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Wc = 0.08～0.14% WCr=17～19% WNi=8～11% Cu、Ti、Mo等
管板换热器
热处理特点:固溶处理;稳定化处理;
消除应力退火，不能进行热处理强化
用途: 化工容器、管道等。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu
大型化工储罐
33
材料科学与工程学院
1. 刃具的工作特点
金 属 的 切 削 过 程
γ
β2 γ
γ β2
β1
弹性变形
2018/8/7
塑性变形
Anming Li, Dept of MSE,hpu
挤裂
7
材料科学与工程学院
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
8
材料科学与工程学院
工 作 特 点
与工件发生剧烈的摩擦
22
材料科学与工程学院
成分特点：
高碳＋提高淬透性元素＋碳化物元素
1）高碳，＞1.0%C，有的甚至可达到2％；
2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元素，Mo、W、V等。
热处理及典型钢种：
淬火＋低温回火
尺寸较小、轻载的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。
三 个 特 点
2018/8/7
要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性
刃部有很高工作温度
要求刃具钢有高的耐热性
承受一定的冲击和弯曲应力
要求刃具钢有足够的塑性、韧性
Anming Li, Dept of MSE,hpu 9
材料科学与工程学院
2.性能要求（properties)
（1）高硬度 (hardness)
一般刃具钢≥60HRC，部分刃具钢≥70HRC
（2）高的耐磨性（wearability)
决定了刀具的耐用度；
耐用度：刀具由开始切削到磨钝的时间。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 10
材料科学与工程学院
刃具的耐磨性
材料的硬度 碳化物性质
63 60 HRC
降30％
冷处理 低温回火
时效处理
28
Anming Li, Dept of MSE,hpu
第四节
特殊性能钢
Special Property Steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 29
材料科学与工程学院
一.不锈钢 ( stainless steel )
1、 定义：
在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。
2、 耐蚀的概念：
*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内； *在强
酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内。
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
30
材料科学与工程学院
常用不锈钢：
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢
牌号: 1Cr13～4Cr13
卡 尺
2018/8/7
量
规
千分尺
27
Anming Li, Dept of MSE,hpu
材料科学与工程学院
2、 成分特点：
高碳: 0.9～1.5 %; 合金元素: Cr、 Mn、W。
3、热处理及典型钢种：
简单量具：T10A、T12A、65Mn等。 形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。
淬火
2018/8/7
W：17.5-19.0％ 保证热硬性
形成WC； 提高回火稳定性。
Anming Li, Dept of MSE,hpu 16
材料科学与工程学院
化 学 成 分 及 元 素 作 用
Cr：3.8－4.4％ 提高淬透性 “风钢”
增加过冷A稳定性，增加残余A的量
V：1.0－1.4％ 提高硬度和耐磨性
形成VC 1％→3.5％V，60HRC→70HRC
二.耐热钢
1、 定义：
在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢
2、 性能：
抗氧化性 ( 热稳定性 ) 蠕变极限 高温强度 ( 热强性 ) 持久强度
汽车气门
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
34
材料科学与工程学院
3、 钢种及用途：
抗氧化钢 ( 不起皮钢 ) :
奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 3
材料科学与工程学院
一、合金刃具钢
alloy cutting tool steel
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
4
材料科学与工程学院
什么是合金刃具钢？
用于制造各类切削刀具的合金钢。
（alloy cutting tool steel）
挖掘机
Anming Li, Dept of MSE,hpu
颚式破碎机
36
材料科学与工程学院
2、 性能：高硬度、耐磨性、韧性。 3、 成分：高碳 Wc = 1.0～1.3 %
高锰 WMn = 11～14 %
4、热处理：水韧处理 5、室温组织：过饱和单相奥氏体。 牌号 ZG Mn13 - 1
一号铸造高锰钢 锰含量WMn 13 % 铸钢
成分
三种碳化 物的硬度 VC
大量VC 70 HRC
WC Fe3C
硬度/HV
2018/8/7
2010
1730
800
11
材料科学与工程学院
(3)高的热硬性
热硬性：
（hot hardness)
材料在高温下保持高硬度的性能， 取决于钢的回火稳定性和碳化物的性质。
意大利五轴数控铣床
2018/8/7
德国数控铣床
（4）足够的塑性和韧性
（plasticity and toughness)
材料塑韧性低
刃具崩刃、断裂
高速钢刃具50％，硬质合金刃 具45％，其它材料刃具5％。 主要原因：高速钢的韧性好。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 14
材料科学与工程学院
3、低合金刃具钢：
25
材料科学与工程学院
热处理及典型钢种：
淬火＋高温回火
5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各种模具，淬透性好 3Cr2W8V 重载大型模具
汽车锻模
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
26
材料科学与工程学院
源自文库
三、量 具 钢
1、用途及性能：
用途：制造卡尺，量规、塞规等；
再
见
See you next time !
