工程材料（3.1）钢铁材料

工程材料（3.1）钢铁材料

引言:

1.钢铁材料通常包括

钢和铸铁，即指所有Fe-C基合金。其中含碳小于2.11%的合金称为钢，反之则为铸铁；

2.所含元素：

Fe、C，极少量Mn、Si、P、S等杂质合金元素；

3.Fe-C基合金的成分、结构可调性

使得钢铁材料的性能具有多样性，是目前各行各业尤其是机械工业中不可缺少的基础材料。

钢的分类编号

钢的分类-按化学成分

1.按化学成分分类：

碳素钢和合金钢

2.碳素钢按含碳量多少分类：

低碳钢、中碳钢和高碳钢

3.合金钢按合金元素的含量分类：

低合金钢、合金钢和高合金钢

4.合金钢按合金元素种类分类：

锰钢、铬钢、硼钢、镍铬钢、硅锰钢等

钢的分类-按冶金质量

1.按钢中所含有害杂质硫、磷的多少分类：

普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）

优质钢（S%、P%≤0.040%）

高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%）

2.按冶炼时脱氧程度分类：

沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。

钢的分类-按用途

按用途可分为：

​ 结构钢、工具钢和特殊性能钢

（1）结构钢分为：

​ 工程构件用钢和机器零件用钢；

（2）工具钢分为：

​ 刃具钢、量具钢、模具钢；

（3）特殊性能钢分为：

​ 不锈钢、耐热钢等；

钢的分类-按显微组织

1.按退火态的金相组织分类：

​ 亚共析钢、共析钢、过共析钢。

2.按正火态的金相组织分类：

​ 珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢

普通结构钢

（1）普通碳素结构钢（普碳钢）

​ 普通碳素结构钢的牌号以“Q＋数字＋字母＋字母”表示。其中，“Q”字是钢材的屈服

​ 强度“屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱 氧方法。

​ 例如：Q235AF即表示屈服强度值为235MPa的A级沸腾钢。牌号中规定了A、B、C、D四 种质量等级，A级质量最差，D级质量最好。按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静 钢在钢号后加 “b”， 镇静钢则不加任何字母。

(2)普通低合金结构钢（普低钢）

​ 普通低合金结构钢是指在普通碳素钢中加入少量或微量合金元素（如Si、V、Ti、Mn、 Mo、Nb、Cu、B、Re等），其总的质量分数不超过5％，而使钢材性能发生变化，得到比一般碳钢性能更为优良的钢，由于在这种钢中加入的合金元素总量不多，这类合金钢属于低合金钢。

​ 该类钢的钢号由“数字+（元素符号+数字）+（元素符号+数字）+…”等部分组成，最前面的数字（为两位数）表示平均含碳量的万分数，合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数字（一位或两位数）表示该元素的平均百分含量，如果合金元素平均含量低于1.5%时，则不标明其含量；当其平均含量大于或等于1.5%至2.5%时则在元素后面标“2”，依此类推。一般来说，普通低合金结构钢中每一种合金元素的含量都小于2%。

​ 例如：60Si2Mn钢，其平均含碳量约0.6%，含硅2%及含锰1%

优质碳素结构钢

● 以“两位数字＋元素＋数字＋…”的方法表示。

● 钢号的前两位数字表示平均含碳量的万分之几；

● 沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出；

**● ** 合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数字则表示该元素的含量，一般以百分之几表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%时，钢号中一般只标明元素符号而不标明其含量。如果平均含量≥1.5%、≥2.5%、 ≥3.5%、……时,则相应地在元素符号后面标以2、3、4……；

