第四章 金属材料学 工具钢
第四章 工程材料 复习题
第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有强度、硬度、塑性。
衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
金属材料学简答题
简答1．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al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a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu。
能在a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni2．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？答：（1）扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素。
分为两类：a、开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶；b、扩大γ相区：有C，N，Cu等。
如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。
（2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。
一般为铁素体形成元素。
分为两类:a、封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。
如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb；b、缩小γ相区：Zr，Nb，Ta，B，S，Ce 等。
（3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
3．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。
答：答：1、改变了奥氏体区的位置；2、改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；(2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。
当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。
3、改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移。
4．合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
答：答：基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C（高-------------------------低）5．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。
高中通用技术第四章 材料、工具、工艺、模型制作 PPT课件
4.2工具与设备
一、木工工具及设备
在我们周围，到处可以看到木制品。木工是社会广 泛需要的一个技术工种。
（一）木工手工工具简介 锯子:
锯子是用来把木料锯断或锯 开的工具。锯子有多种，按其 主要用途可以分为橫锯、竖锯 和挖锯；按锯齿的大小可以分 为粗齿锯、中齿锯、和细齿锯 （适于比较细致的锯割）；按 其形状分则有框锯和板锯。
3.韧性 韧性是指材料抗冲击震动的性能。例如，玻璃的韧
性很差，易被敲碎。 4.硬度 硬度是指材料抵抗刮削、切割或磨损的能力。例如，
制作切削工具用的钢材，其硬度就比较高。
4.1 材料
5.延展性 延展性是指材料接受折、锻、压等外力，被改变形状
或被延伸，而材料没有遭受破坏的性能。例如，铝的延 展性好，可以压制成盘、碗等，而木材则不能。
4.1 材料
各种金属材料在出厂前大都会做成不同的型材，即 其断面呈各种标准形状，以方便各种不同用途的使用。例 如圆形、管形、方形、直角形、工字形、槽形、板形、丁 字形等。
（三）塑料
塑料是现代广泛使用的人造材料，是一种石油化工产 品。有热塑性塑料和热固性塑料两大类。
4.1 材料
热塑性塑料的物态变化是可循环的。加热时， 固态塑料会软化、溶解而变为液态；冷却时，又 会恢复到原来的形态和硬度。此类塑料不易制作 高温材料的物品，仅可以做一般日用品和建筑用 品，如瓶类包装材料、水管等。
4.2工具与设备
凿子: 凿子有平凿和圆
凿等，主要用于凿 削榫眼或其他局部 形状的铲削。凿榫 眼的平凿按宽窄不 同分为多种规格， 一般按凿眼宽度需 要来选用合适规格 的凿子。
4.2工具与设备
其他工具: 斧头用来砍削木料，在
需要去掉较多毛料时使用， 钻子用来钻孔。常用的钻子 有牵钻和弓摇钻两种。弓摇 钻适用于钻较大的孔。两种 钻子都可以通过更换钻头来 改变钻孔的大小。木料钻孔 也可以使用手电钻和车床钻。
工程材料学(第4章 工具钢)
变形 开裂 倾向
热应力 组织应力
变形 开裂
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
工艺 措施
模具增加工艺孔减少变形开裂
2、工具钢基本性能及检测方法
强度 塑性 韧度 硬度 热稳 定性
静弯或扭转试验→弯曲强度、 挠度和扭转强度、扭转角； ?
一般采用无缺口冲击试样 ?
