作零件性能的中心环节。
1 5 ．高碳高合金钢锻造时，锤击操作应掌握“二轻一重”和两均匀的操作要领，以减少内应力。
1 6 ．钢的基体组织中，铁素体耐磨性最差，马氏体耐磨性较好，下贝氏体耐磨性最好。
对于淬火回火钢，一般认为，在含有少量残余奥氏体的回火钢马氏体的基体上均匀分布细小碳化物的组织，其耐磨性为最好。
1 7 ．对于锻后出现明显沿晶链状碳化物的模坯，须正火予以消除后然后再进行球化退火。
18 ．热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀是压铸模常见的失效形式。
19 ．在磨料磨损的条件下，影响耐磨性的主要因素有硬度和组织。
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-3简述合金元素对Fe-Fe31-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
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。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
热作模具钢及其热处理
1050~1100 1050~1100 1050~1100 1140~1160 1050~1100 1070~1100 1080~1120 1080~1120 1050~1100 1080~1130 l 140~1160
800~850 800~850
≥850 850~900 850~900 850~900 850~900 850~950
3Cr3Mo3W2V 5Cr4W5Mo2V
0.3~0.4 0.32~0.42
0.4~0.5
≤0.4 0.6~0.9
≤0.4
≤0.4 ≤0.65 ≤0.4
2.2~2.7 2.8~3.3 3.4~4.4
— 2.5~3.0 1.5~2.1
0.2~0.5 0.8~1.2 0.7~1.1
W 3.5~9.0 W 1.2~1.8 W 4.5~5.3
0.33/0.43 0.32/0.45 0.32/0.42
0.8/1.2 0.8/1.2 0.8/1.2
0.2/0.5 0.2/0.5 ≤0.4
4.75/5.5 1.1/1.6
4.75/5.5 1.1/1.75
4.5/5.5
—
0.3/0.6 0.8/1.2 0.6/1.0
— — W 1.6/2.4
钨钼系热作模具钢 3Cr2W8V
4.1 热作模具的工作条件与性能要求
4.1.1 热作模具的工作条件
2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。
挤压GCr15轴承套圈，钢坯加热至1050~1100℃，挤压力为2000~2500 MPa， 凹、凸模的瞬时温度高达600~650℃，甚至超过700℃。
尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最低也有几百摄 氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。
热作模具钢及热处理
性和高的耐磨性。
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4.2热作模具钢及热处理规范
常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，
还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。
钨系热作模具钢的代表性钢种为传统的3Cr2W8V钢，由于其耐
热疲劳性较差，在热挤压模方面的应用将逐渐会减少，但在压铸模 方面的应用较多，故在压铸模用钢中对其作详细介绍。
模具钢。HM1钢适合制造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具
的使用寿命较高，是目前国内研制的工艺性能好，使用面广，具有 较广应用前景的新钢种之一。
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4.2热作模具钢及热处理规范
4. 3Cr3Mo3VNb（HN3）钢 NH3钢是参照国外H10钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结合我国资源