 例如，钢号45表示： wC=0.45%的中碳钢。

​ 对含锰量较高的钢，Mn需标出。

​ 例如，钢号25Mn表示：wC=0.25%、wMn=0.7~1.0%的结构钢。

​ 沸腾钢、半镇静钢及优质碳素结构钢，在钢号后要特别标出。

​ 例如，钢号15g表示： wC=0.15%的锅炉钢；

​ 钢号08F表示： wC=0.08%的沸腾钢

碳素工具钢

​ 碳素工具钢的牌号以“T＋数字＋字母”表示。

​ 钢号前面的“碳”或“T”表示碳素工具钢，其后的数字表示含碳量的千分之几。

​ 例如：平均含碳量为0.8%的碳素工具钢，其钢号为“碳8”或“T8”。
​ 含锰量较高者，在钢号后标以“锰”或“Mn”。

例如“碳8锰”或“T8Mn”。

​ 如为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加“A”，如“ “T10A”。

合金工具钢

1.合金工具钢的牌号以“一位数字（或没有数字）＋元素＋数字＋…”表示。

​ 该类钢的编号与合金结构钢相同，只是含碳量的表示方法不同，而合金元素的表示方法相同。

2.钢号前表示含碳量，是千分数。当含碳量大于或等于1.0%时不标出。

3.高速钢是一类高合金工具钢，钢号中一般不标出含碳量，仅标出合金元素符号及其含量

​ 例如，钢号9Mn2V表示：wC=0.9%、wMn=2.0%、wV＜1%的模具钢。

​ 又如，钢号W18Cr4V表示：wC=0.7~0.8%、 wW=18%、wCr=4%、wv ＜1%的钨系高速钢。

专用钢

这类钢是指某些用于专门用途的钢种。它是以其用途名称的汉语拼音第一个字母表明该钢的类型，以数字表明其含碳量；化学元素符号表明钢中含有的合金元素，其后的数字标明合金元素的大致含量。

​ 例如滚动轴承钢在编号前标以“G”字，其后为“铬（Cr）+数字+其他合金元素+数字+…”，数字表示铬含量平均值的千分之几，如“滚铬15”（GCr15）。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为1.5%,其他元素仍按百分之几表示，

不锈钢及耐热钢

​ 通常所说的不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。所谓不锈钢是指能抵抗大气及弱腐蚀介质的钢；而耐酸钢是指在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢。

​ 这两类钢钢号前面的数字表示平均含碳量的千分数，如“9铬18”（即9Cr18）表示该钢平均含碳量为0.9%。但碳含量小于0.03%及0.08%者，在钢号前分别冠以“00”及“0”，如“00铬18镍10”（即00Cr18Ni10）等。

​ 上述钢中能起重要作用的微量元素如钛，铌，锆等虽然含量较低（一般小于1%甚至小于0(01%），但应在钢号中标出，且元素符号后不附加数字；而当其在某些钢中含量大于1%时，则必须在元素符号后加上其含量的百分数。

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常见的工业用钢的性能及用途

普通结构钢

结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。

工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件，一般又称为“构件用钢”。

构件用钢的性能要求和选材

构件用钢的工作特点是使用时不作相对运动，长期承受静载作用，有一定温度与环境要求。因此这类钢应用时性能要求为：

1．使用性能

(1) 力学性能：保证构件的刚度，有足够塑性变形和破断抗力。

(2) 化学稳定性：材料有一定耐大气，海水等环境腐蚀能力。

2．工艺性能

良好的冷变形和焊接性能

由上述的材料的性能要求, 确定材料设计选择原则为：

(1) 构件用钢选材时满足其工艺性能的要求最为重要，当然也要充分考虑其力学性能。

(2) 材料以低碳（wC ( 0.2%）为主，材料组织一般为大量铁素体+少量珠光体。这时钢材的冷变形性能和焊接性能较好，化学稳定性较好；也满足使用中的力学性能要求。

(3) 构件材料在供应态即热轧空冷（正火）态直接使用，不需要进行强化热处理；特殊情况也有在淬火回火态使用。

(1)普通碳素结构钢（普碳钢）

普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的70-80%，其中大部分用作工程构件，少部分用来制造机器零件。

为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。

普碳钢分为五类：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

其中Q195和Q215有较高的延伸率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。Q235～Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种型材。而Q235钢既有较高的塑性又有适中的强度，成为应用最广泛的一种普通碳素构件用钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。

生产上为适应特殊用途的需要，还常在普碳钢基础上进一步提出某些特殊要求而形成一系列专用的构件用钢，如冷冲压用钢，桥梁用钢等，如桥梁用钢Q235q和16桥（16q）；锅炉用钢，如20g，22g等；船舶用钢如C10，C20等。

（2）普通低合金构件用钢（普低钢）

普低钢又叫低合金高强度钢，是一种含有少量合金元素，具有较高强度的构件用钢，由于强度高，所以1吨低合金高强度钢可顶1.2~2.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。

