制作热锻模最好用什么材料
近几年来，我国在研制开发新型模具钢方面做了大量工作，并对部分国外优良热作模具钢进行了国产化研究，为市场提供了优质价廉的模具钢。下面简单介绍热作模具钢的种类和应用进展概况。
1．已纳入国家标准热作模具钢
热作模具钢系列已纳入国家标准《GB/T1299-2000合金工具钢》，按主要化学成分可分为W系，Cr-Mo系，Cr-W-Mo系等类型。
3Cr2W8V（H21）钢，具有高热强性、高热稳定性、良好的耐磨性和工艺性能，工作温度达到650℃。缺点：碳化物偏析严重，塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差。我国20世纪50年代从前苏联引进，使用寿命不长，且合金度高，成本高，目前国外已基本淘汰。我国由于受钢种和技术上的限制，目前，仍在大批生产和使用。
4Cr5MoSiV（H11）及4Cr5MoSiV1（H13）钢高淬透性和淬硬性、高韧性、高热强性和耐磨性，使用温度590钢中碳化物细小分布均匀，抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能好，冷热加工性能好。H13钢（H11钢的改进型）是目前国内热镦锻钢、冷镦模套的主要材料，也是通用性强的热作模具钢，是代替3Cr2W8V钢的理想钢材，寿命可提高2-3倍。
4Cr3Mo3SiV（H10）钢具有高韧性，高的抗高温软化性能和中等水平的抗磨性能。可代替3Cr2W8V钢制作热挤压模。4Cr5W2VSi钢其热稳定性高于H13、H21钢，韧性介于H13、H21之间。适当高速镦锻模，使用寿命比H21钢高0.5-1倍。
3Cr3Mo3W2V（HM1）钢具有优良的强韧性，较高热强性、耐磨性、回火稳定性，抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好，工作温度700℃以上。该钢通用性强，适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于
4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高标准2—3倍。
5Cr4W5MoV（RM2）钢工作温度达700℃，具有较高的回火抗力和热稳定性，高的热强性，高的高温硬度和耐磨性，但其韧性和抗热疲劳性能低于H13钢。适合于制作有高的高温强度和抗磨损性能的热作模具，可代替3Cr2W8V钢，模具寿命可提高2-4倍。
5Cr4Mo3SiMnVAl（012AI）钢工作温度达700℃以上，具有较高的热强性，高温硬度，抗回火稳定性、耐磨性和抗热疲劳性、韧性和热加工塑性好，氮化性能好。可替代 3Cr2W8V钢模具寿命可提高3-5倍。
2．部分热作模具钢系列已纳入部颁标准
4Cr40Mo2WSiV（YB/T210-1976）钢具有较高的热稳定性、韧性、耐磨性和抗龟裂性，其稳定性优于4Cr5W2VSi和4Cr5MoSiV1钢，与3Cr2W8V钢相近。
3Cr2W8MoV（JB/T6399-1992）钢是3Cr2W8V钢的改进型。
3Cr3Mo3VNb（HB5137-1980）钢一种超高强韧性热作模具钢，在高于600℃时，比4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V钢具有更高的高温强韧性、热稳定性、热强性、耐磨性和抗热疲劳性能，冷热加工性能好。
3．部分试用热作模具钢系列未纳入标准
3Cr3Mo3V钢热稳定性、硬度、耐热疲劳性能及韧性等适中。
5Cr4Mo3W2V钢用作热压锻模。
4Cr3Mo2V钢最高温度达700℃，适合于热挤压模。
4Cr3MoSiV钢工作温度达700℃，代号CH75。
3Cr3Mo3W2VRE钢，在3Cr3Mo3W2V钢中入0.06%RE,细化晶粒,显著提高塑性、韧性和寿命。
4Cr5MoWVSi钢热强性优于H13钢，具有良好的韧性的抗热疲劳性，代号H12、适合于热挤压模、镦锻模。
4Cr3Mo2NiVNb（代号HD）钢，各类热作模具；4Cr3Mo2NiVNbB（代号HDB）钢，提高了断裂韧性和热疲劳抗力。工作温度达700℃以上，使用寿命比3Cr2W8V钢高2-2.5倍。
5Cr4W3Mo2VSi和5Cr4W3Mo2VNb钢，代号50Si、50Nb，基体钢。适合于热挤压模。4Cr5Mo2SiMnV1(代号Y10)和4Cr3Mo3W4VTiNb(代号GR)钢，新型热作模具钢，使用寿命比3Cr2W8V钢高标准2-6倍，适于制造温度较高，与工件接触时间长，易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具。
6W8Cr4VTi（代号LM1）和6Cr5Mo3W2VSiTi（代号LM2）钢，具有良好的热强性，高的等温强度，高温硬度，回火稳定性和耐磨性好。冷热模具兼用钢，模具寿命比3Cr2W8V钢高几倍。
4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）和4Cr3Mo2MnVNbB(代号Y4)钢，模具寿命是3Cr2W8V
钢的2-4倍，热挤压模具钢。
热锻模具钢5CrMnMo热处理工艺的改进 作者：田金状 来源：《科技创新导报》2011年第03期 摘要:5CrMnMo钢因其具备良好的抗热烧蚀性、导热性、淬透性以及冲击韧性等特性较多地运用于锻模的制作中,然而,反复的加热、冷却和压力的作用大大缩短了其使用寿命,使锻件的质量和生产效率都受到了影响。本文介绍了通过改进5CrMnMo热处理工艺延长其使用寿命的措施及试验效果,试验证明,工艺改进后模具的使用寿命达到原来的4倍以上,具有较高的应用和推广价值。 关键词:5CrMnMo热锻模热处理工艺改进 中图分类号:TG76 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(c)-0060-01 1 5CrMnMo模具的常规工艺及其失效原因分析 作为目前国内较为流行的锻模材料,5CrMnMo具有良好的抗热烧蚀性、导热性、淬透性以及冲击韧性,但由其制成的模具长期在高压、高应力以及反复急速加热与冷却等恶劣条件下工作,极易产生疲劳裂纹或变形塌陷,平均寿命只有2000件左右,不利于锻件生产质量和效率的提高。 1.1 5CrMnMo模具热处理的常规工艺 模具加工的一般工序如下:下料→锻造→退火→机加工→探伤→机加工成形→打磨型腔→热处理→打磨抛光型腔→探伤→检验。在5CrMnMo热锻模具的加工中,由于毛坯锻造后晶粒较粗大,组织不均匀,机加工困难。因此通常会采用进行预先热处理以改善化学成分的偏析程度和组织的不均匀性,以消除毛坯锻造后的内应力。加热到淬火温度后,保持一定时间,放入油中冷却,淬火冷却至200℃左右及时回火,共进行四次回火。可参考的工艺参数为:600℃～650℃×(4～5) h,830℃～850℃×(5～6) h,480℃～500℃×6h回火。在这种常规工艺处理过程中,当表面冷至200℃出油时,心部温度仍较高,于是心部大量残余的奥氏体回火时会转变为珠光体或粗大的强度较低的上贝氏体,形成的模具强韧性下降,裂纹扩展阻力较小,寿命普遍不高,使用中常有早期脆断或热疲劳裂纹出现。 1.2 5CrMnMo模具的工作条件及失效原因分析 1.2.1 高温条件 45Cr钢锻件胚料在预锻及终锻过程中,模具型腔表面都要在2～4s内被加热至600℃以上,当型腔预热至150℃左右时,型腔表面温度一般在700℃以上,一旦工作温度超出淬火后的回火温度,就会引起模具的急剧软化,使模具强度和硬度大幅度降低,并产生加速其磨损失效的微裂纹。
常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800
7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢
高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT
MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃
常用热作模具钢的钢号、特点与应用 序号类 别 钢号 特点与应用中国钢号外国近似钢号 9 高 耐 热 性 热 作 模 具 钢3Cr2W8V（GB/T 1299-2000） 30WCrV9(ISO) SKD5(JIS) STD5(KS) H21(ASTM) T20831(UNS) X30WCrV9-3(EN) X30WCrV9-3(DIN ) BH21(BS) X30WCrV9(NF) 3X2B8Φ(ΓOCT) 2730(SS) X30WCrV9-3KU(U NI) 3Cr2W8V钢含有较多的易形成碳化物 的铬、钨元素，因此在高温下有较高的强 度和硬度，在650℃时硬度近达300HBS，但 其韧性和塑性较差。钢材断面在,’DD以下 时可以淬透。这对表面层需要有高硬度、 高耐磨性的大型顶锻模、热压模、平锻机 模已是 足够了。这种钢的相变温度较高，抵抗冷 热交变的耐热疲劳性良好 这种钢可用来制作工作温度较高（≥ 550℃）、承受静载荷较高但冲击载荷较低 的锻造压力机模具（镶块），如平锻机上 用的凸凹模、镶块、铜合金挤压模、压铸 用模具；也可供作同时承受较大压应力、 弯应力、拉应力的模具，如反挤压的模具； 还可供作高温下受力的热金属切刀等 10 3Cr3Mo3W2V(GB /T1299-2000) 30CrMo3(ISO) BH10(BS) 3Cr3Mo3W2V简称HM-1，北京机电研究 所、首钢特种钢公司研制。是高强韧性热 作模具钢，其冷加工、热加工性能良好， 淬回火温度范围较宽；具有较高的热强性、 热疲劳性能，又有良好的耐磨性和抗回火 稳定性等特点。该钢适宜制造镦锻、压力 机锻造等热作模具，也可用于铜合金、轻 金属的热挤压模、压铸模等。模具使用寿 命较高 11 5Cr4Mo2W2VSi 5Cr4Mo2W2VSi 钢是一种新型热作模 具钢。此钢是基体钢类型的热作模具钢， 经适当的热处理后具有高的硬度、强度、 好的耐磨性，高的高温强度以及好的回火 稳定性等综合性能，此外也具有一定的韧 性和抗冷热疲劳性能。该钢的热加工性能 也较好，加工温度范围较宽。适于制造热 挤压模、热锻压模、温锻模以及要求韧性 较好的冷镦用模具
1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？ 答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。 答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。 间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合， 且半径比r X /r M ＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物 硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正 确？为什么？ （1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。 （2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。 答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。 （2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。
(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示： (1)填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？ 为什么？ 答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体） Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，） 在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。 (2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。 答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示: α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知: Wα=O 1b/ab*100%, W L = O 1 a/ab*100% 同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%, Wα=O 2n/mn*100%, W mg2Cu = O 2 m/mn*100% (3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。 答:各相变过程如下(如右图所示): xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相 py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束 yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L?α+Mg 2 Cu y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低. 5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。 答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。 不同的是， 纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由
名称代号单位意义 比例极限σp Mpa材料在受力拉伸过程中，应力与应变保持正比关系的最大应变值屈服点σs Mpa材料在受力过程中，开始产生显著塑性变形的最小应力值 屈服强度σ0.2Mpa 材料在受力过程中，所产生的塑性变形达到测定长度的0.2％时的应力值 抗拉强度σb Mpa材料在拉伸过程中，从开始到散裂时所达到的最大应力值 抗压强度σbc Mpa材料在拉伸过程中，从开始到断裂期间内所达到的最大应力值 抗弯强度σbb Mpa 在与轴线（材料）相垂直的力作用下，材料呈现弯曲直至破坏时所到达的最大应力值 延伸率δ％材料在拉断后，其测定部分的塑性伸长与原来测定部分长度的百分比 断面收缩率ψ％材料在拉断后，其断裂处横截面积的缩减量与原来的横截面积的百分比 扭转比例极限J p Mpa材料在扭转过程中的规定比例极限值 扭转屈服强度J0.3Mpa 材料在扭转过程中，所产生的部分残余剪应变量达到测定量的0.3％时的计算剪应力 扭转强度Jb Mpa材料在扭转过程中，达到断裂时的最大扭矩计算而得的最大剪应力 σ-1光滑试样承受对称弯曲应力时，在重复或交变情况下，于规定周期 次数内不发生断裂所承受的最大应力 J-1光滑试样承受对称扭转应力时，在重复或交变情况下，于规定周期 次数内不发生断裂所承受的最大应力 HB硬度表示材料抵抗物体压入其表面的能力 HRC HRB HRA用于硬度极高的材料（如硬质合金钢） HV锥式硬度 HS当工件最终表面不允许留下任何痕迹（如钢球或金刚石压痕）时， 如如轧辊辊身和辊径处，采用HS 冲击韧性A k 试样在一次摆锤冲击弯曲试验中冲折时所消耗的功除以试样断裂处原横截面积所得的商 金属材料机械性能代号 Mpa 疲劳极限 HB>450或试样过小，改用洛式硬度（HR）。分别用HRA、HRB 、HRC三种标度表示：标度C用于硬度很高的材料（如：淬火 钢）；标度B用于硬度较低的材料（如：退火钢、铸铁） 硬度Mpa
