第六章 铁素体

◆ 应用： 应用于强腐蚀介质中工作的化 工设备、抗磁仪表等。
2)马氏体型不锈钢（Cr13）属于铬不锈钢 ◆马氏体不锈钢成分特点： *含碳量0.1~1.2% *含铬量12~18% 其它元素Mo、V、Si、Cu等
*
◆铁素体不锈钢的成分特点： 含碳小于0.12% 含铬17~30% 其它元素Mo、V、Ti等
量块
電子卡尺
6.5特殊性能钢
在特殊工作条件下工作，具有特殊物理化学性能要 求的机械零件钢材 特殊性能钢种类很多，主要包括：不锈钢、耐热钢 、耐磨钢。
大多不锈钢的含碳量都较低，不锈钢中的基本元素都 是铬，只有当铬含量达到一定值（≥13%）时，不 锈钢才具有良好的耐蚀性。
不锈钢的分类及常用不锈钢 不锈钢分类：按金相组织分 *奥氏体型不锈钢（18-8型） *马氏体型不锈钢（Cr13）

2． 热强钢 热强钢又分为马氏体型热强钢和奥氏体热强钢两种。1Cr11Mov ，1Cr12WMov，4Cr9Si2，4Cr14Ni14W2Mo等等。
ห้องสมุดไป่ตู้
三． 耐磨钢 (ZGMn13)
定义：耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的 高锰钢。
特点：高碳、高锰、
它只有在强烈冲击与摩擦的作用下，才具有耐磨性，在 一般机器工作条件下，它并不耐磨。主要用于制造坦克、 拖拉机的履带，挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱 钢板、铁路道岔等。由于高锰钢极易加工硬化，使切削加 工困难，故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的。

6.4.1 合金刃具钢 合金刃具钢主要用于制 造车刀，铣刀，拉刀，钻头等各 种金属切削刀具。
合金工具钢的性能要求： 1,高硬度：主要取决于含碳量 2,高耐磨性：靠高硬度和析出细 小均匀硬碳化物来达到。 3，高热硬性：即高温下保持高硬 度的能力。 4，足够的韧性：以防止脆断和崩 刃。
⑴ 高硬度和耐磨性。
⑵ 足够的强度和韧性。 ⑶ 良好的工艺性能（淬透性、切 削加工性等）
汽车冲压模具
2、常用钢种
⑴ 小尺寸、形状简单、受力不 大的模具, 可用碳素工具钢和低
合金工具钢制造。
⑵ 截面、受力大的冷模具用 Cr12型冷作模具钢制造。
Cr12钢

① 成分特点: 高碳(1.4~2.3%C); 高铬(11.5~13%Cr)
50 40 30 20 10 0 1st Qtr 2nd Qtr
（二） 低合金刃具钢
由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3~5)形
成. 1、成分特点： ⑴ 高碳：0.75~1.5%C ⑵ 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
6.1.2合金元素对刚热处理和力学性能影响
1.减缓奥氏体化过程 与碳钢基本相同，包括形核与长大，碳化物溶 解及奥氏体均匀化。
2.细化晶粒 几乎所有元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作 用。 强碳化物形成的元素使得到的晶粒更细。
3.提高钢的淬透性 大多数合金元素溶于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体 的稳定性，减小淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。 单一合金元素的淬透性没有多种合金元素效果显著。
◆常用铁素体不锈钢 1Cr17、1Cr17Ti 00Cr30Mo2
◆铁素体不锈钢的性能特点
耐蚀性比马氏体不锈钢好 单相铁素体，高温抗氧化性好 塑性、可焊性好 有金属间化合物引起的高温脆性
◆应用 *受力不大的耐酸结构件和作 为抗氧化钢使用。 如：家用不锈钢厨具、餐具等