一般硬度60HRC以上，K可适 当↑硬度2~3HRC
T
1260~1300℃ 800~850℃
500~600℃ 油冷
580~620 ℃ 一次 分级 350~400 ℃
550~570 ℃×1h
二次 分级
三次回火
时间t
W18Cr4V高速钢常用热处理工艺方法
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 —
M回 +
M
+ 少量AR + K2
回火Ⅲ
M回
+
AR （少量）
+ K3
（ K1 等以示区别）
W18Cr4V高速钢回火次数与残余奥氏体量（a）和性能（b）的关系
W18Cr4V钢回火一次金相组织 （400X）
W18Cr4V钢回火三次的金相组织 （400X）
同步热处理 ： 关键是正确选择回火温度与保温时间，以 便和淬火工艺相匹配。 思考:可能有什么问题? 表面处理： 强化方法:化学热处理或在刀具表面覆层 表面氮化、表面硫氮共渗等多元共渗、蒸气 处理等，＜560℃。物理气相沉积(PVD法)， 在表面沉积TiC等覆层。
一、低合金工具钢
常用低合金工具钢有9Mn2V 、CrWMn 、
金属材料学(戴起勋版)第4章整理答案
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？工具钢使用性能：（1）硬度。
工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。
工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
（2) 耐磨性。
工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力.工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变.（3）强度和韧性. 工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
（4）其他性能。
由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。
工艺性能：（1）加工性。
工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能,才能保证工具的制造和使用。
钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。
(2）淬火温度范围。
工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性.(3）淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能.淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高.淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。
淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求.（4）脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。
在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
（5）热处理变形性. 工具在热处理时,要求其尺寸和外形稳定。
（6) 耐削性。
对很制造刀具和量具用钢。
要求具有良好的磨削性.钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量,如果钒质量分数不小于0。
50%则磨削性变坏。
机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度.（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。
（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度。
（4）较高的韧性,以降低缺口敏感性。
金属材料-碳钢
gold纯铁常温晶体结构为体心立方，称为α铁9121394体心立方二、碳钢铁碳合金按碳的质量分数分为碳钢与铸铁[w(C)＞2.11％]两类。
碳钢是指以铁和碳元素为主，含有少量锰、硅、硫、磷、氧、氮等非特意加入元素的钢。
碳是其中最主要的合金元素。
1. 碳在铁碳合金中的作用在熔融态,碳可溶于液体铁中。
碳在α铁、γ铁和σ铁中均以间隙形式存在于固溶体中，分别称为铁素体、奥氏体和σ固溶体（或高温铁素体）。
碳还可以与铁一起形成化合物FeC，称为渗碳体。
3铁碳合金中碳还可能以石墨片、球或团絮的形态存在。
碳溶于熔融的液态铁中，使合金熔点(平衡凝固温度)降低，降低幅度随碳的质量分数增大而下降(ABC线)。
w(C) = 4.30％的铁碳合金熔点最低，超过这个最低点后，合金熔点随碳的质量分数的增加而上升。
不论是铁碳合金还是添加其他合金元素的三元合金，熔化和凝固都是在某一温度范围内进行。