金属材料力学性能最常用的几项指标 硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。 对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。 1.布氏硬度计原理 对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验
第四章 钢的热处理
复习与思考
一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。 2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。 3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。 4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。 5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。 6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 7.淬火 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。 8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。 9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。 10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。 11.渗氮
在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。
二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。 2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。 3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。 4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。 5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。 6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。 7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火和 贝氏体等温 淬火等。 8.常用的退火方法有： 完全退火 、 球化退火 和 去应力退火 等。
9.常用的冷却介质有 水 、 油 、 空气 等。 10.常见的淬火缺陷有 过热 与 过烧 、 氧化 与 脱碳 、 硬度 不足 与 软点 、 变形 与 开裂 等。 11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为 高频感应加热表面 淬火 、 中频感应加热表面淬火 和 工频感应加热表面淬火 三种。而且感 应加热电流频率越高，淬硬层越 浅 。 12．按回火温度范围可将回火分 为 低温 回火、 中温 回火和 高温 回火三种。 13．化学热处理是由 分解 、 吸附 和 扩散 三个基本过程所组成。
14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为 气体 渗碳、 液体 渗
碳和 固体 渗碳三种。
三、选择题
1．过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚未转变的奥氏体。
A．Ms； B. Mf； C. A1。 2.过共析钢的淬火加热温度应选择在 A
，亚共析钢则应选择在
C
。
金属材料力学性能 Prepared on 24 November 2020
常见的金属材料力学性能一. 金属材料相关概念 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式的外力作用。这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能。诸如金属材料的强度、刚度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料在外力下表现出来的力学性能的指标。 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。一般用单位面 积所承受的作用力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。抗拉强度是指金属材料在拉力作用下，被拉断前所承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其设计的依据。 刚度 刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力。对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时，需要考虑刚度指标。 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。
几种常用金属材料力学性能一览表 注：1.上表中材料的强度数值仅供参考，在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同。 二.材料的失效与许用应力 通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力，用σu 表示。对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料，其屈服应力小于强度极限，通常以屈服应力作为极限应力。 为了机械零件使用的安全性，对于机械构件要有足够的强度储备。因此，实际是使用的最大应力值必须小于材料的极限应力。最大使用应力称为许用应力，用[σ]表示。许用应力与极限应力的关系如下： [σ]= σu n ， σu ={ σs σb 式中，n 为大于1的因数，称为安全因数。对于塑性材料n 为，σu=σ s ；对于脆性材料n 为，σu=σb 。 强度条件 σmax =（F A ）max ≤[σ] 式中，F ，机械零件所承受的最大载荷作用力，单位N ；
简介：1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例 1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2. Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4. HT150——灰铸铁。应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 6. 65Mn——常用的弹簧钢。应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。 7. 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备 8. Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等
第四章 钢的热处理 复习与思考