（1）较高的高温强度和良好的韧性。热作模具，尤其是热锻
模!工作时会承受很大的冲击力，而且冲击频率很高，如果热作模具
钢没有高的强度和良好的韧性，就容易开裂。
（2）良好的耐磨性能。由于热作模具工作时除受到毛坯变形
时产生摩擦磨损之外，还受到高温氧化腐蚀和氧化铁屑的研磨，所 以需要热作模具钢有较高的硬度和抗粘附性。
模具表面产生网状或放射状的热疲劳裂纹，以及模腔磨损或严
重偏载、工艺性裂纹导致模具开裂。
因此，热锻模应具有较高的高温强度和韧性，良好的耐磨性和
耐热疲劳性，由于锤锻模尺寸比较大，还要求锤锻模用钢具有高的 淬透性。这就是热锻模的工作条件，正是这种工作条件，要求这类
模具钢应具有下列基本性能：
（1）淬透性高,以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致
碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。
第4章塑料模具钢及其热处理
硬质聚 氯乙烯
PVC 70~90 170~190 165~180 160~170 30~60 80~130
—
聚丙烯
PP 80~100 200~220 180~200 160~180 80~90 70~100
—
聚苯乙烯
PS 60~75 170~190
— 140~160 32~65
丙烯腈-丁二烯苯乙烯
ABS 80~85 180~200 165~180 150~170 50~80
表面58～60HRC，心部27～29HRC，变形微小。 3.实际应用：用冷挤压法成形制造塑料模具
LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，模具型腔轮廓清晰、光 洁、精度高。LJ钢主要用来替代10、20钢及工业纯铁等 冷挤压成形的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深，基体 硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，使用 效果良好。
（5）模具的制造工艺 （6）现有的设备及技术水平
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第4章塑料模具钢及其热处理
4.2.1 几种典型塑料模具材料
• 4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢 • 4.2.1.2淬硬型塑料模具用钢 • 4.2.1.3预硬型塑料模具用钢 • 4.2.1.4时效硬化性塑料模具用钢 • 4.2.1.5耐蚀型塑料模具用钢 • 4.2.1.6调质及其他塑料模具材料
沉淀硬化不锈钢 17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-355
马氏体
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Ni18Co8Mo5TiA1、Ni20Ti2A1Nb、Ni25Ti2A1Nb、 复杂、精密、耐磨、耐腐蚀、
Cr5Ni12Mo3TiA1
超镜面的模具
第4章塑料模具钢及其热处理
4.1 塑料模具的工作条件与性能要求
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？1-3简述合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-1540Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
机械制造基础课后作业
第一章工程材料的基本知识1，说明下列符号的含义及其所表示的机械性能指标的物理意义：σs，σb，HRC,180HBS10/1000/30 答：σs屈服强度符号，材料产生屈服现象时的最小应力值称为屈服强度。
σs=F S/S O. σb 抗拉强度符号，材料被拉断前承受最大载荷时的应力值称为抗拉强度。
σb= F b/S O. HRC洛氏硬度符号，压头为1200金刚石圆锥体。
180HBS10/1000/30表示用直径为10mm的淬火钢球在1000Kgf的载荷作用下，时间保持30s所测得的布氏硬度值为180。