AHJECF线为始熔(终凝)温度与碳的质量分数的关系。
℃时溶解度最线所示。
按质碳还使铁碳合金的同由于铁素体溶碳量很低，铁碳合金中的碳主要以渗渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD 线—液相线AECF 线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm4. 碳钢的牌号及用途(1) 普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称普碳钢，按力学性能供应。
钢号有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等5种。
数字表示其最低屈服强度。
Q195、Q215、Q235钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢管等，可用于制造桥梁、建筑物等构件，也可用于制造螺钉、螺帽、铆钉等。
Q255、Q275钢强度较高，常轧制成型钢、钢板作构件用。
(3) 铸钢铸钢牌号的表示是在数字前冠以“ZG”，数字则代表钢中碳的平均质量分数(以万分数表达)。
例如ZG25，表示w(C)＝0.25％的铸钢。
铸钢可用来制造形状复杂而需要一定强度、塑性和韧度的零件，如起重运输机中的齿轮、联轴器及重要的机件。
《工程材料学1》习题
《工程材料》习题第一章第二章习题一、名称解释疲劳强度、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、判断题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
6、晶界是一种面缺陷，所以晶界面积越大，金属的机械性能越差。
7、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
8、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
三、选择题1、决定金属结晶后晶粒大小的因素a)液态金属的形核率b)金属的实际结晶温度c)结晶速率d)晶核的长大速率2、工程上使用的金属材料一般都具有a)各向异性b)各向同性c)伪各向异性d)伪各向同性3、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度a)越高b)越低c)越接近理论结晶温度d)不能确定4、多晶体的晶粒越细，则其a)强度越高，塑性越好b)强度越高，塑性越差c)强度越低，塑性越好d)强度越低，塑性越差5、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化6、铸造条件下，冷却速度越大，则a)过冷度越大，晶粒越细b)过冷度越大，晶粒越粗c)过冷度越小，晶粒越细d)过冷度越大，晶粒越粗四、填空题1、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越，晶粒越，强度越，塑性越。
2、金属的结晶主要由和两个基本过程组成。
3、金属结晶过程中，细化晶粒的方法有、和。
4、实际金属中存在、、缺陷。
其中，位错是缺陷，晶界是缺陷。
第三章习题一、名称解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、判断题9、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
10、由于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
11、固溶体的强度、·一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出d)多数要发生共析转变2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是：a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
第四章工具钢
（2）改善碳化物不均匀性的措施：
a-采用200～300kg小锭型，使钢锭凝固快， 减少结晶时宏观偏析，莱氏体共晶也细小
b-采用扁锭加快凝固，一般用630kg型，减少 集中偏析，使莱氏体共晶细小
（4）碳的作用 ➢提高回火硬度、热硬性
➢缺点：加重碳化物不均匀性；增加残留奥 氏体
（5）钴的作用 ➢非碳化物形成元素 ➢提高马氏体回火稳定性，提高热硬性
➢钴与钨、钼原子间结合力强，可减低钨钼 扩散速率，减慢合金碳化物析出和聚集长 大，增加热硬性。
（6）微合金元素的作用
➢N：提高M6C的稳定性，减小聚集倾向。N 可细化奥氏体晶粒，提高晶界开始熔化温 度，提高了淬火温度和合金元素溶解量， 增加淬火回火硬度和热硬性。
➢剩余碳化物总量不高，韧性较好。
2.热作模具钢
➢金属的热成型：
➢一种是对红热的固态金属施加压力，使之在模 具腔内热变成型，如锤锻、挤压；模具表面可 达600℃，局部可高于650℃；
➢另一种是在压力下使熔融金属注入模具腔内凝 固，即压铸，模具表面温度可达800℃；