一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。 2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。 3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。 4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。 5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。 6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 7.淬火 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。 8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。 9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。 10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。
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11.渗氮 在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。 二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。 2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。 3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。 4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。 5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。 6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。 7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火和 贝氏体等温 淬火等。 8.常用的退火方法有： 完全退火 、 球化退火 和 去应力退火 等。
9.常用的冷却介质有 水 、 油 、 空气 等。 10.常见的淬火缺陷有 过热 与 过烧 、 氧化 与 脱碳 、 硬度 不足 与 软点 、 变形 与 开裂 等。 11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为 高频感应加热表面 淬火 、 中频感应加热表面淬火 和 工频感应加热表面淬火 三种。而且感 应加热电流频率越高，淬硬层越 浅 。 12．按回火温度范围可将回火分 为 低温 回火、 中温 回火和 高温 回火三种。 13．化学热处理是由 分解 、 吸附 和 扩散 三个基本过程所组成。
14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为 气体 渗碳、 液体 渗 碳和 固体 渗碳三种。
三、选择题 1．过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚未转变的奥氏体。 A．Ms； B. Mf； C. A1。
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轴的常用材料及其机械性能 轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。 轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。 球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。 特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。 根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。 在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。 轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。 对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。 轴的常用材料及其机械性能(MPa)
各种发动机曲轴材料及热处理
金属材料机械性能检测 抗拉强度（tensile strength） 试样拉断前承受的最大标称拉应力。 抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPA。 试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为： σ=Fb/So 式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So--试样原始横截面积，mm2。 抗拉强度（Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。 单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力) 抗拉强度：Tensile strength. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度 目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定! 屈服强度（yield strength） 屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。 yield strength，又称为屈服极限，常用符号δs，是材料屈服的临界应力值。
《钢的热处理》习题与思考题参考答案 （一）填空题 1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。 2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是T回，一般用于高σe 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。 3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。 4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。 5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。 6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。 7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。 8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。 （二）判断题 1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。（×） 2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。（×） 3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（×） 4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。