2，为什么冲击韧性值不直接用于设计计算？它与塑性有何关系？答：冲击韧性值是通过一次摆锤冲击试验测得的，测试时要求一次冲断，而生产实地中的工件大多数都是多次冲击后才被破坏的，这与冲击试验中一次冲断的情况相差较大，所以冲击韧性值常规下只用于判定材料是塑性的还是韧性的，而不用于直接设计。
韧性是材料强度和塑性的综合指标,当材料的强度和塑性都很好时，材料的韧性才会很好。
3，何谓金属的疲劳和蠕变现象？它们对零件的使用性能有何影响?答：金属在连续交变载荷的作用下发生突然性的断裂称为疲劳断裂。
金属在高温长时间应力作用下产生明显的塑性变形直至断裂的现象称为蠕变。
在设计零件时，必须考虑疲劳强度和蠕变强度及持久强度。
4.Fe—Fe3C相图在生产实践中有何指导意义？有何局限性？答：铁碳合金相图的指导意义：（1），选择材料方面的应用；（2），铸造方面的应用；（3），锻造方面的应用；（4），热处理方面的应用；由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却速度得到的，而在实际加热和冷却都有不同程度的滞后现象。
第二章钢的热处理一，何为钢的热处理？钢的热处理有哪些基本类型？答：钢在固态下采用适当方式进行加热、保温，并以一定的冷却速度冷却到室温，改变钢的组织从而改变其性能的一种工艺方法。
类型包括退火、正火。
淬火、回火四种基本类型。
二，退火和正火的主要区别是什么？生产中如何选择正火和退火？答：正火比退火的冷却速度快些，故正火的组织比较细，硬度强度比退火高。
机械工程材料_沈莲_04章_合金钢
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（2）提高淬透性
除Co以外，所有的合金元素固溶于奥氏体中增 加了奥氏体的稳定性，减慢了过冷奥氏体分解速度， 使奥氏体等温转变图右移，因而降低了钢淬火时的 临界冷却速度V临，提高了淬透性。
含S、P量较低（Ws<0.02%、Wp<0.03%） 的高级优质钢，则在牌号的最后加“A”。
对于低合金高强度结构钢，其牌号用“Q+数 字+质量等级（A、B、C、D、E质量依次提高） 表示。
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2） 形成致密氧化膜和金属间化合物
合金元素Si、Cr、Al、Ni、W、Mo、Ti等可 以形成致密氧化膜SiO2、Cr2O3、Al2O3和金属 进化合物FeSi、FeCr、Ni3Al、Ni3Ti、Fe2W、 Fe2Mo。
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第四章 合金钢
ALLOY STEELS
碳钢的优点：（1）经热处理后具有良好的综 合力学性能；（2）冶炼工艺简单，成本低；（3） 压力加工性能好；（4）切削加工性能好。
碳钢的缺点：（1）淬透性低；（2）回火抗力 差：淬火钢在回火过程中硬度、强度下降过多； （3）强度不够高；（4）不具备特殊性能：耐高 温、耐低温、耐磨损、耐腐蚀。
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致密氧化膜覆盖在钢的表面，提高钢的耐腐蚀 性和高温抗氧化性（不锈钢的性能）；金属间化合 物则阻碍位错在高温下运动，提高钢的蠕变抗力， 特别是它们呈弥散分布的细颗粒时，可以显著提高 钢的高温强度（耐热钢的性能）。
工程材料名词解释汇总
一、材料性质：1.回火稳定性：钢对回火时发生软化的抵抗能力2.红硬性：指钢在高温条件下仍能保持高的硬度和切削能力的性能3.热强性：指耐热钢在高温和载荷的共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力4.热脆性：在某一温度下长期工作，发生冲击韧性大幅度下降，突然发生脆性断裂的现象5.冷脆：当试验温度低于某一温度Tk时，材料由塑性转变为脆性的现象6.二次淬火：在含有大量的W Mo Cr V等合金元素的钢在回火过程中，过冷A分解析出碳化物，A中的C和合金元素的含量降低，使Ms点回升至室温，在冷却过程中，过冷A 转变为M7.二次硬化：在含有大量W Mo Cr等合金元素的钢中，回火后硬度随回火温度的升高不是单调降低，而是在某一回火温度硬度反而增加，并在某一温度出现峰值的现象8.