读书消 得人憔悴 衣带渐宽 终不悔
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 39
4.高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel)
“高速钢 ” (high speed tool steel)
以W18Cr4V为例
(1) 化 学 成 分 及 元 素 作 用
2018/8/7
C ：0.7-0.8％
保证高硬度
形成碳化物，约0.2％； 保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6％。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 23
材料科学与工程学院
热作模钢 ( hot-working die steel )
1、用途及性能： 用途：
对高温金属进行变形的模具； 如热锻模、热挤压模等。
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
24
铸态组织
退火组织
几种钢的锻造温度 钢号
A3 45
始锻温度/℃ 1250
1200
终锻温度/℃
700 800
W18Cr4V
2018/8/7
1150
950
18
材料科学与工程学院
热处理工艺曲线
高速钢 的热处理
（heat treatment)
热
冷 却
处
理
加 热
工
艺
回 火
油冷. 580-620℃分级
800-840℃预热 1270-1280℃A化
用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。
高合金 刃具钢
2018/8/7
低合金 刃具钢
5
Anming Li, Dept of MSE,hpu
材料科学与工程学院
端面铣刀
钻头
刃具钢 主要用途
盘型铣刀 丝锥板牙 齿轮滚刀
车刀
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
6
材料科学与工程学院
不能进行热处理强化。
用途:化工设备中要求耐蚀性高、
塑性好、强度低的容器、管道等。 硝酸生产装置
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
32
材料科学与工程学院
3)奥氏体型不锈钢
牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti 化学成分特点:
Alloy Steel
主讲人：李安铭
材料科学与工程学院
2018/8/7 1
第三节
合金工具钢
Alloy Tool Steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 2
材料科学与工程学院
工具钢编号原则
数字+化学元素+数字
1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数； 含碳量≥1％时，不写数字。 2、后面的数字表示合金元素含量。 合金元素含量小于1.5%时，不标含量； 等于或大于1.5%、2.5%……时，以2、3表示。 3、S、P量较低的高级优质钢，加A 4、特殊标注： 高速钢，例如：W18Cr4V；
化学成分特点: Wc = 0.1～0.4 %
WCr = 13 %
热处理特点: 淬火＋回火
组织：回火索氏体 结构件
回火马氏体 刀具
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
31
材料科学与工程学院
2)铁素体型不锈钢
牌号: 1Cr17、1Cr28等。 化学成分特点: Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 % 热处理特点: 750-780℃ 空冷
12
材料科学与工程学院
切削速度提升
刃具温度升高
对刃具材料的热硬性提出了更高的要求
刃具材料的耐热性是影响机械切削速度
的关键因素；国际生产工程学会的一份
报告指出：“正是由于刃具材料的进步，
允许切削速度每隔十年几乎提高一倍”。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 13
材料科学与工程学院
成分特点：
高碳+提高淬透性元素+提高回火稳定性元素
1)高碳，0.85－1.05%C之间；
2)提高淬透性的元素：Cr Mn；
3)提高回火稳定性的元素：V Si
典型钢种及热处理：
9SiCr CrWMn 淬火＋低温回火
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
15
材料科学与工程学院
550-570℃三次
2018/8/7 组织:M+C+A残