常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个级别:

**300MPa、350 MPa、400 MPa、450 MPa、500 MPa、550~650 MPa **

添加的合金元素：Mn，其目的是提高合金的力学性能。

优质结构钢

优质结构钢包括优质碳素结构钢和优质合金结构钢。

​ 常用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种，也称为机器制造用钢。

​ 按用途不同，分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、耐磨钢等。

渗碳钢

(1)渗碳钢的工作条件及对性能的要求
　渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。

(2)渗碳钢主要钢种

渗碳钢即需要渗碳表面强化的钢，这类钢成分上一般是低碳或低碳合金结构钢。常用的渗碳零件包括齿轮，凸轮，活塞销等表面易于受到磨损破坏的活动零件。 如常用作汽车齿轮的20Cr、20CrMnTi 等钢材。

(3)渗碳钢的合金化及加工工艺

外硬里韧的力学性能要求可通过选择低含碳量钢并经过渗碳后满足；

而其表面和整体的力学性能均匀性要求材料淬透性高。渗碳钢中常使用的合金元素主要有Cr、Mn、Ni、Mo、Ti、B等，其中Cr、Ni、Mn、B等可大大提高材料的淬透性，且可强化铁素体；Mo、Ti等碳化物形成元素则可通过鉴定形成细小弥散的稳定碳化物而细化晶粒，提高强度，韧性;

以CA-10B载重汽车变速箱中间轴的三档齿轮为例（齿轮材料为20CrMnTi）说明渗碳钢加工工艺。

其加工工艺流程为：

下料–锻造–正火–机械加工齿形–渗碳（930(C）–预冷淬火（ 830℃）–低温回火（200℃）–磨削精加工–装配

其中预备热处理–正火后的组织为F+S，目的是改善锻造组织，并得到合适的硬度（HB170~210），以利于机械加工；齿轮最终热处理后得到的组织为：表面至心部M回+碳化物颗粒+Ar–M回+Ar?，完全淬透时心部组织为低碳M回+F，未淬透时则为F+S。

(4)渗碳钢的其他用途

组织特点：淬火并低温回火的组织为低碳M回 +少量Ar

性能特点：这种板条状低碳M回 组织具有很好的综合机械性能，因此其也可开发应用于要求极好强韧性配合的轴类零件等。

用途：轴、轴承，齿轮

调质钢

调质钢就是经过淬火加高温回火处理而使用的结构钢；

组织：其经调质处理后的组织为回火索氏体；

性能：良好的综合机械性能，即高强韧性的统一。

(1)调质钢工作条件及性能要求

承受较大的弯矩，还可能同时传递扭矩；且受力是交变的，因此还常发生疲劳破坏；在启动工作或刹车时有较大冲击；有些轴类零件与轴承配合时还会有摩擦磨损；

性能要求：

(1) 高的屈服强度及疲劳极限；

(2) 良好的韧性塑性；

(3) 局部表面有一定耐磨性；

(4) 较好的淬透性。

(2)常用调质钢及其合金化

调质钢一般是指中碳或中碳合金钢；

原因：只有中碳（含碳0.3~0.5%）或中碳合金钢在调质处理后能够达到强韧性的最佳配合；

合金元素加入主要目的是提高钢的淬透性，例：Mn、Cr、Ni、Si等。

细化晶粒：W、Mo、V、Ti等，W、Mo还可抑制第二类回火脆的发生。

常用调质钢有45、40Cr、30CrMnSi等。

(3)调质钢的热处理及加工工艺

例：某型号车床主轴（可选45钢或40Cr 钢）热处理工艺；

其加工工艺路线为：

下料-锻造-预备热处理-粗加工-调质-铣键槽-局部感应淬火-磨削精加工-装配

弹簧钢

用于制造各种弹性零件的钢

(1)弹簧的使用条件及性能要求

弹性零件的主要作用是：间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。常用零件如汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等。

基于上述工作条件，弹簧的主要失效形式为疲劳断裂和由于发生塑性变形而失去弹性。

因此其性能要求为：

(1) 高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比；

(2) 一定的塑性和韧性；

(3) 保证组织性能均匀，要求材料淬透性好；

(4) 在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定性。

(2)常用弹簧钢及其合金化

弹簧钢也分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类。由于这类零件性能以强度要求为主，故其成分特点是：