回火脆性：指淬火钢在回火后出现韧性下降，而在某一温度范围表现脆化的现象9.屈服：材料受到的应力增加到某一值后，应力不再增加而变形继续发生，发生塑性变形10.蓝脆：低碳钢在300~400℃的温度范围内光亮的钢具有蓝的颜色，却出现反常的强度增高而塑性降低的现象11.焊接脆性：由于钢材化学成分和组织的变化而导致焊接构件脆断倾向增大的现象12.凝固脆性：指焊肉和熔合线金属由于熔化和凝固的过程引起组织和化学成分的变化，而形成裂纹的倾向性增大的现象13.钝化效应：通过改变钢的表面状态而造成基体金属表面部分电极电位升高的现象14.弹性极限：指材料抵抗弹性变形的能力15.疲劳极限：在疲劳试验中，应力应变的循环次数增加大无限次而不发生破损的最大应力16.黑脆：碳素刃具钢在退火处理时由于加热时间长或冷却速度慢会有石墨析出，使钢脆化17.热疲劳现象：反复受热和冷却是金属表层产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉、压应力作用而出现龟裂的现象18.腐蚀：在外界介质的作用下使金属逐渐受到破坏的现象19.一般腐蚀：金属表面大面积均匀的腐蚀20.晶界腐蚀：指沿着晶界进行的腐蚀，使晶粒的连续性遭到破坏21.应力腐蚀：在应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏22.点腐蚀：指在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式23.宏观电池作用腐蚀：如铆钉和铆接金属材料不同、异种金属焊接时由于不同金属间电极电位不同造成电势差而构成原电池而造成的腐蚀24.腐蚀疲劳：指在腐蚀介质和交变应力的作用下发生的破坏25.475℃脆性：Cr含量大于15%的高铬钢在400~525℃范围长时间加热或在此温度范围内缓冷时，会导致室温脆化，强度升高，塑韧性降低，在475℃脆化现象最严重26.σ相脆性：F不锈钢在500~850℃长期停留会析出Fe Cr金属间化合物（高硬度）沿晶界分布，同时会引起大的体积变化造成钢很大的脆性，引起晶间腐蚀，降低钢的耐蚀性27.强度：指金属材料对塑性变形的抗力28.韧性：指钢在断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力29.钢的热稳定性：指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力30.铸铁的氧化：高温下受氧化气氛的侵蚀，铸件表面发生化学腐蚀的现象31.铸铁的生长：铸铁在较高温度下及反复加热和冷却时发生体积长大的现象二、钢种定义：1、结构钢：用于制造各种大型金属结构的钢种，又称工程用钢2、机器零件用钢：用于制造各种机械零件的钢种3、调质钢：经过调质处理而使用的结构钢称为调质钢4、渗碳钢：低碳钢表面渗碳后进行热处理强化，提高其表面性能的钢种5、弹簧钢：用于制造各种弹簧或者类似弹簧性能的零件的钢种6、冷作模具钢：使金属在冷状态下变形的冷模具钢，工作温度小于250℃7、热作模具钢：使金属在热状态下变形的热模具钢，工作时模腔表面高于600℃8、工具钢：用于制造各种加工工具的钢种9、刃具钢：用于制造各种切削加工工具的钢种10、高速钢：一种高碳且含有大量W Mo Cr V Co等合金元素的合金刃具钢11、不锈钢：能够抵抗大气腐蚀和弱腐蚀介质腐蚀的钢种12、耐酸钢：指在各种强腐蚀介质中能偶耐蚀的钢种13、耐热钢：指在高温条件下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的钢种14、热强钢：在高温下有一定的抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变形或断裂的钢种15、热稳定钢：在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而不破坏的钢种16、铸铁：指以Fe C