➢模具钢需要有：高抗热变形能力，高韧性， 高抗热疲劳、抗热烧蚀性
MC是以钒为主的VC
高速钢属于高合金莱氏体钢，Fe、C、合金 的多元相图。
过烧现象：
淬火温度超过 1320℃将发生 过烧现象，晶 界局部熔化， 碳化物全部溶 解，晶内出现 δ相。
2.碳化物不均匀性
碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要 技术指标。
（1）不均匀碳化物的影响：
a-淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体晶粒易 粗化，淬火开裂倾向大；碳化物密集区脆 性大，易引起崩刃。
《金属材料学》各章小结
图1 钢合金化原理、主线、核心和设计思路2、结构钢复习小结表1 典型结构钢的特点、应用及演变横向图2 材料成分、工艺、组织、性能间的关系3、合金工具钢复习小结表2 典型工具钢的特点、应用及演变图2 铸铁成分、工艺、组织、性能关系图3 铝合金分类和性能特点总复习提要一、主线、核心和“思想”主线：零件服役条件→技术要求→选择材料→强化工艺→组织结构→最终性能→应用、失效。
寻求最佳方案，充分发掘材料潜力。
（1）同一零件可用不同材料及相应工艺。
例：调质钢符合淬透性原则可代用，柴油机连杆螺栓可用40Cr调质，也可用15MnVB；工模具钢，CrWMn、9SiCr、9Mn2V等钢在有些情况下也可考虑代用。
（2）同一材料，可采用不同的强化工艺。
例：60Si2Mn，有常规中温回火，也可等温淬火；T10钢，淬火方法有水、水-油、分级等。
根据不同零件的服役条件，考虑改进工艺，以达到提高零件寿命的目的。
强化工艺不同，组织有所不同，但都能满足零件的性能要求。
通过分析、试验，可得到最佳的强化工艺。
考虑问题不可呆板、机械、照搬书本，不要认为中C就是调质，低合金超高强度钢就是用低温回火工艺。
弹簧钢就是中温回火?其实，60Si2Mn有时也可用作模具。
某些低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可制作量具、模具等。
要学活，思路要宽。
提出独特见解，怎样才能做到?核心：核心是合金化基本原理。
这是材料强韧化矛盾的主要因素，要真正理解“合金元素的作用，主要不在于本身的固溶强化，而在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。
”应该主要从强化机理和相变过程两个方面来考虑。
掌握了合金元素的作用，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地采用热处理等强化工艺。
从钢厂出来，钢成分已定。
如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。
企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。
总结一下常用合金元素的作用、表现是很有必要的。
金属材料学
第一章合金化原理碳钢中的常存杂质1.锰（Mn ）和硅（Si ）炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
Mn：可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。
MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。
Si：可固溶，也可形成SiO2夹杂物。
Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。
2．硫（S）和磷（P）S：S和Fe能形成FeS，并易发生热脆(裂)。
P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。
磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
3．氮（N）、氢（H）、氧（O）N：在α-铁中可溶解。
N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。
H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。
O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。
N、H、O是有害杂质。
碳钢的分类1．按钢中的碳含量1）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢0.0218%≤w c≤0.77% 共析钢w c=0.77% 过共析钢：0.77%＜w c≤2.11%2）按钢中碳含量的多少分类低碳钢：w c ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜w c≤0.6% 高碳钢：w c＞0.6%2．按钢的质量（品质），碳钢可分为（1）普通碳素钢（2）优质碳素钢（3）高级优质碳素钢（4）特级优质碳素钢3．按钢的用途分类，碳钢可分为（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）碳素工具钢（4）一般工程用铸造碳素钢4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为（1）沸腾钢F （2）镇静钢Z （3）半镇静钢b （4）特殊镇静钢TZ碳钢的用途1-普通碳素结构钢（1）主要用于一般工程结构和普通零件（2）热轧后空冷是这类钢通常的供货状态。