(1) 含碳量较高，一般为(0.5~0.9)%，碳素弹簧钢取上限，但碳量不宜过高，否则材料变脆；

(2) 以Si、Mn为主要合金化元素，作用是提高淬透性，强化铁素体F，并提高回火稳定性（间接提高强度）；

(3) 以Cr、W、V为辅加合金元素，克服Si、Mn钢的不足（如易过热，有石墨化倾向）。

(3)弹簧钢的热处理及加工工艺

弹簧钢按其成形方法分为冷成型（强化后成形）及热成形（成形后强化）两类。其相应加工和热处理工艺为：

(1) 冷成形弹簧：对小型弹簧（如丝经小于(8~10)mm的螺旋弹簧或钢带），一般在热处理强化后冷拔或冷卷成形。

(2) 热成形弹簧：对于中大型弹簧一般应加热至奥氏体区进行热卷成型，并使成形温度略高于淬火温度，利用余热淬火，然后进行中温回火（ 回火温度(350_{450℃)，得到回火屈氏体温回火组织，保证了高的弹性极限和足够韧性。对热成形弹簧，由于加热过程易造成表面氧化和脱碳等缺陷，故一般还要补充进行一道表面喷丸处理，这样可大大提高其疲劳强度和寿命。如汽车板簧用60Si2Mn钢热成型后，经喷丸处理可使其寿命提高(3}5)倍。

滚动轴承钢

用于制造各种滚动轴承零件如轴承内外套圈，滚动体的专用钢。

1. 轴承钢的工作条件及性能要求

滚动轴承由内套、外套、滚动体及保持架组成，除保持架常用低碳钢（08钢）板冲制成型外，均由轴承钢制成。

高速运转的滚动轴承工作时，实际受载面积很小，有很高的集中交变载荷的作用；接触部位不仅有滚动摩擦，还有滑动摩擦。

因此其工作时要求：

(1)高而均匀的表面硬度（HRC 61~65）以提高耐磨性；

(2)高的弹性极限和接触疲劳强度；

(3)足够的韧性和淬透性；

(4)良好的组织和尺寸稳定性（尤其对精密轴承）；

(5)一定的耐蚀性。

2.轴承钢及其合金化

为满足轴承钢高性能的要求,常用轴承钢成分一般如下：

(1) 高碳：一般含碳量为(0.95~1.15)%，保证了马氏体中足够的碳含量及足够的弥散碳化物，满足了高硬度高耐磨要求；

(2) 加入Cr、Mn、Si等合金元素：其中Cr为主加元素。Cr、Si、Mn的主要作用是提高淬透性，强化铁素体，提高碳化物稳定性；同时细化组织，提高回火稳定性。但合金含量过高会使残余奥氏体Ar增多，导致钢硬度和零件的尺寸稳定性降低；

(3) 轴承钢高的接触疲劳性能要求对材料微小缺陷十分敏感，故材料中的非金属夹杂应尽量避免，即应大大提高其冶金质量，严格控制其S、P含量。

3.常用轴承钢的加工工艺及热处理

以常用的GCr15钢为例，其加工工艺过程为：

锻造-正火+球化退火-机械粗加工-淬火+冷处理-低温回火-磨削-去应力回火

工具钢

​ 在碳素工具钢基础上加入一定种类和数量的合金元素，用于制造各种加工和测量工具的钢，就称为合金工具钢。

分类：

​ 按其加工用途分为：刃具、量具和模具用钢；

​ 按成分不同分为：碳素工具钢、低合金工具钢及高速钢

强度指标的要求是第一位的：

​ 工具钢应具有高硬度，高耐磨性及较高温度下的强硬性。

​ 因此工具钢有较高的含碳量（0.7~1.3%）；

​ 同时为进一步提高高温硬度和耐磨性、淬透性及防止其变形，常加入合金元素Cr、W、Mo、V等，钢中杂质含量尤其是S、P含量必须严格限制。

工具钢的加工工艺过程为：

​ 坯料—锻造—预备热处理—机械加工—最终热处理—精加工及表面处理—装配。

​ 由于工具钢一般含有较高的碳含量，其铸态组织常含有网状碳化物等缺陷；而当合金元素含量高时甚至出现共晶组织，因此工具钢必须进行严格而充分的锻造热加工，以完全消除其铸造缺陷。而预备热处理一般为球化退火（或正火+球化退火）获得球状珠光体，这主要是为降低材料硬度以利于切削加工，也是为最终热处理进行必需的组织准备；当锻造冷却后材料的组织不均匀或有网状碳化物时，预备热处理应为正火+球化退火。工具钢的最终热处理工艺则主要由工具使用时的性能需求而定。