Si为主要成分并在结晶过程中发生共晶转变的多元铁基合金三、热处理工艺及其他强化方式：1、合金化：加入适当合金元素改善金属性能的方法2、强化：使金属屈服强度增大的过程3、沉淀强化：通过过饱和的固溶体在时效处理后沉淀析出第二相粒子引起的合金强化4、弥散强化：利用碳化物作弥散强化相引起的合金强化5、水韧处理：将碳钢在950℃加热快冷后在400℃回火处理6、控制轧制：将普低钢加热至高温（1250~1350℃）进行轧制，终轧温度控制在Ar3附近7、调质处理：淬火加上高温回火的工艺8、固溶处理：指将合金加热到高温单相固溶体区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和的固溶体的热处理工艺9、稳定化处理：固溶处理后将钢加热到850~880℃保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解而Ti的碳化物不完全溶解并在冷却时充分析出，使C不能和Cr形成碳化物10、铸铁的一次结晶：把初生A的析出和以后的共晶转变称为一次结晶11、铸铁的二次结晶：把凝固后进行的C自A中的脱溶和共析转变称为铸铁的二次结晶12、孕育处理：浇注前在铁水中加入少量强烈促进石墨化的物质（孕育剂）进行处理的过程13、球化处理：浇注前在铁水中加入一定量的球化剂促使石墨结晶后生产成为球状的工艺第一章：钢的合金化1. 工艺性能：焊接性能、切削加工性能、铸造性能、锻造性能、热处理性能2. 合金元素的存在形式：固溶体、强化相、第二相、单质3. 合金元素与铁、碳的相互作用以及对奥氏体层错能的影响4. 塑性变形的本质：位错运动5. 钢的强化机制：固溶强化、第二相强化、晶界强化、位错强化（出发点、强化机制、强化量、强化途径）6. 淬火+回火提高钢强度的原理：四种强化机制的利用7. 影响塑性的因素：溶质原子、第二相、晶粒大小、位错密度8. 断裂的类型：延性断裂、解理断裂、沿晶断裂9. 改善断裂抗力（提高韧性）的途径10. 合金元素对铁碳相图的影响（A4 A3 A1 S点E点C点）11. 合金元素对奥氏体形成过程的影响（A的形核、A的长大、渗碳体的溶解、A的均匀化）12. 合金元素对过冷A分解过程的影响（C曲线、Ms点Mf点），减少过冷A的措施13. 合金元素对回火过程的影响（M的分解、过冷A的转变、碳化物的析出、F的回复再结晶）14. 二次淬火、二次硬化、回火脆性以及防止第二类回火脆性的方法第二章：构件用钢1. 力学性能的三大特点：屈服现象、冷脆现象、时效现象（淬火时效、应变时效、蓝脆）——形成原因与防止措施2. 工艺性能：冷变形性能（影响因素）、焊接性能（焊接脆性：M相变脆性、过热过烧脆性、凝固脆性、热影响区的时效脆性）3. 耐大气腐蚀性能：大气腐蚀过程，提高耐大气腐蚀性能的途径（减少微电池数量，提高机体电极电位，钝化（Cr Al Si Cu P））4. 碳素构件用钢：化学成分、分类、热处理工艺、典型钢种（重点：冷冲压用钢）5. 低合金高强度构件用钢、高锰钢6. 进一步提高普低钢力学性能的途径：低碳B型普低钢、低碳S型普低钢、针状F型普低钢、控制轧制第三章：机器零件用钢1. 分类：调质钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢2. 生产工艺：型材、改锻——预备热处理——切削——最终热处理——磨削3. 含碳量；合金元素：Cr Mn Si Ni（提高淬透性）4. Mo W V（降低过热敏感性和回火脆性，提高淬透性）5. 调质钢（化学成分、热处理工艺、组织特点）6. 弹簧钢（弹簧的作用，化学成分，热处理（冷成型、热成型））7. 渗碳钢（表面强化的方法、合金元素对渗碳的影响，化学成分，热处理）8. 滚动轴承钢（化学成分、主加合金元素Cr的作用、热处理工艺）9. 特殊性能用钢第四章：工具钢1、分类：刃具钢、模具钢、量具钢/ 合金工具钢、碳素工具钢、高速钢2、化学成分、热处理、组织结构3、碳素刃具钢（化学成分；两个缺点一个不足）4、合金刃具钢（化学成分、合金元素的作用、热处理、性能）5、高速钢（化学成分、合金元素的作用、铸态组织及压力加工、热处理（两次预热的作用、高温淬火的原因、三次回火的作用、冷处理减少回火次数））6、冷作模具钢（热处理：锻打+球化退火+淬火+回火：一次硬化法、二次硬化法；提高冷作模具钢韧性的方法）7、热作模具钢（分类：锤锻模、热挤压模、压铸模、热轧机轧辊）热疲劳现象及影响因素8、量具用钢第五章：不锈钢：1、腐蚀（化学腐蚀、电化学腐蚀）、腐蚀的类型、腐蚀的防止2、不锈钢的合金化原理（钝化、提高基体电极电位、单相基体组织）、合金元素的作用3、不锈钢的牌号4、各种不锈钢的相关知识（重点）第六章：耐热钢及高温合金第七章：铸铁第八章：有色金属及合金。
第二次（工程材料导论第四章和铸造）-答案