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。
金属材料及热处理B课件 12工具钢-正式 [兼容模式]
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第四章工具钢主要内容 概述（刃具钢; 模具钢；量具钢） 碳素及低合金工具钢高速工具钢（重点）冷作模具钢热作模具钢工具钢与常用结构钢的简单比较结构钢工具钢 成分：C：中低C 中高C合金元素: 中偏低中偏高 组织:P（S,T）, B, M M,S,T 热处理：退正淬回淬火回火 性能：综合性能（强韧）（热）硬，强 应用：工程或制造结构各种工具4. 1 概述一. 基本性能要求→使用性能硬度与耐磨性，热硬性，强度韧塑性热疲劳性能→工艺性能淬透性，变形与开裂倾向氧化与脱C敏感性切削加工性，磨削性→模具钢热作模具钢要求高温下的硬度和强度，抗热疲劳和良好的韧性。
如锤锻模，挤压模，压铸模。
5CrNiMo (5CrMnMo), 3Cr2W8V冷作模具钢高硬度，耐磨性和一定的韧性。
如冲切模，搓丝模，拉丝，剪刀片。
T8 -T12, Cr12V, Cr12MoV→量具钢要求高硬度，高耐磨性和尺寸稳定性如量规，样板，卡尺。
二. 按成分分类1）碳素工具钢2）低合金工具钢3）高合金工具钢（高速钢）注意：同一种钢种有时既可作刃具钢又可作模具钢或量具钢。
4.2 碳素及低合金工具钢一. 碳素工具钢成分：中高C钢，0.65-1.35%组织：高C回火马氏体+细粒状K，HRC58-64。
牌号：T7~T13高牌号者,硬度高,耐磨性好,但韧性较低；低牌号者，硬度较低，但韧性较好。
可选择不同场合具体运用。
热处理球化退火+ 淬火与低温回火性能成本低，冷热性能较好，热处理简单，应用范围较宽。
不足处1）淬透性低,盐水中淬火,变形开裂倾向大。
2）组织稳定性差,热硬性低,工作温度小于200 ℃。
应用：制作工件尺寸较小、受热温度不高、形状简单、不受较大冲击的工具如低速切削的刃具和简单的冷冲模。
二. 低合金工具钢●加入合金元素：如Cr, Mn, Si, W, Mo, V等●合金元素作用：高淬透性（可油淬，减少变形开裂）；碳化物形成元素细化了碳化物，使合金渗碳体均匀分布且易于球化；合金渗碳体稳定，阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒,改善韧性；Si提高抗回火稳定性，提高刀具切削寿命。
工具钢ppt
化退火之前先进行正火处理，以消除网状碳化物。
最终热处理为淬火＋低温回火（回火温度一般
180 ～ 200℃），正常组织为隐晶回火马氏体＋细粒状
渗碳体及少量残余奥氏体。
低合金刃具钢成分特点
在碳素工具钢基础上添加Si、Mn、Cr、W、Mo、 V等合金元素，以提高工具钢的综合性能。 合金元素总量一般在 5％以下，其主要作用是提高 钢的淬透性和回火稳定性、进一步改善刀具的硬度和 耐磨性；强碳化物形成元素 (如W、V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、改 善刀具的强韧性。
冷作模具钢2
常用冷作模具钢：
碳素工具钢(T10、T10A) [尺寸较小的冷作模具钢] 低合金工具钢(9SiCr、9Mn2V) [中小尺寸模具钢]
中、高铬模具钢(Cr12、Cr12MoV) [尺寸大、形状复杂、精度高的重载模具] 高速钢类模具钢(W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V) [冷、热模具钢均可]
冷作模具钢1
工作条件与性能要求： 在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作温 度200～300℃；模具承受很大的载荷及摩擦、冲击作 用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性、高强度和 足够的韧性；冷作模具对淬透性、耐磨性尤其是韧性 方面的要求更高一些，冷作模具钢应是高碳成分并多 在回火马氏体状态下使用。
量具钢
量具是度量工件尺寸形状的工具，是计量的基准， 如卡尺、块规、塞规及千分尺等。由于量具使用过程
中常受到工件的摩擦与碰撞，且本身须具备极高的尺
寸精度和稳定性，故量具钢应具备以下性能：
1）高硬度（58～64HRC）和高耐磨性。
2）高的尺寸稳定性（要求组织稳定性高）。
3）一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性。
（1000℃）、切削速度高（高速钢的
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