组织：A+C
减A残.析出C
19
材料科学与工程学院
回 火 与 硬 度
淬火后 回火后
60-63HRC
原因：大量A残
63-66HRC 组织：M回+C+A残
W18Cr4V回 火温度与硬度
2018/8/7
20
材料科学与工程学院
二、模具钢
Die steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 37
材料科学与工程学院
5、 用途：
铁路道岔
既要求耐磨又要求耐冲击的零件。
如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、 挖掘机铲齿和铁路道岔等。 球磨机衬板 挖 掘 机 铲 齿 履带
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 38
珠光体型 15CrMo
热强钢
马氏体型1Cr13 奥氏体型18-8型
汽轮机叶片
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
35
材料科学与工程学院
三.耐磨钢( wear-resistant steel )
1、定义 ：
在强烈冲击载荷作用下发 生冲击形变硬化的高锰钢。
球磨机
2018/8/7
材料科学与工程学院
成分特点：
中碳＋提高淬透性元素＋提高回火稳定性元素 ＋防止第二类回火脆性元素
1）中碳 0.3-0.5%C； 2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si; 3）提高回火稳定性元素 Mo、W 4) 防止第二类回火脆性元素 W Mo
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
21
材料科学与工程学院
冷 作 模 钢 ( cold-working die steel )
1、用途及性能： 用途：近室温下对金属进行变形的模具；
冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。 汽车冲压模具
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
发展 减少W含量,增加MO ,V 例 W6Mo5Cr4V2 趋势：提高硬度，发展超硬高速钢
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 17
材料科学与工程学院
（2）锻造及热处理（forging and heat treatment) 锻 造
必须锻造 非常困难
塑性差；锻造温度间隔小
管板换热器
热处理特点:固溶处理;稳定化处理;
消除应力退火，不能进行热处理强化
用途: 化工容器、管道等。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu
大型化工储罐
33
材料科学与工程学院
1. 刃具的工作特点
金 属 的 切 削 过 程
γ
β2 γ
γ β2
β1
弹性变形
2018/8/7
塑性变形
Anming Li, Dept of MSE,hpu
挤裂
7
材料科学与工程学院
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
8
材料科学与工程学院
工 作 特 点
与工件发生剧烈的摩擦
22
材料科学与工程学院
成分特点：
高碳＋提高淬透性元素＋碳化物元素
1）高碳，＞1.0%C，有的甚至可达到2％；
2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元素，Mo、W、V等。
热处理及典型钢种：
淬火＋低温回火
尺寸较小、轻载的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。
三 个 特 点
2018/8/7
要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性
刃部有很高工作温度
要求刃具钢有高的耐热性
承受一定的冲击和弯曲应力
要求刃具钢有足够的塑性、韧性
Anming Li, Dept of MSE,hpu 9
材料科学与工程学院
2.性能要求（properties)
（1）高硬度 (hardness)
一般刃具钢≥60HRC，部分刃具钢≥70HRC
（2）高的耐磨性（wearability)
决定了刀具的耐用度；
耐用度：刀具由开始切削到磨钝的时间。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 10
材料科学与工程学院
刃具的耐磨性
材料的硬度 碳化物性质
63 60 HRC
降30％
冷处理 低温回火
时效处理
28