刃具钢

用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。

1.刃具钢的工作条件：

​ 因摩擦而发热（温度甚至高于500℃）；

​ 对刃具产生冲击和震动。

性能要求：

​ (1) 高硬度、高耐磨性：一般其硬度(HRC60，应远远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均匀且稳定。

​ (2) 高的红硬性：红硬性是指钢在受热条件下仍能保持足够高的硬度和切削能力的特性。工具的红硬性可以用多次高温回火（如600(C）后在室温下测得的硬度值表示；或以保持材料一定的高硬度（如HRC60）而能使用的最高回火温度表示。因此这也表示钢抵抗多次高温回火软化的能力， 即是一个回火抗力问题，即高的红硬性要求钢有高的回火抗力。

​ (3) 一定的强韧性：为保证刃具在工作中受到拉压弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有一定的韧性是必须的。

2.刃具钢钢种及其加工工艺

碳素刃具钢

低合金刃具钢

高速钢

碳素刃具钢:

​ 常用的碳素刃具钢有T8、T10、T12、T8A等。

​ 特点：价格便宜，耐磨性好，加工性好，红硬性差，淬透性差。

碳素刃具钢的热处理工艺：

预备热处理：即在机加工之前进行正火及球化退火（T8钢则可完全退火）组织为铁素体F + 细小均布的粒状渗碳体，硬度HB<217；

最终热处理：淬火（780(C）+低温回火（180(C ），组织为M回 + 粒状渗碳体+少量Ar（2_{8%），硬度达HRC60}65。

低合金刃具钢: 为克服碳素刃具钢的缺点，在碳钢基础上加入少量的合金元素（一般不超过3~5%）

p这类钢高的含碳量保证了钢高硬度及形成足够的合金碳化物，耐磨性高。同时钢中常加入Cr、W、Si、Mn、V等合金元素，大大提高了钢的淬透性和回火抗力，并细化了晶粒。

高速钢

产生背景:低合金刃具钢基本上解决了碳素工具钢淬透性低耐磨性不足的缺点；红硬性也有一定程度提高，但仍满足不了高速切削和高硬度材料的加工的生产需求。为适应高速切削，发展了高速钢，其红硬性可达600(C以上，强度比碳素工具钢提高(30~50)%。高速钢按其成分特点可分为钨系、钼系和钨钼系等.

材料的成分特点：

高碳：含碳量为(0.7~1.65)%，其作用是保证基体能溶入足够的碳获得高碳马氏体，与碳化物形成元素W、Mo、V、Cr等形成足量碳化物，细化晶粒，增大耐磨性。

W、Mo元素：主要用于提高钢的红硬性，含大量W、Mo的马氏体有高的回火稳定性；且在(500~600)(C回火时析出弥散细小稳定的特殊碳化物，具有二次硬化效应，大大提高了材料的高温强度和耐磨性。

Cr：主要在奥氏体化时溶入奥氏体，大大提高钢的淬透性；同时回火时也能形成细小的碳化物，提高材料的耐磨性。

V：其碳化物十分稳定，能会细化奥氏体晶粒；并提高耐磨性、红硬性。

铸态含有大量共晶莱氏体，通过反复锻造打碎，并使之均匀；高速钢锻后必须缓冷，并进行球化退火，消除了内应力，获得的索氏体+粒状碳化物组织，硬度为HB(207_{255)，可以进行机械加工。淬火温度高达(1250}1300)；淬火加热时必须有中间预热（约(800_{850)(C）；而冷却也多用分级淬火，高温淬火或油淬。正常淬火组织为隐晶马氏体+粒状碳化物+(20}25)%残余奥氏体。

高速钢常用回火工艺是：(550_{570)oC保温1h，并重复(3}5)次才能保证充分消除应力，减少残余奥氏体数量，稳定组织。

模具钢

用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢,分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具用钢三大类.