一、名词解释（共10分，每小题1分）分）1、形变铝合金：铝合金加热时能形成单相固熔体，塑性好，适用于压力加工，故称为形变铝合金。
于压力加工，故称为形变铝合金。
2、铸造：熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇入铸型，冷却凝固后获得一定形状和性能零件或毛胚的成形方法3、分模造型：模样沿最大截面处分为两半，并用销钉定为两半，并用销钉定位，而型腔位于上、下型内，这种造型方法叫分模造型。
4、 熔模铸造：熔模铸造是指用易熔材料如蜡料制成模型，熔模铸造：熔模铸造是指用易熔材料如蜡料制成模型，在模样在模样上包覆若干层耐火涂料，上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，制成型壳，熔去模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。
的铸造方法。
5、 孕育处理：在铁水中加入一种孕育剂，以达到细化晶粒和石墨，并使其均匀的工艺。
P55 6、球化处理：球化处理是在铁水加入球化剂使石墨呈球状生长。
7、清理：落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇冒口、飞边和氧化皮）等过程称为清理。
P57 8、浇注系统：为把液态合金注入型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道，称为浇注系统。
P60 9、起模斜度：为使模样容易从砂型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上所增加的斜度，称为起模斜度。
10、芯头：为了在铸件中能准确而稳固的安放型芯，在模样上应做出相应的凸起部分，称为芯头。
P62 三、填空题（共20分，每一题1分，每一个空0.5分）分）1、常用工程材料分为（金属材料）和（非金属材料）。
2、合金钢牌号的表示采用：数字+化学元素+数字。
牌号中的前边的数字表示钢的平均含碳量以（万分之一）为单位，数字表示钢的平均含碳量以（万分之一）为单位，化学元素后面的数化学元素后面的数字表示合金元素平均含量，以（百分之一）为单位。
3合金结构钢包括低合金高强度钢、(渗碳钢)、调质钢、弹簧钢及(滚动轴承钢)等。
等。
4合金调质钢中加入W 、Mo 、V 等强碳化物行成元素来等强碳化物行成元素来（细化晶粒）（细化晶粒）、（降低回火脆性）。
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确定淬火温度时，还需要考虑下列因素：
（1）不同工作条件，淬火温度应有所区别 如车刀→高硬度和红硬性→采用较高T淬 ； 中心钻→ 强韧度好→采用较低的T淬 .
（2）形状、尺寸不同，T淬有不同 形状复杂（如锯片、细长拉刀等）和厚薄 悬殊刀具（如三面刃铣刀等）→ 较低T淬。 形状简单的工具可采用较高T淬。 尺寸较小和尺寸很大的刀具→较低T淬；
Dai QX
W Mo
钨是钢获得红硬性的主要元素。M6C型K， 回火时析出W2C；W↓↓热导率→钢导热性差 钼和钨相似， 1％Mo可取代1.5~2.0％W
V
V 显著↑红硬性、↑硬度和耐磨性，细化晶 粒，↓过热敏感性。以VC存在.
Dai QX
Cr
Cr 加热时全溶，保证钢淬透性 ，4％Cr 。 改善抗氧化能力、切削能力
4.5 热作模具钢
热锤锻模具钢,热挤压模具钢,压铸模具钢
4.6 其它类型工具用钢
Dai QX
4.1
主要 矛盾
概述
韧度和耐磨性间的合理平衡→基体成 分和K的性质、数量、形态和分布。
一般含 0.6~1.3%C→ M+足够数量K 。M硬 度高、切断抗力较高、耐磨性好。 什么 M ? Cr、W、Mo、V等:↑淬透性、耐磨性和 热稳定性； Mn、Si辅助加入:↑淬透性，回稳性 第二相K → 球状、细小、均匀分布。
Dai QX
二、高速钢中的碳化物
铸态 组织
鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织 （δ共析体等）和白亮组织（M+AR）
淬火 态
加热时，K溶解顺序为： M7C3\M23C6型在1000℃左右溶解完 → M6C型在1200℃时部分溶解 → MC型比 较稳定，在1200℃时开始少量溶解。
主要为M6C(淬火残留)、MC(回火时析 出和淬火残留)、M2C (回火析出)等K.
