机械工程材料 第16讲 碳钢及合金钢3
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机械工程材料
第一节第钢四的节退工火具和钢正火
工具钢用于制造各种工具，如量具、刃具、模具等。工具 钢按化学成分可分为非合金工具钢、合金工具钢和高速工 具钢三类。
机械工程材料
扳牙
丝锥
量具
一、刃具钢 刃具钢用来进行切削加工的工具。 1.刃具钢的性能要求 高硬度 (≥HRC60),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达到。 高热硬性 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。 2.刃具钢的成分与组织特点 刃具钢含碳量较高，加入合金元素提高淬透性和回火稳定
碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等。
碳素工具钢材料
碳素工具钢带
机械工程材料
机械工程材料
随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。 T7、T8 硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11 硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等
刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样
机械工程材料
常用钢号及用途 常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。
高速钢铣刀
车刀
机械工程材料
铣刀
铸态
机械工程材料
淬火态
退火态 淬火回火态
二、模具钢 用以制造冷热模具的钢种。
机械工程材料
冷作模
汽车四缸压铸模
机械工程材料
(2) 成分特点 ① 高碳 碳含量多在1.0%以上，个别甚至达到2.0%，以保证高的
硬度和高耐磨性。 ② 加入Cr、Mo、W、V等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是是Cr。
汽车外板冷冲模
机械工程材料
（3）钢种和牌号
机械工程材料
机械工程材料
9Mn2V、9SiCr、CrWMn 大部分要求不高的冷模具用低合金刃具钢制造。 Cr12型 大型冷模具用钢，热处理变形很小，制造重载和形状复杂
二次硬化。② 碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火 冷却时，A’转变为M。
机械工程材料
高速钢硬度与回火温度关系
高速钢热处理特点：①需预热。②淬火加 热温度高。③淬火冷却课采取多种方式。 ④需多次回火。
机械工程材料
使用状态下组织 M回+颗粒状碳化物+A’（少量）
W18Cr4V钢淬火、回火后的组织
190-200℃
机械工程材料
（3）高速工具钢（重点、难点）
俗称风钢，制造高速切削刃具用钢。
性能特点
高热硬性(600℃)、高淬透性
成分特点
高碳: 0.70~1.5%C
合金元素作用 ① 提高淬透性：Cr
高速钢冷轧钢带
② 提高热硬性、耐磨性、造成“二次硬化”: W、Mo、V
机械工程材料
退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。 退火后组织：S+颗粒状碳化物。
W18Cr4V钢的退火组织
机械工程材料
淬火目的: 获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度 高(>1200℃)。
淬火后组织：M+未溶碳化物+A’ 。
机械工程材料
W18Cr4V钢的淬火组织
回火目的：主要为减少A’。消除内应力、稳定组织。 常用560℃三次回火. 回火时的组织变化：① 析出W、Mo、V 的碳化物，产生
机械工程材料
加工与热处理 加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火
→磨削
• 高速钢是莱氏体钢，其铸态组 织为亚共晶组织，由鱼骨状莱 氏体与树枝状M+T组成，脆性 大且无法热处理改善。
• 锻造目的：打碎粗大的鱼骨状 碳化物，使其均匀分布于基体 中。
W18Cr4V钢的铸态组织
机械工程材料
套等量具。
机械工程材料
热处理及组织 ⑴ 热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火 球化退火目的： ① 降低硬度, 便于加工;② 为淬火作组织准备。 ⑵ 使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
机械工程材料
球状珠光体 T12钢正常淬火组织
（2）低合金工具钢
由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3~5)形成。
低速刃具，如丝锥、板牙等。
合金工具钢扳手
机械工程材料
丝
板牙
锥
用9SiCr钢制造圆板牙
•工艺路线：
下料 →球化退火 →机加工 →淬火+低温回火 →磨平 面 →抛槽 →开口
•热处理工艺：
800-810℃ 炉冷 700-720℃
2-4h
6-8h
炉冷
850-870℃ 600-650℃
500℃ 出炉空冷
1wenku.baidu.com0-200℃
性。组织为回火马氏体上分布有细小均匀的粒状碳化物。
机械工程材料
3.常用刃具钢与热处理特点
（1）碳素工具钢
碳素工具钢的含碳量在0.65%-1.35%之间，钢号用平均碳 含量的千分数的数字表示，数字之前冠以“T” 。
碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质 钢，则在钢号后面标注“A”字。
Mechanical Engineering Materials
一、结构钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢
复习上节内容
机械工程材料
第第一九节章钢碳的钢退及火合和金正钢火
第一节 杂质元素对钢性能的影响（上次课已讲） 第二节 合金元素在钢中的作用（上次课已讲） 第三节 结构钢（上次课已讲） 第四节 工具钢 第五节 特殊性能钢
1.冷作模具钢（重点、难点） 冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模
等，工作温度不超过200℃～300℃。 (1) 性能要求 冷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。
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。 ① 高硬度，一般为58HRC～62HRC; ② 高耐磨性; ③ 足够的韧性和疲劳抗力; ④ 热处理变形小。
成分特点：
高碳：0.75~1.5%C
合金元素作用
① 提高淬透性: Cr、Mn、Si
② 提高耐回火性：Si
③ 提高耐磨性、细化晶粒: W、V
低合金工具钢制品
机械工程材料
机械工程材料
热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。 使用状态下的组织为：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 。 常用钢号及用途 应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的
