机械工程材料成型及工艺15

合金刃具钢,种类 : 低合金刃具钢 ; 高速钢。 牌号,合金元素及含量,千分之几的含碳量,9 Si Cr W18 Cr4 V,1.低合金刃具钢,1）.性能要求,高硬度、高耐磨性、有一 定的红硬性、强度和韧性, 工作温度不超过300,2）.化学成分特点,高碳 *加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素,3）.热处理特点,球化退火 淬火 + 低温回火,9SiCr钢板牙热处理工艺曲线,板牙,2.高速钢 ( high speed steel,1) 性能要求,高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600时,HRC63以上) 、有一定的强度和韧性,高速钢 - 锋钢、风钢 ; 常用W18Cr4V：18 4 1钢,2) 化学成分特点,高碳 0.71.5,钨 18,钼 5,铬 4,钒1.5,保证高硬度,退火状态下形成M6C碳化物, 在560左右回火时, 弥散析 出W2C, 造成二次硬化, 提高 钢的红硬性,1%Mo的作用等同于2%W,形成Cr23C6碳化物;提高钢的 淬透性,形成VC, 硬度极高, 提高钢的 硬度和耐磨性, 产生二次硬化,3) W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点,铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次570回火 磨削加工,铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织 中含有大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物M6C,钢的韧性大 幅下降,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V铸态组织 420,锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依 靠反复多次锻打来击碎,W18Cr4V锻造组织 210,球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工, 为淬火作好组织准备,球化退火后的组织 : S + 粒状 Cm,W18Cr4V球化退火组织 420,W18Cr4V钢的热处理过程示意图,淬火 : 1280; 淬火后的组织:M+Cm+A残(2025,W18Cr4V钢淬火组织,W18Cr4V淬火组织 300,三次570回火,在570回火时 , 产生二次硬化,三次570回火,淬火后A残约2025 ,第一次回火后A残约剩1518 ,第二次回火后A残约剩35 ,第三次回火后A残约剩12 ,回火后的组织: M回 + Cm + A残 ( 1 2 ,组织硬度为65HRC以上,W18Cr4V淬火+ 一次回火组织,W18Cr4V淬火+ 三次回火组织,W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420,特殊性能钢,不锈钢 ( stainless steel ) 耐热钢 ( heat resistant steel ) 耐磨钢 ( wear resistant steel,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.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢, 称为在空气中使用的 不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀 量为0.1mm以内的钢,称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢,3金属腐蚀的机理,金属腐蚀的种类,1)化学腐蚀: 金属与介质 ( 干燥气体和 非电解质溶液 ) 发生化学 反应而产生的腐蚀。 例如:高温氧化、脱碳等,2)电化学腐蚀:金属与介质 ( 电解质溶 液,即酸、碱、盐溶液 ) 发生电化学反应而产生 的腐蚀,电化学腐蚀过程示意图,珠光体（或碳钢）电化学腐蚀示意图,4.金属的防腐措施,1)覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺,2)形成氧化层: 加入合金元素Cr、Al、Si 等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜,3)提高金属的电极电位: 加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金属基体的电极电位,4)使钢在室温下呈单相组织: 加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大 区,可在室温获得奥氏体钢。 加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能扩大区,可在室温获得铁素体 钢,5)减少与消除钢中的各种不均匀现象: 偏析、应力、组织等,6)牺牲阳极保护阴极 : 镶嵌一些比金属 或合金基体电极电位更低的金属块,5.化学成分特点: * 低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 辅加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn 等,6.常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢,1)马氏体型不锈钢： Cr13型钢,化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 ,热处理特点:正火后的组体是马氏体,牌号: 1Cr134Cr13,用途: 医疗器械,医用镊子,2) 铁素体型不锈钢,化学成分特点: Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 ,热处理特点: 不能进行热处理强化,牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等,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,铁素体型不锈钢的用途,硝酸生产装置,合成氨生产装置,3)奥氏体型不锈钢：18 8型钢,化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等,加工特点:不能进行热处理强化,只能 冷塑性变形强化,热处理特点:固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火,牌号: 0Cr18Ni9(304不锈钢）、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti,用途: 化工容器、管道等,1Cr18Ni9Ti固溶处理组织金相图,1Cr18Ni9Ti固溶处理组织 580,七 、铸铁,目的： 了解常用铸铁的性能特点； 掌握铸铁的牌号； 了解铸铁的应用,7.1 铸铁的分类及石墨化,铸铁是指一系列主要由铁、碳(大于2.11%）和硅组成的合金总称。 7.1.1 铸铁的分类（碳的存在形式） 1白口铸铁 2麻口铸铁 3灰口铸铁 7.1.2 铸铁的分类（石墨-Graphite的形态） （1）灰 铸 铁 碳主要以片状石墨形式出现的铸铁； （2）可锻铸铁 碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁； （3）球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式出现的铸铁； （4）蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁,7.1.3 铸铁的石墨化,铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化。影响铸铁石墨化的因素较多，其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素。 1化学成分的影响（五大元素） 碳和硅都是强烈促进石墨化的元素碳和硅都是强烈促进石墨化的元素；磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱；硫和锰是阻碍石墨化的元素。 2冷却速度的影响 冷却速度快，铸铁容易产生白口铸铁组织； 冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织,灰口铸铁,1灰铸铁的化学成分、组织和性能 （1）化学成分 灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。 (2)组织 由于石墨化程度的不同， 灰铸铁的组织有三种类型： 铁素体(F)+片状石墨(G)； 铁素体(F)珠光体(P)+ 片状石墨(G)； 珠光体(P)+片状石墨(G,3）性能,力学性能 石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能。 优良的性能： 良好的铸造性能； 良好的减震性； 较低的缺口敏感性； 良好的切削加工性； 良好的减摩性； 良好的抗压性能,灰口铸铁牌号,球墨铸铁,是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂，使石墨呈球状析出,1球墨铸铁的化学成分、组织和性能 （1）化学成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）组织 球墨铸铁的组织可分为四种类型： 铁素体(F)+球状石墨(G)， 铁索体(F)-珠光体(P)+球状石墨(G)， 珠光体(P)+球状石墨(G)， 下贝氏体(B下)+球状石墨(G)。 为铁素体球墨铸铁的显微组织,3）性能 球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰铸铁的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球墨铸铁中的石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好,球墨铸铁牌号,可锻铸铁,可锻铸铁俗称玛钢、马铁。可锻铸铁的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件,可锻铸铁牌号,小结,重点要求 碳钢和合金元素的分类；碳钢、合金钢的编号（合金结构钢、合金工具钢）；灰口铸铁和球墨铸铁的牌号；高速钢（用途和特点、热处理特点