强度 塑性
静弯或扭转试验→弯曲强度、 挠度和扭转强度、扭转角 ?
静弯: 弯曲强度σbb , 扰度 f 扭转: 扭转强度τb、扭转角υ
韧度
一般采用无缺口冲击试样
?
Dai QX
硬度
一般硬度60HRC以上，K可适 当↑硬度2~3HRC
古代测试 方法
断截悬芒法 → 吹毛透风 斩钉截铁法 → 削铁如泥
热稳 定性
Dai QX
分级 淬火
等温 淬火
思考题: 高速钢在分级淬火时，为什 么不宜在950~675℃温度范围停 留过长的时间?
Dai QX
W18Cr4V钢在1300℃奥氏体化后过冷奥氏体等温转变曲线
Dai QX
回火：高速钢一般需要在560℃左右三次回火
淬火态 M + 大约30%AR + K
回火Ⅰ
M回 + M + >10%AR
Dai QX
三、高速钢的热处理
1260~1300℃
T
800~850℃
500~600℃ 油冷
580~620 ℃ 一次 分级 二次 分级 350~400 ℃
550~570 ℃×1h
三次回火
时间t
W18Cr4V高速钢常用热处理工艺方法
Dai QX
预热: 高速钢工具一般在高温盐浴炉中加热，速
度较快，常采用一次或多次预热 为什么？ 预热有什么作用 ？ 高速钢导热性差,加热温度又高,预热 —
第4章 工模具钢
按其用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 刃具钢可分为碳素钢、低合金工具钢和高速工 具钢。 模具钢根据工作状态可分为热作模具钢、冷作 模具钢和塑料模具钢等。 量具钢用来制作量规、卡尺、样板等．用来测
量工件尺寸和形状.
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什么叫完全淬火和不完全淬火? 一般情况下，结构钢（亚共析钢）采用
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4.3 高速钢
1898年就有含W钢，1910年生产了W18Cr4V。近几十年 来，高速钢的产量、品种和质量都有了很大的发展。 按照其成分和性能特点可分为以下几类： ⑴ 钨系高速钢：典型牌号18-4-1，美M1 ，俄P18。
⑵ 钨钼系高速钢：如6-5-4-2，美M2 ，目前应பைடு நூலகம்普遍。
⑶ 含钴高速钢：如W18Cr4VCo5, 红硬性高。 ⑷ 超硬高速钢：典型牌号为W6Mo5Cr4V2Al。具有
含碳量0.5％~0.6％的M+未溶粒状K
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一般 组织
合金元素具体作用
Cr: 1%左右，细化K，均匀分布；
Mn: 主要↑淬透性; Si: ↑低温回稳性，Si强化F,↓切削加工性,
↑脱碳敏感性，不单独加入；
?
W: 0.5~1.5%，W含量太多→K类型转变，
且使K分布不均匀，恶化性能。
V: ↓过热敏感性,细化晶粒, ↑回稳性
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一、 高速钢中合金元素的作用
C 作用 规律
一般高速钢含C量0.7~1.3%(质量分数)
C↑: ↑硬度,但↓熔点,易过热; ↑K量, ↑不均匀 性; ↑AR→ ↑回火次数; ↓σ和AK
定比碳经验规律设计→ 最大二次硬化效应 C%＝0.033%W + 0.063%Mo + 0.20%V + 0.060%Cr →合金元素之间的相对控制法.必须解决成分-性能间 数学模型,控制参数的数值范围.
完全淬火工艺，而工具钢（过共析钢）采用
不完全淬火工艺?
亚共析钢：Ac3+30~50℃ ? 过共析钢：Ac1+30~50℃ ?