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。
金属工艺学电子教学教案——第四章 钢的热处理02(高教版 王英杰主编)
第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。
2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。
教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。
♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。
马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。
马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。
一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。
(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。
3以上30℃～50℃。
共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。
3．淬火方法(1)单液淬火。
♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。
例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。
单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。
(2)双液淬火。
♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。
例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。
双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。
(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。
马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。
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。
《工程材料及成形技术基础》任家隆 第4章 常用工程材料
≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.040 ≤0.035 ≤0.045 ≤0.045
脱 力学性能（不小于） 氧
方 σs/MPa Rm/MPa 法
F、 Z Q195
F、 Z Q215 F、 Q235
Z
315～390 335～410 275～460
Z
T Z
为了保证钢在使用中的可靠性，钢厂都严格按国家标 准控制杂质含量和夹杂物的等级。用户也需对进厂钢 材进行必要的化学成分及杂质的化学分析，对组织和 缺陷及夹杂物作金相检查，对各项力学性能进行测试。
图4-1含碳量（质量分数）对钢的力学性能的影响
碳素钢的分类
碳素钢的分类方法很多，这里主要介绍几种常用的分类方法。
碳素钢
碳钢中常存杂质元素的影响
C是钢中的重要元素，对钢的性能影响最大。第2章中 铁碳合金相图的内容实际上即为钢中碳的质量分数对钢的 组织和性能的影响。
在实际中使用的碳素钢％)并不是单纯的铁碳合金。钢 中还含有少量的Si、Mn、S、P、O、H、N等杂质元素， 这些元素对钢的性能和质量都有很大的影响。下面分别论 述各元素的影响。
性和焊接性很差，但热处理后会
有很高的强度和硬度。图4-1所 示为含碳量（质量分数）对钢的
图4-1含碳量（质量分数）对钢的力学性 能的影响
力学性能的影响。
2.按碳钢的冶金质量等级分类。 主要根据碳钢中所含有害杂质S、P的含量，分为以
下几种：
普通碳素钢：wS≤0.05%、wP≤0.045%； 优质碳素钢： wS≤0.030%、wP≤0.035%； 高级优质碳素钢： wS≤0.020%、wP≤0.030%； 特级优质碳素钢： wS≤0.015%、wP≤0.025%； 通常普通碳素钢冶炼简单，成本低，能保证一定的力
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组织：球化退火后的显微组织叫球化体，在 铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体。
球化体
目的： （1）使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球 状化，降低硬度，改善切削加工性能； （2）为以后的淬火作组织准备。