（√） 5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。（×） 6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。（√） （三）选择题 1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。 A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体 2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。 A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代 3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。 A．Accm+（30~50）℃ B．Accm-（30~50）℃ C．Ac1+（30~50）℃ D．Ac1-（30~50）℃ 4．钢丝在冷拉过程中必须经 B 退火。 A．扩散退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．重结晶退火 5．工件焊接后应进行 B 。A．重结晶退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．扩散退火 6．某钢的淬透性为J，其含义是 C 。 A．15钢的硬度为40HRC B．40钢的硬度为15HRC C．该钢离试样末端15mm处硬度为40HRC D．该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC （四）指出下列钢件的热处理工艺，说明获得的组织和大致的硬度： ① 45钢的小轴（要求综合机械性能好）； 答：调质处理（淬火+高温回火）；回火索氏体；25~35HRC。 ② 60钢簧； 答：淬火+中温回火；回火托氏体；35~45HRC。 ③ T12钢锉刀。答：淬火+低温回火；回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体；58~62HRC。 （五）车床主轴要求轴颈部位的硬度为50~52HRC，其余地方为25~30HRC，其加工路线为：锻造→正火→机械加工→调质
附录常用材料的力学及其它物理性能 一、玻璃的强度设计值 f g(MPa) JGJ102-2003表5.2.1 二、铝合金型材的强度设计值 (MPa) GB50429-2007表4.3.4 三、钢材的强度设计值(1-热轧钢材) f s(MPa) JGJ102-2003表5.2.3 四、钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) f s(MPa) 五、材料的弹性模量E(MPa) JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9
六、 材料的泊松比υ JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7 七、 材料的膨胀系数α(1/℃) JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7 八、 材料的重力密度γg (KN/m ) JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7 九、 板材单位面积重力标准值（MPa ） JGJ133-2001表5.2.2 十、 螺栓连接的强度设计值一(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-1
十一、螺栓连接的强度设计值二(MPa) 十二、焊缝的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-3
十三、不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.3 十四、楼层弹性层间位移角限值 GB/T21086-2007表20 十五、部分单层铝合板强度设计值（MPa）JGJ133-2001表5.3.2
十六、铝塑复合板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.3 十七、蜂窝铝板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.4 十八、不锈钢板强度设计值（MPa） 附录常用材料的力学及其它物理性能十九、玻璃的强度设计值 f g(N/mm2) 二十、铝合金型材的强度设计值 f a(N/mm2)
GG25 HT250 C Si Mn P S (參考) % Hardness HB 30 - ≥250 - 180-225 GG20 HT200 C Si Mn P S (參考) ～～～1≤≤ 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30 - ≥200 - - ASTM A126B C Si Mn P S Cr Ni Mo - - - ≤≤- - - 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30 - ≥214 - - GGG40 EN-GJS-400-15 EN-JS1030 GB/T 1348 QT400-15 C Si Mn P S (參考) ～～3 ≤≤≤ 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30≥250 ≥400 ≥15 130～180 EN-GJS-400-18 EN-JS1025 GB/T 1348 QT400-18 C Si Mn P S (參考) ～～≤≤≤ 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30≥250 ≥400 ≥18 130～180 ASTM A536 65-45-12C Si Mn P S (參考) % Hardness HB 30≥310 ≥448 ≥12 -
ASTM A536 60-40-18 C Si Mn P S (參考) ～～≤≤≤ 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30 ≥275 ≥414 ≥18 - ASTM A395 65-45-15 C Si Mn P S Cr Ni Mo ≥3≤-≤----0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30≥310 ≥450 ≥15 156～201 65Mn GB/T 711 C Si Mn P S Cr Ni Cu ～～～≤≤≤≤≤ 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Hardness HB 30 ≥430 ≥735 ≥9 ≤229 Q235A C Si Mn P S Cr Ni Mo ～≤～≤≤- 0,2%. N/mm2 Tensile-Str. N/mm2 Elongation A5 % Reduc. Area % ≥235 375～500 26 - 閥門常用材料標準