二． 耐热钢
渗 碳 炉
透性和渗碳能力。
渗碳件—传动齿轮
2、成分特点
⑴ 低碳： 0.1~0.25%C ⑵ 合金元素作用： 加 入铬，锰，镍，硅， 硼等可以提高淬透性
高精密独 立导柱
渗碳件
四、调质钢
调质件（螺杆）
调质后使用的合金结构钢。 1、性能要求 ⑴ 良好的综合力学性能. ⑵ 良好的淬透性。
柴油机凸轮轴
高淬透性钢：用于制造大截
面重载荷零件，如曲轴等。
单缸汽车曲轴
合金结构钢曲轴
五、弹簧钢
制造弹簧或类似性能零件 的钢种。 1、性能要求 弹簧是利用弹性变形储存 能量或缓和冲击的零件。
2、成分特点 ⑴ 中高碳： 碳素弹簧钢为 0.6~0.9%C 合金弹簧钢为 0.45~0.7%C
调质件（冷却轮）
2、成分特点
（1）中碳；含碳量在0.25% 到0.5%之间。以C=0.40%居多 （2）加入某些金属元素可以增 加钢的淬透性，同时具有
破碎机主轴
良好的塑性和韧性。
3、常用钢号及用途 低淬透性钢： 用于制造较小的齿轮、轴、
螺栓等。
中淬透性钢： 用于制造大中型零件。
（三）高速钢（俗称风钢）
制造高速切削刃具用钢。
1、性能特点: 高热硬性(600℃)、高淬透性
2、成分特点
⑴ 高碳: 0.70~1.5%C
⑵ 合金元素作用② 提高热硬性、耐磨性: W、Mo
、V ① 提高淬透性：Cr ②提高热硬性，耐磨性：W，Mo，V
6.4.2、模具钢
用以制造冷热模具的钢种。 ㈠ 冷作模具钢 制造金属冷成型模具钢种。 1、性能要求
圆柱滚 子轴承
（1）高而均匀的硬度和耐磨性。
（2）足够的韧性、淬透性和耐蚀性.
自动调 心球轴承
2、成分特点 ⑴ 高碳：0.95%~1.15%C ⑵ 合金元素：以Cr为主,加入
Mn、Si可以提高淬透性。还
可以提高钢的硬度耐磨性等
推力球轴承
滚针 轴承
6.4 合金工具钢 合金工具钢的用途 1:刃具钢 2:模具钢 3:量具钢
6.1合金元素对刚的组织和性能的影响
6.1.1合金元素对钢中基本相的影响 1.形成合金铁素体 大多数合金元素都能溶于铁素体，形成合 金铁素体。
2.形成碳化物
（1）合金渗碳体。弱碳化物形成元素，熔点较低 ，硬度较低，稳定性较差。中强碳化物形成元素 ，熔点、硬度、稳定性比较高。
（2）特殊碳化物。强碳化物形成元素，优先形成 碳化物，稳定性高，不易分解，熔点硬度耐磨性 最高。
合金元素作用：
Cr 提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。
冷冲压件
㈡ 热作模具钢 制造使加热金属或液态金 属成型模具钢种. 1、性能要求 ⑴ 高温下良好的综合力学
性能。
⑵ 抗热疲劳性能。 ⑶ 高的淬透性和良好的导 热性。
曲轴模具
热模锻曲轴毛坯
2、常用钢种 ⑴ 热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMo
定义：在高温下具有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温 条件的特殊性能钢。（包括：抗氧化钢和热强钢）
1． 抗氧化钢（不起皮钢）一般钢铁在较高温度下（560℃以上）表 面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落 ，最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍 钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多 ，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。
4.提高钢的回火稳定性 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使 马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后也难聚集长大 ，从而提高了钢的回火稳定性。
高的回火稳定性使钢在高温度下，仍能保持高硬度和 高耐磨性，这种能力称为红硬性。
6.2 合金钢的分类和牌号 3.2.1 合金钢的分类
合金结构钢：用于制造机械零件和工程构建的合金钢， 如调质钢、渗透钢、弹簧钢、轴承钢等。 合金工具钢：用于知道各种工具的合金钢，如刃具钢、 模具钢、量具钢等。 特殊性能钢：具有某种特殊性能的合金钢，如不锈钢、 耐磨钢、磁钢等。
弹簧丝
汽车弹簧
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→ 冷成 型→定型处理。用于<10mm 弹簧。 ⑵ 热成型弹簧：
冷卷螺旋压缩弹簧
汽车板簧淬火线
热成型→淬火+中温回火。用
于＞10mm弹簧
4、滚动轴承钢