4. 扩散退火 把钢锭、铸件或锻坯加热到固相线以 下100 ℃～200 ℃的温度，长时间保温 （10 h～15 h），并进行缓慢冷却的热处 理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。 目的：减少钢锭、 铸件、锻坯的化学成分 和组织的不均匀性。 扩散退火后钢的晶 粒很粗大，要再进行完 全退火或正火处理。
Hale Waihona Puke 2. 等温退火 将钢件加热到高于Ac3 (或Ac1 ) 的温度, 保温后, 较快地冷却到珠光体区的某一温度 保温, 奥氏体等温转变，然后缓慢冷却的热 处理工艺。 与完全退火相同, 能获得均匀的组织; 对于奥氏体较稳定的 合金钢, 可缩短退火 时间。
3. 球化退火 使钢中碳化物球状化的热处理工艺。 主要用于共析钢和过共析钢。球化退火 的加热温度略高于Ac1。 球化退火需 要较长的保温时 间来保证二次渗 碳体的自发球化。 保温后随炉冷却。
刃具
车刀、铰刀、刨刀、钻头
• 切削时刃部与切屑之间强烈摩擦----磨损严重 • 发热，刃部温度可达500℃～600℃； • 承受冲击和震动----崩刃、折断
工 具 钢
模具
冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模 热锻模、热压模、热挤压模和压铸模
• 型腔及刃口受到强烈的摩擦与挤压---磨损、刃口钝化 • 冲击与热的作用----型腔表面塌陷、沟槽、冷热疲劳裂纹
Mo 与W作用相近，1%Mo替代2%W，经济性提高15% 碳化物分布均匀，尺寸细小，可热加工； 回火时析出Mo2C，产生二次硬化和析出强化。
MoC不如WC稳定，Mo引起钢脱碳趋势增加。 V
1%-2%，大多以M6C形式存在，淬火时V少量溶解 入A，↑淬透性和M回火稳定性，回火时再析出VC，二 次硬化； 多数未溶，保留下来细化晶粒，提高硬度。 VC提高钢的红硬性，耐磨性，细化晶粒，降低钢的过 热敏感性。
钨系：W18Cr4V，18-4-1；M1，P18 钨钼系：W6Mo5Cr4V2，6-5-4-2；M2
高碳高钒 一般含钴 高钴高钒 超硬型
2.3.2 通用型高速钢成分及合金元素作用
C
一般高速钢含C量0.7~1.3%(质量分数)
保证淬火得到高碳马氏体，形成足够的碳化物。
合金元素 W
W、Mo、Cr、V等含量高碳化物形成元素， 提高淬透性、保证红硬性（Co）
Cr 4%，提高钢的淬透性，抗氧化性能。 切削时在刀刃处形成氧化膜，防止粘刀，降低磨损。 M6C型，溶于固溶体和渗碳体，阻止渗碳体型碳化物 的聚集长大。 Co 特殊性能高速钢中5-12% ，提高红硬性并加强二次硬 化 增加回火时Mo2C形核速度，减缓长大速率 （Co促进C原子扩散，使C的浓度梯度下降） Mo2C细小弥散析出 不利：脱碳趋势增大（采用还原气氛）
工 具 钢
成 分 特 点
合金元素
由于工具钢的含碳量较 高，为了改善工具钢的 塑性变形能力并减轻热 处理时淬裂的可能性， 工具钢对钢材的纯洁性 要求较严，对 S,P 含量 一 般 均 限 制 在 0.020.03%以下
Cr, W, Mo, V 碳化物形成元素。保证高硬 度和高耐磨性 有时也加入一些Mn和Si，其 目的主要是减少工具在热处 理时的变形，并增加钢的淬 透性和回火稳定性，使其硬 度值随回火温度的上升而下 降得慢一些。
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2.刃具钢的种类
2.1碳素刃具钢 T7、T8、T9、T10、T12、T13
0. 65-1.35% w(C)
T7、T8凿子、木工工具 T10、T12 车刀、丝锥 优点:容易锻造及切削加工，而且价格便宜，生产量约占全 部工具钢的60% 缺点：淬透性低、过热、回火抗力差
2.2 低合金工具钢 9SiCr，CrWMn, CrMn等
1. 完全退火 又称重结晶退火，把钢加热至 Ac3以上20 目的： ℃～30 ℃, 保温后缓慢冷却(随炉冷却或埋 ●通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、 入石灰和砂中冷却 ), 以获得接近平衡组织 不均匀的组织均匀化和细化； 的热处理工艺。 ●使中碳以上的 完全退火一般用 钢得到接近平衡状态 于亚共析钢及合金钢 的组织，降低硬度， 的铸锻件以及部分焊 改善切削加工性能； 接结构件。 ●消除内应力。 亚共析钢完全退 退火后组织为F+P。
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合金工具钢： ×合金元素符号××
工 具 钢
一位数字 含碳量千分数
元素含量 百分数
注： Wc>1%一般不标数字，牌号开始无数字； 9Mn2V；CrWMn 特例： W18Cr4V
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二、工具钢的成分及热处理特点
高的含碳量
通常为0.6-1.3%
高碳马氏体，从而得到高的硬度和 切断抗力； 高的含碳量可以形成足够数量的碳 化物，以保证高的耐磨性。
5. 去应力退火 将钢件加热至低于Ac1的某一温度(一般 为500 ℃～650 ℃)，保温后随炉冷却。以 消除内应力的低温退火。 目的：消除铸 造、锻造、焊接和 机加工、冷变形等 加工在工件中造成 的残留内应力。 不引起组织变 化。