材料的力学性能 mechanical properties of materials 主要是指材料的宏观性能，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序，用相应的试验设备和仪器测出的。表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性（静力、动力、冲击力等）、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。材料的各种力学性能分述如下： 弹性性能材料在外力作用下发生变形，如果外力不超过某个限度，在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形，称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。 拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定：对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d；对于矩形截 面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验 机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力－应变图。图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l)，纵坐标表示载荷P（或应力σ＝P/A）。图中的曲线从原点到点p为直线，pe段为曲线，载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。 比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限，即图中点p所对应的应力,以σp表示。在应力低于σp的情况下，应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。 弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限，即图中点e所对应的应力,以σe表示。若在应力超出σe后卸载，试样中将出现残余变形。比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响，并不易测准，所以在有关标准中规定，对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量（用切线斜率的偏差表示）的应力作为"规定比例极限"。对于弹性
金属材料性能 为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 ???? 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。 ???? 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 ???? （一）、机械性能 ???? 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 ??? 1 、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。 ??? 2 、屈服点（бs ）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生 0.2%L 。时应力值，单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 ??? 3 、抗拉强度（бb ）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 ??? 4 、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 ?? 5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。??? 6 、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（ HBS 、 HBW ）和洛氏硬度（ HKA 、 HKB 、 HRC ） ??? 7 、冲击韧性（ Ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳 / 厘米 2 （ J/cm 2 ） . （二）、工艺性能 ???? 指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 8 、铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。 9 、焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。 10 、顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。 11 、冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径 d 对材料厚度 a 的比值表示， a 愈大或 d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。 12 、冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。 13 、锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。 （三）、化学性能 ???? 指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。 14 、耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 15 、抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。 >> 返回 金属材料的检验
W 18Cr4V钢热处理工艺研究 摘要通过对W 18Cr4V钢的性能特点进行了分析、对W 18Cr4V 钢的锻造工艺以及对W 18Cr4V钢进行退火、淬火及回火等热处理研究，得到了在实际生产中, W 18Cr4V钢采用正确的锻造及热处理工艺处理后, 用它生产的刃具及冷作模具综合力学性能好, 使用寿命长. 关键词 W 18Cr4V钢；锻造；热处理 ;退火；淬火；回火 一、对W 18Cr4V钢的介绍 高速钢W 18Cr4V是一种高合金工具钢,钢中含有钨、钼、铬、钒等合金元素, 其总量超过 10%.特点是红硬性和耐磨性高,淬透性好,并且具有一定的韧性, 因而在实际生产中常用来制造刃具和冷作模具. 我们在产品使用中发现,决定其使用寿命的主要因素是锻造和热处理工艺的合理制定. 1、 W 18Cr4V钢的性能特点
W18Cr4V钢的化学成分见表 1。在钢中, 碳的质量分数为0. 70% ~ 0. 80%, 它一方面要保证能与钨、铬、钒形成足够数量的合金碳化物,又要有一定的碳量溶于奥氏体中,使淬火后获得碳含量过饱和的马氏体, 以保证高硬度和高耐磨性, 以及良好的热硬性。 钨是使高速钢具有热硬性的主要元素, W18Cr4V 钢在退火状态下钨与钢中的碳形成合金碳化物Fe4W2C, 淬火加热时, 一部分Fe4W2 C 溶入奥氏体,淬火后形成含有大量钨及其他合金元素, 有很高回火稳定性的马氏体。在 560℃回火时钨又以W2C形式弥散析出,造成二次硬化现象, 使钢具有高的热硬性,未溶的合金碳化物起阻碍奥氏体晶粒长大及提高耐磨性作用.。 铬对高速钢性能的主要影响是增加钢的淬透性并改善耐磨性和提高硬度。 钒与碳的结合力比钨或钼大,碳化物很稳定,淬火加热时高温下才可溶解, 能显著阻碍奥氏体晶粒长大。并且碳化钒的硬度高,颗粒细小、均匀,对提高钢的硬度、耐磨性和韧性有很大影响, 回火时钒也引起二次硬化现象.。 2 组织结构特点 W18Cr4V钢的铸态组织中有大量的莱氏体, 莱氏体中有粗大、不均匀分布的鱼骨状碳化物, 这些碳化物的存在导致高速钢在使用中容易崩刃和磨损。而这些粗大的碳化物不能用热处理的方法消除, 只能用锻造的方法将其击碎,并使它均匀分布,再用来制造各种刃具