Anming Li, Dept of MSE,hpu
第四节
特殊性能钢
Special Property Steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 29
材料科学与工程学院
一.不锈钢 ( stainless steel )
1、 定义：
在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。
2、 耐蚀的概念：
*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内； *在强
酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内。
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
30
材料科学与工程学院
常用不锈钢：
1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢
牌号: 1Cr13～4Cr13
卡 尺
2018/8/7
量
规
千分尺
27
Anming Li, Dept of MSE,hpu
材料科学与工程学院
2、 成分特点：
高碳: 0.9～1.5 %; 合金元素: Cr、 Mn、W。
3、热处理及典型钢种：
简单量具：T10A、T12A、65Mn等。 形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。
淬火
2018/8/7
W：17.5-19.0％ 保证热硬性
形成WC； 提高回火稳定性。
Anming Li, Dept of MSE,hpu 16
材料科学与工程学院
化 学 成 分 及 元 素 作 用
Cr：3.8－4.4％ 提高淬透性 “风钢”
增加过冷A稳定性，增加残余A的量
V：1.0－1.4％ 提高硬度和耐磨性
形成VC 1％→3.5％V，60HRC→70HRC
二.耐热钢
1、 定义：
在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢
2、 性能：
抗氧化性 ( 热稳定性 ) 蠕变极限 高温强度 ( 热强性 ) 持久强度
汽车气门
2018/8/7
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34
材料科学与工程学院
3、 钢种及用途：
抗氧化钢 ( 不起皮钢 ) :
奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 3
材料科学与工程学院
一、合金刃具钢
alloy cutting tool steel
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
4
材料科学与工程学院
什么是合金刃具钢？
用于制造各类切削刀具的合金钢。
（alloy cutting tool steel）
挖掘机
Anming Li, Dept of MSE,hpu
颚式破碎机
36
材料科学与工程学院
2、 性能：高硬度、耐磨性、韧性。 3、 成分：高碳 Wc = 1.0～1.3 %
高锰 WMn = 11～14 %
4、热处理：水韧处理 5、室温组织：过饱和单相奥氏体。 牌号 ZG Mn13 - 1
一号铸造高锰钢 锰含量WMn 13 % 铸钢
成分
三种碳化 物的硬度 VC
大量VC 70 HRC
WC Fe3C
硬度/HV
2018/8/7
2010
1730
800
11
材料科学与工程学院
(3)高的热硬性
热硬性：
（hot hardness)
材料在高温下保持高硬度的性能， 取决于钢的回火稳定性和碳化物的性质。
意大利五轴数控铣床
2018/8/7
德国数控铣床
（4）足够的塑性和韧性
（plasticity and toughness)
材料塑韧性低
刃具崩刃、断裂
高速钢刃具50％，硬质合金刃 具45％，其它材料刃具5％。 主要原因：高速钢的韧性好。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 14
材料科学与工程学院
3、低合金刃具钢：
25
材料科学与工程学院
热处理及典型钢种：
淬火＋高温回火
5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各种模具，淬透性好 3Cr2W8V 重载大型模具
汽车锻模
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
26
材料科学与工程学院
源自文库
三、量 具 钢
1、用途及性能：
用途：制造卡尺，量规、塞规等；
再
见
See you next time !