一、冷作模具钢：

室温下对金属进行变形加工的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模、落料模等。

性能要求：

其工作条件与刃具钢类似

使用性能要求

高耐磨性 强韧性 强度 抗疲劳性 淬透性 高热处理变形小

冷作模具钢的钢种选择

大部分刃具钢都可以用于制造某些冷作模具，例如T8A、T12A，Cr2等碳素和低合金工具钢，但是这些钢主要缺点：

淬透性较差 热处理变形大 耐磨性不足 使用寿命短

因此，冷作模具有专门的高碳高铬钢，主要指的是Cr12型冷作模具钢，

其成分主要有：

碳含量：1.4%-2.3% 铬含量：11%-12% 其他Mo、V等合金元素：1%

高碳高铬的原因：模具钢中将有足够的铬碳化合物，细化晶粒，提高耐磨性，提高淬透性。

Cr12型模具钢加工和热处理工艺

反复锻造：

​ Cr12型模具钢为莱氏体钢，其铸态为网状的共晶碳化物和铸造组织缺陷，

因此，必须在模具成型前反复锻造以改善其组织。

热处理：

预备热处理：球化退火，目的是消除内应力，降低硬度以便于切削加工，

退火硬度为HB（207-255），组织为球状珠光体+均匀分布碳化物；

最终热处理：淬火+低温回火，组织为M回+弥散粒状碳化物+少量奥氏体。

二、热作模具钢：

用于制造在受热（400-600℃）状态下对金属进行变形加工的模具。

热作模具钢的工作条件和性能要求

工作条件：反复受热和冷却，在热状态下受摩擦冲击等作用。

性能要求

机械性能好：因为模具工作时受较大载荷，受冲击；

抗热疲劳性好：反复加热冷却的应力和表面氧化破坏模具；

淬透性高：为了保证模具整体机械性能；

常用的热作模具钢

成分要求

根据性能要求，热作模具刚一般使用中碳合金调质钢，含 碳量为0.3%-0.6%，保证了淬火和回火后钢材的硬度和韧性。

加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等元素，提高淬透性，并有固溶强化作用；

Cr、Mo等元素形成碳化物，提高材料耐磨性。

常用钢材

载面尺寸较大时：5CrMnMo、5CrNiMo

压铸模钢：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4CrW2Si

热作模具钢加工和热处理工艺

加工工艺

反复锻造：是碳化物均匀分布；

热处理工艺

锻后退火：消除应力，降低硬度，以便于切削加工；

最终热处理为：淬火+高温回火=回火索氏体

三、塑料模具钢：用于制造塑料制品的模具。

压制塑料的分类

压制塑料模的工作条件

热固性塑料

使用模具：压缩模、传递模、注射模；

工作温度：150-200 ℃；

热塑性塑料

使用模具：注射成型、挤出成型；

工作温度：120-260 ℃；

塑料模钢的性能

钢料纯净，夹杂物少，偏析小；表面耐腐蚀；表面光洁度高，脱模性好；足够强度和韧性；热处理变形小。

塑料模钢的工艺要求

冷挤压成型的塑料模具钢：10,15,20Cr等钢

锻造-正火-粗加工成型-渗碳-淬火-回火-抛光-镀铬-抛光-装配

中小尺寸且形状不复杂的塑料模具钢：T7A，T10A等；大尺寸形状复杂模具钢：4Cr5MoSiV；锻造-球化退火-粗加工-调质-精加工-淬火-回火-抛光-镀铬-抛光-装配

量具钢

用于制造卡尺、千分尺、样板、塞规、块规、螺旋测微仪等各种测量工具的钢。

量具钢性能要求

最基本的要求：长期存放和使用中，尺寸不变，形状不变；

存放和使用时：不磨损，不腐蚀。

应对措施

低变形钢，如铬锰钢，提高马氏体和残余奥氏体稳定性，常温下不发生转变，保证量具尺寸稳定；

淬火前调质处理，降低残余奥氏体，使钢材组织稳定；

淬火后长时间低温回火，降低内应力；

热处理后电镀铬，提高耐磨和装饰性。

特殊性能钢

具有特殊的物理化学性能并可在特殊环境下工作的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢和低温用钢等。