二、正火
钢加热到Ac3(对于亚共析钢)、Ac1(对于共析 钢)、Accm(对于过共析钢)以上30 ℃～50 ℃, 保 温后, 在自由流动的空气中均匀冷却的热处理。
T10/T12基础上添加Cr、Si、Mn、W、V等，总量<4% 合金元素的作用： • 提高耐磨性：W、V 如何从牌号上区分 • 回稳性: Cr、Si 低合金工具钢和低 • 淬透性： Cr、Si、Mn 碳马氏体型钢？ 形状复杂变形小的刀具
9SiCr
正火900～920℃+等温退火700 ～ 720 ℃ 淬火：850 ～ 870 ℃，等温淬火 160 ～ 170 ℃盐浴 回火：175 ～ 200 ℃ 9SiCr钢适宜于做形状复杂变形小的刀具，特别是薄刃刀具， 如板牙、丝锥、钻头等。也可以用来做冲模、打印模和搓丝板 等。
一、 工具的分类和服役条件
主要包括 各种金属 切削刀具， 如车刀、 铣刀、钻 头等。
工 具 钢
刃具 量具
模具
量具包括各种量测工 模具是进行压力 加工的工具。根 具，如卡尺、千分尺、 据坯料的加工温 块规、塞规等。
度，又可分为冷 作模具和热作模 具两大类
螺纹规
游标卡尺
千分尺
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工具的服役条件
20
板牙
2.3 高速钢（重点） 适用于制造高速切削的刃具钢种。 高速切削 刃部温度600℃
高碳低合金钢 硬度下降
高速钢的优点： 切削速度快1-3倍 （低合金钢5-8m/min； 高速钢30m/min）； 耐用性7-14倍； 应用广泛还可以做些模具。
2.3.1 高速钢的分类 通 用 型 特 殊 性 能 高 速 钢
碳质量分数为0.35%的钼
钢硬度与回火温度的关系
产生二次硬化的原因
（1）当回火温度低于450 ℃时, 钢中析出 渗碳体，硬度降低。 在450 ℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出 弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度 升高, 称为沉淀硬化。 （2）回火时冷却过程中残余奥氏体转变为 马氏体的二次淬火也导致硬度升高。
MC：VC，稳定性最高，硬度最高， 淬火时只有部分溶于A中， 回火时析出VC产生弥散强化和二次硬化，使钢具 有高硬度、耐磨性、红硬性增加。
M23C6:稳定性较差，淬火时全部溶入A中， 增加淬透性。 热处理状态与碳化物类型 退火：M6C、M23C6、MC（Fe2W4C， Cr23C6、VC） 淬火：M6C、MC（Fe2W4C、VC） 回火：M2C、MC（Mo2C、W2C、VC）
2.3.3 高速钢中的碳化物及其作用：
总规律： 除Co高速钢外，退火状态下都含有M6C 溶于奥氏体的合金碳化物可增加红硬性和淬透性 （Cr23C6，950-1100oC） 回火析出时产生弥散强化和二次硬化， 未溶于奥氏体的碳化物M6C，MC可细化晶粒，增 加耐磨性。 举例： M23C6（Cr23C6，退火时形成的，稳定性较差）， 加热时全溶于A中，增加淬透性
碳化物分布状态对钢性能的影响
各向异性，降低钢材的强度、塑性和韧性
塑性降低，容易引起开裂 对热处理工艺性的影响— 碳化物稀少处，过热，甚至容易过烧，而且降低 了热处理后的硬度和红硬性。 在碳化物堆集处，较多残余奥氏体，这些区域往 往回火不足，使刀具组织不稳定，内应力增大， 容易引起刀具变形甚至开裂。 降低刀具的切削性能，使刀具容易崩刃和磨损。
正火后的组织： ●亚共析钢为F+S； ●共析钢为S； ●过共析钢为 S+Fe3CII。
正火应用 （1）作为最终热处理 细化晶粒，组织均匀，减少亚共析钢 中铁素体含量，珠光体含量增多并细化，提高钢 的强度、硬度和韧性。用于不重要的零件。 （2）作为预先热处理 截面较大的合金结构钢件，在淬火前进行正 一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行 火，消除魏氏组织和带状组织，均匀、细化组织。 的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体针片之 对于过共析钢可减少二次渗碳体量，不形成 间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种 过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏组织 连续网状，为球化退火作组织准备。 （3）改善切削加工性能 适当提高低碳钢的硬度，改善切削加工性能。
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长安大学 材料学院
二、工具钢的成分及热处理特点
工 具 钢
球化退火：对于碳 素工具钢和低合金 工具钢的预先热处 理，通常采用球化 退火。 有时为了消除 网状或片状碳化物， 往往在球化退火前 先进行一次正火处 理。
淬火温度一般是在 碳化物与奥氏体共 存的两相区。
回火温度主要是在 消除有害应力前提 下，尽量保持钢的 高硬度来考虑。