读书消 得人憔悴 衣带渐宽 终不悔
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 39
4.高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel)
“高速钢 ” (high speed tool steel)
以W18Cr4V为例
(1) 化 学 成 分 及 元 素 作 用
2018/8/7
C ：0.7-0.8％
保证高硬度
形成碳化物，约0.2％； 保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6％。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 23
材料科学与工程学院
热作模钢 ( hot-working die steel )
1、用途及性能： 用途：
对高温金属进行变形的模具； 如热锻模、热挤压模等。
2018/8/7
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24
铸态组织
退火组织
几种钢的锻造温度 钢号
A3 45
始锻温度/℃ 1250
1200
终锻温度/℃
700 800
W18Cr4V
2018/8/7
1150
950
18
材料科学与工程学院
热处理工艺曲线
高速钢 的热处理
（heat treatment)
热
冷 却
处
理
加 热
工
艺
回 火
油冷. 580-620℃分级
800-840℃预热 1270-1280℃A化
用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。
高合金 刃具钢
2018/8/7
低合金 刃具钢
5
Anming Li, Dept of MSE,hpu
材料科学与工程学院
端面铣刀
钻头
刃具钢 主要用途
盘型铣刀 丝锥板牙 齿轮滚刀
车刀
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
6
材料科学与工程学院
不能进行热处理强化。
用途:化工设备中要求耐蚀性高、
塑性好、强度低的容器、管道等。 硝酸生产装置
2018/8/7
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32
材料科学与工程学院
3)奥氏体型不锈钢
牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti 化学成分特点:
Alloy Steel
主讲人：李安铭
材料科学与工程学院
2018/8/7 1
第三节
合金工具钢
Alloy Tool Steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 2
材料科学与工程学院
工具钢编号原则
数字+化学元素+数字
1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数； 含碳量≥1％时，不写数字。 2、后面的数字表示合金元素含量。 合金元素含量小于1.5%时，不标含量； 等于或大于1.5%、2.5%……时，以2、3表示。 3、S、P量较低的高级优质钢，加A 4、特殊标注： 高速钢，例如：W18Cr4V；
化学成分特点: Wc = 0.1～0.4 %
WCr = 13 %
热处理特点: 淬火＋回火
组织：回火索氏体 结构件
回火马氏体 刀具
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
31
材料科学与工程学院
2)铁素体型不锈钢
牌号: 1Cr17、1Cr28等。 化学成分特点: Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 % 热处理特点: 750-780℃ 空冷
12
材料科学与工程学院
切削速度提升
刃具温度升高
对刃具材料的热硬性提出了更高的要求
刃具材料的耐热性是影响机械切削速度
的关键因素；国际生产工程学会的一份
报告指出：“正是由于刃具材料的进步，
允许切削速度每隔十年几乎提高一倍”。
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 13
材料科学与工程学院
成分特点：
高碳+提高淬透性元素+提高回火稳定性元素
1)高碳，0.85－1.05%C之间；
2)提高淬透性的元素：Cr Mn；
3)提高回火稳定性的元素：V Si
典型钢种及热处理：
9SiCr CrWMn 淬火＋低温回火
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
15
材料科学与工程学院
550-570℃三次
2018/8/7 组织:M+C+A残
组织：A+C
减A残.析出C
19
材料科学与工程学院
回 火 与 硬 度
淬火后 回火后
60-63HRC
原因：大量A残
63-66HRC 组织：M回+C+A残
W18Cr4V回 火温度与硬度
2018/8/7
20
材料科学与工程学院
二、模具钢
Die steel
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 37
材料科学与工程学院
5、 用途：
铁路道岔
既要求耐磨又要求耐冲击的零件。
如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、 挖掘机铲齿和铁路道岔等。 球磨机衬板 挖 掘 机 铲 齿 履带
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 38
珠光体型 15CrMo
热强钢
马氏体型1Cr13 奥氏体型18-8型
汽轮机叶片
2018/8/7
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35
材料科学与工程学院
三.耐磨钢( wear-resistant steel )
1、定义 ：
在强烈冲击载荷作用下发 生冲击形变硬化的高锰钢。
球磨机
2018/8/7
材料科学与工程学院
成分特点：
中碳＋提高淬透性元素＋提高回火稳定性元素 ＋防止第二类回火脆性元素
1）中碳 0.3-0.5%C； 2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si; 3）提高回火稳定性元素 Mo、W 4) 防止第二类回火脆性元素 W Mo
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
21
材料科学与工程学院
冷 作 模 钢 ( cold-working die steel )
1、用途及性能： 用途：近室温下对金属进行变形的模具；
冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。 汽车冲压模具
2018/8/7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
发展 减少W含量,增加MO ,V 例 W6Mo5Cr4V2 趋势：提高硬度，发展超硬高速钢
2018/8/7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 17
材料科学与工程学院
（2）锻造及热处理（forging and heat treatment) 锻 造
必须锻造 非常困难
塑性差；锻造温度间隔小