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主要内容
4.1 概述
工具钢成分与性能特点,基本性能及检测方法
4.2 碳素工具钢及低合金刃具钢 4.3 高速钢
合金元素作用,碳化物,高速钢热处理
4.4 冷作模具钢
低合金模具钢,高铬和中铬模具钢,新型模具钢
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（3）原材料级别也有影响 K不均匀性大的原材料 →低的T淬。 一般情况，过热和过烧的危害比欠热要大
确定保温时间基本原则：
一定量K溶入奥氏体，而晶粒不长大。对
于一定的T淬，有一个合适的保温时间。
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淬火冷却：冷却很重要，方式也很多，可根 据工具不同情况进行选择。
常用一次分级或多次分级方法。? 80%高速钢工具是采用一次分级淬火，分 级温度常在600℃左右，停留时间严格控制， 一般＜15min。多次分级适用于形状特殊、 极易变形的工具。 采用贝氏体等温淬火可↑工具的强度、韧 度和切削性能。 →↓中心钻及仪表刀具等在 使用中发生断头、崩刃等现象.
① ↓淬火加热过程中的变形开裂倾向； ② 缩短高温保温时间，减少氧化脱碳； ③ 准确地控制炉温稳定性。 可采用一次预热和二次预热。
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思考题: 高速钢Ac1 在820~840℃范围， 但其淬火加热温度必须在Ac1 + 400℃以上, 为什么？
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淬火温度和保温时间：精确控制
T 淬过高，晶粒长大，K溶解过多，K发 生角状化；奥氏体中合金度过高，冷却时易 在晶界上析出网状K。 温度再高 → 晶界熔化 → 铸态组织特 征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。 淬火温度较低，大量K未溶, 且晶粒特别 细小。
淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火. 成本低、工艺性能好、用量大。
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2、低合金工具钢
合金 化
Cr、Si、W、Mo、Mn 、V等元素， ↑耐磨性和回稳性，↑淬透性→采用 缓冷方式，↓变形开裂
淬火 工艺
T淬为Ac1 +30~50℃ 油冷， 熔盐分级淬火， 等温淬火(B等温淬火和M等温淬火)
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4.4 冷作模具钢
金属在冷 态下变形 拉延、冲压、冷鐓或 冷挤成形等
工作T不高，模具主要承受高压 力或冲击力，有强烈的摩擦
共同 特点
技术 要求
主要技术要求为具有高硬度 和耐磨性，有一定韧性
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部 分 冲 裁 模
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典型冲压模及产品
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一、低合金模具钢
常用低合金工具钢有9Mn2V 、CrWMn 、 GCr15、9SiCr等。 和碳素工具钢相比，这类钢的淬透性比较高， 热处理变形较小，耐磨性也较好，所以可制造 工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对 较高的模具。
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1、工具钢成分与性能特点
成分 组织
工艺 特点 变形 开裂 倾向
锻造 → 球化退火→不完全淬火 淬火工艺参数要求严格。 热应力 组织应力 变形 开裂 工艺 措施
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分级加热、分级淬火、等温 淬火、双液淬火;零件设计与其 他工艺措施等
模具增加工艺孔减少变形开裂
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2、工具钢基本性能及检测方法
过热
过烧
欠热
可以从金相组织上初步判断工艺因素
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正常淬火组织(400X)
欠热组织(400X)
过热组织(400X)
过烧组织(200X)
W18Cr4V高速钢不同淬火温度下的组织特征 Dai QX
W18Cr4V钢和M2钢淬火温度与未溶碳化物量的关系
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两种高速钢基体合金含量与奥氏体化温度的关系
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CrWMn：
9 CrWMn ?
① Cr、W、Mn复合，↑淬透性，D油 =50~70mm； ② AR在18~20%，淬火后变形小； ③ 含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒 细小→高硬度、高耐磨性； ④ 回稳性较好，>250℃回火，<60HRC； ⑤ W使碳化物易形成网状。
适于制作要求变形小、耐磨性高的工件，如拉刀 等，也可做量具及形状较复杂的高精度冲模。
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回火 态
高速钢的退火组织(400X)
高速钢的铸态组织 (400X)
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K不均匀性 结果
①各向异性； ②形变时易应力集中开裂； ③热处理工艺性变坏