第一节第钢四的节退工火具和钢正火
工具钢用于制造各种工具，如量具、刃具、模具等。工具 钢按化学成分可分为非合金工具钢、合金工具钢和高速工 具钢三类。
机械工程材料
扳牙
丝锥
量具
一、刃具钢 刃具钢用来进行切削加工的工具。 1.刃具钢的性能要求 高硬度 (≥HRC60),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达到。 高热硬性 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。 2.刃具钢的成分与组织特点 刃具钢含碳量较高，加入合金元素提高淬透性和回火稳定
碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等。
碳素工具钢材料
碳素工具钢带
机械工程材料
机械工程材料
随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。 T7、T8 硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11 硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等
刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样
机械工程材料
常用钢号及用途 常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。
高速钢铣刀
车刀
机械工程材料
铣刀
铸态
机械工程材料
淬火态
退火态 淬火回火态
二、模具钢 用以制造冷热模具的钢种。
机械工程材料
冷作模
汽车四缸压铸模
机械工程材料
(2) 成分特点 ① 高碳 碳含量多在1.0%以上，个别甚至达到2.0%，以保证高的
硬度和高耐磨性。 ② 加入Cr、Mo、W、V等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是是Cr。
汽车外板冷冲模
机械工程材料
（3）钢种和牌号
机械工程材料
机械工程材料
9Mn2V、9SiCr、CrWMn 大部分要求不高的冷模具用低合金刃具钢制造。 Cr12型 大型冷模具用钢，热处理变形很小，制造重载和形状复杂
二次硬化。② 碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火 冷却时，A’转变为M。
机械工程材料
高速钢硬度与回火温度关系
高速钢热处理特点：①需预热。②淬火加 热温度高。③淬火冷却课采取多种方式。 ④需多次回火。
机械工程材料
使用状态下组织 M回+颗粒状碳化物+A’（少量）
W18Cr4V钢淬火、回火后的组织
190-200℃
机械工程材料
（3）高速工具钢（重点、难点）
俗称风钢，制造高速切削刃具用钢。
性能特点
高热硬性(600℃)、高淬透性
成分特点
高碳: 0.70~1.5%C
合金元素作用 ① 提高淬透性：Cr
高速钢冷轧钢带
② 提高热硬性、耐磨性、造成“二次硬化”: W、Mo、V
机械工程材料
退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。 退火后组织：S+颗粒状碳化物。
W18Cr4V钢的退火组织
机械工程材料
淬火目的: 获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度 高(>1200℃)。
淬火后组织：M+未溶碳化物+A’ 。
机械工程材料
W18Cr4V钢的淬火组织
回火目的：主要为减少A’。消除内应力、稳定组织。 常用560℃三次回火. 回火时的组织变化：① 析出W、Mo、V 的碳化物，产生
机械工程材料
加工与热处理 加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火
→磨削
• 高速钢是莱氏体钢，其铸态组 织为亚共晶组织，由鱼骨状莱 氏体与树枝状M+T组成，脆性 大且无法热处理改善。
• 锻造目的：打碎粗大的鱼骨状 碳化物，使其均匀分布于基体 中。
W18Cr4V钢的铸态组织
机械工程材料
套等量具。
机械工程材料
热处理及组织 ⑴ 热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火 球化退火目的： ① 降低硬度, 便于加工;② 为淬火作组织准备。 ⑵ 使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
机械工程材料
球状珠光体 T12钢正常淬火组织
（2）低合金工具钢
由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3~5)形成。
低速刃具，如丝锥、板牙等。
合金工具钢扳手
机械工程材料
丝
板牙
锥
用9SiCr钢制造圆板牙
•工艺路线：
下料 →球化退火 →机加工 →淬火+低温回火 →磨平 面 →抛槽 →开口
•热处理工艺：
800-810℃ 炉冷 700-720℃
2-4h
6-8h
炉冷
850-870℃ 600-650℃
500℃ 出炉空冷
1wenku.baidu.com0-200℃
性。组织为回火马氏体上分布有细小均匀的粒状碳化物。
机械工程材料
3.常用刃具钢与热处理特点
（1）碳素工具钢
碳素工具钢的含碳量在0.65%-1.35%之间，钢号用平均碳 含量的千分数的数字表示，数字之前冠以“T” 。
碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质 钢，则在钢号后面标注“A”字。
Mechanical Engineering Materials
一、结构钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢
复习上节内容
机械工程材料
第第一九节章钢碳的钢退及火合和金正钢火
第一节 杂质元素对钢性能的影响（上次课已讲） 第二节 合金元素在钢中的作用（上次课已讲） 第三节 结构钢（上次课已讲） 第四节 工具钢 第五节 特殊性能钢
1.冷作模具钢（重点、难点） 冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模
等，工作温度不超过200℃～300℃。 (1) 性能要求 冷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。
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。 ① 高硬度，一般为58HRC～62HRC; ② 高耐磨性; ③ 足够的韧性和疲劳抗力; ④ 热处理变形小。
成分特点：
高碳：0.75~1.5%C
合金元素作用
① 提高淬透性: Cr、Mn、Si
② 提高耐回火性：Si
③ 提高耐磨性、细化晶粒: W、V
低合金工具钢制品
机械工程材料
机械工程材料
热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。 使用状态下的组织为：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 。 常用钢号及用途 应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的