用于制造轴承套和滚动体的专 用钢种。


1、性能要求
轴承工作时, 承受接触应力(达 3000~3500MPa)、周期性交变
小结
本章主要内容： 1.合金元素对钢热处理和力学性能额影响，减缓奥氏体化 过程.细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性。 2.合金钢的分类：按用途分合金结构钢、合金工具钢、特 殊性能钢；按合金元素总含量分低合金钢、中合金钢、高 合金钢。 3.合金结构钢按用途分低合金结构钢和机械制造用钢。了 解其成分特点、性能及用途、热处理特点。 4.了解合金工具钢的各类钢种的性能要求、成分特点、热 处理特点及应用实例。 5.了解特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢。
所加合金元素
C含量的万分之几
合金元素的百分之几
高级优质钢后加“A”/“高”；表明用途时前面附加字母， 如GCr15。
② 合金工具钢
含碳量+合金元素符号+该元素百分含量
当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含 碳量的千分之几，如8MnSi.
当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。
1)奥氏体型不锈钢（18-8型）属于铬镍不锈钢
◆奥氏体不锈钢成分的特点： *含碳小于0.15% *含铬18%，含镍9% *其他元素Mo、Nd、Ti等
◆常用奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 00Cr18Ni9等
◆奥氏体不锈钢的性能特点： 耐蚀性好 单相奥氏体， 塑性、可焊性好 有应力腐蚀倾向，注意加工应力
按用途分类
低合金钢：合金元素总含量＜5％的合金钢 按合金元素 总含量分类
中合金钢：合金元素总含量＜5％--10％的合金 钢
高合金钢：合金元素总含量＞10％的合金钢
6.2.2合金钢的牌号 ①合金结构钢的牌号 一、合金结构钢的分类及编号 1、分类： 主要包括：普通低合金钢、易切削钢、调质钢、渗碳钢、 弹簧钢、滚动轴承钢等。 2、编号：数字+化学元素符号+数字
6.3.2机械制造钢 机械制造用钢通常是优质或者高级优质的合金 结构钢，主要用于制造各种机械零件，通常在热 处理后使用。机械制造用钢按用途和热处理特点 分为合金渗透刚、合金调质钢、合金弹簧钢和滚 动轴承钢等几种。
三、渗碳钢
制造渗碳零件的钢种。 1、性能要求 ⑴ 表面具有高硬度、高耐 磨性，心部具有足够的韧 性和强度，即表硬里韧。 ⑵ 良好的热处理性能,如淬
如“GCr15”的平均含铬量为 1.5%。 渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金 结构钢相同，仅在牌号头部加字
圆柱滚 子轴承
母“G”，如“G20CrNiMo”
。 自动调 心球轴承
6.3合金结构钢
6.3.1低合金结构钢 ①成分特点 低合金结构钢是碳素结构钢的基础上，加入少量合金元 素而制成的工具钢，具有良好的塑性和韧性；与碳素结构 钢相比其强度、耐腐蚀性淬透型都得到了提高 ②性能及用途 这类钢的强度显著高于同等含碳量的碳素结构钢，同时 具有与良好的苏醒、韧性、耐腐蚀性和焊接性。广泛用于 制造桥梁建筑、船舶车辆、起重运输机和高压容器等。 ③热处理特点 低合金结构钢在多热轧、正火状态下使用，组织为铁素 体+珠光体，也有在淬火成低碳马氏体。或热轧空冷后获 得贝氏体组织状态下使用。 ④钢种及牌号
前者用于大型热锻模，后者用 于中小型热锻模。 热作模具钢的制造工艺路线 毛坯锻造→退火→机械粗加工 →精加工成形→淬火、高温回 火→钳工整修、抛光→模具装 配→试模
凸缘模 热镦模
三、量具用钢
制造各种量具用钢。如 千分尺、卡尺、块规、
塞规等。
卡尺
塞规
千分尺
1、性能要求
量具在使用过程中与被测零件接
触，承受摩擦和冲击。 ⑴ 高硬度和耐磨性。
渐开线花键 环规、塞规
⑵ 高的尺寸稳定性。
⑶ 足够的韧性。
矩形花键环规、 塞规
光面量规
2、成分特点 量具用钢的成分与低合金刃 具钢相同，即为高碳（碳质 量分数为0.9%~1.5%）和 加入提高淬透性的元素Cr、 W、Mn等 GCr15的工艺路线：下料→ 锻造→球化退火→粗加工→ 真空淬火→冷处理→低温回 火→精加工→人工时效→入 库
高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含 0.85%C). 含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一 为单位)前加数字“0”，如Cr06。 ③特殊性能钢的牌号 特殊性能钢的牌号表示方法与合金工 具钢的表示方法基本相同
铣刀
④滚动轴承钢的牌号
G+Cr+铬含量(不标含碳量)
“G”表示“滚动轴承钢”。
铬含量以千分之一为单位.