em7合金钢

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1、工程材料 机械制造基础 -,第七章 合金钢,武 汉 理 工 大 学 机电工程学院 金工学部 王志海,退 出,第七章 合金钢( Alloyed Steel ),合金钢的基础知识 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢,第一节 合金钢的基础知识,一.合金元素对钢的组织和性能的影响,合金元素与铁和碳的作用,合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,合金元素对钢的热处理的影响,一)合金元素与铁和碳的作用,1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。,2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。,3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。,1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A,1.溶于基体中形成合金 F 或合金

2、A,2.与碳作用形成合金碳化物,Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr,弱碳化物元素: Fe、Mn,中强碳化物元素: Cr、Mo、W,强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr,碳化物形成元素在周期表中都是 位于铁元素的左边的过渡族金属元素, 它们都有一个未填满的d电子亚层,当 形成碳化物时,碳原子首先将其价电子 填入金属原子未填满的d电子亚层,使 形成的碳化物具有金属键结合的性质, 金属原子的d电子亚层愈不满(周期表 中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲 和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈 稳定,而且不易分解。,3.单独形成特殊碳化物,熔点、硬度、耐磨性最高。,稳定性最高。,TiC、Nb

3、C、VC。,二)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,扩大奥氏体区 缩小奥氏体区 改变共晶点和共析点的参数,1.扩大奥氏体区的合金元素,Mn、Ni、Co等元素。,作用: 使A3线温度下降, A4线温度上升。,Mn 元素对奥氏体区的影响,2.缩小奥氏体区的合金元素,Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。,作用: 使A3线温度上升, A4线温度下降。,Cr 元素对奥氏体区的影响,3.改变共晶点和 共析点参数的元素,几乎所有的合金元素。,作用: 使S点和E点的成分向左移。 使A1线的温度变化。,合金元素对 S 点成分的影响,合金元素对A1线的影响,三)合金元素对钢的热处理的影响,加热时对奥氏体形成的

4、影响 对过冷奥氏体转变的影响 对回火转变的影响,1.合金元素对加热时 奥氏体形成的影响,除Mn 元素外,所有合金元素的加入,均 使奥氏体的形成速度减慢。,强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体 晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。,非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体 晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。,2.合金元素对 过冷奥氏体转变的影响,除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。,除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。,提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,3.合金元素对回火转变的影响,回火抗力的增

5、加 ( temper resistance ),二次硬化的产生 ( secondary hardening ),产生回火脆性 ( temper brittleness ),W、Mo、V 等碳化物在550时,使钢达到最高硬度, 产生二次硬化。,Cr-Ni 钢的回火脆性示意图,防止第二类回火脆性的产生的方法:,在500600 快速冷却,加入合金元素W、Mo,二.合金元素在钢中的作用,1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作 用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。,2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高 钢的性能,弥补主加元素的 不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。,第二节 合金结构钢 ( Alloy

6、 Constructional Steel ),普通低合金钢 合金渗碳钢 合金调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 易切削钢,一.普通低合金钢 ( common low alloyed steel ),1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素,主加合金元素: Mn 1.8 %以内,辅加合金元素:V、Ti、Nb、B,一.普通低合金钢,2.牌号: Q 345 C,一.普通低合金钢,Q460钢含Mo、B，正火组织 为B，强度高，用于石化中温 高压容器。,压力容器,南京长江大桥,Q345钢(16Mn)综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。,Q390钢含V、Ti、Nb，强度 高，用于中等压力的容器。,

7、二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢 ( carbon case-hardened steel and alloy case-hardened steel ),1.对渗碳钢的性能要求:,2.对渗碳钢的含碳量的要求:,低碳,3.渗碳钢的热处理特点:,表硬里韧,Wc 0.25 %,Wc = 0.150.25 %,合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、 Mo、Ti等。,表层:M回+Fe3C+A残,心部:F+P,表层:M回+Cm+A残,心部:低碳M回 +F,4.合金渗碳钢的牌号,20 Mn2 Ti A,5.典型合金渗碳钢种介绍,低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用

8、于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。,中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。,柴油机凸轮轴,活塞销( 20Cr ),5.典型合金渗碳钢种介绍,高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。,柴油机曲轴,20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线,三.碳素调质钢及合金调质钢 ( carbon hardened tempered steel and alloy hardened temp

9、ered steel ),1.对调质钢的性能要求:,既强又韧,2.对调质钢的含碳量的要求:,中碳,3.调质钢的热处理特点:,淬火 + 高温回火( 500650 ),Wc = 0.250.6 %,Wc = 0.250.5 %,合金元素: Cr、Mn、 Ni、B、Si、V、 W、Mo、Ti等。,表层: S回,心部: P + F,表层: S回,心部: S回,4.合金调质钢的牌号,38 Cr Mo Al A,5.典型合金调质钢种介绍,低淬透性调质钢,钢含合金元素总量3 %。,40Cr、40MnB等。,中淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 % 左右。,38 CrSi、35 CrMo 等。,常用于制造较小

10、的齿轮、 轴、螺栓等零件。,5.典型合金调质钢种介绍,高淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 % 10 %。,制造大截面重载荷零件，如 曲轴等用高淬透性的零件等 。 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、 25 Cr2 Ni4 W A等。,40Cr钢制造连杆螺栓的 热处理工艺曲线,四.碳素弹簧钢及合金弹簧钢 ( carbon spring steel and alloy spring steel ),1.对弹簧钢的性能要求:,高的e、高的s/ b、高的-1、 良好的韧性。,2.对弹簧钢含碳量的要求:,中、高碳。,3.热成型弹簧钢的热处理特点:,淬火 + 中温回火( 450550 )

11、,碳素弹簧钢,合金弹簧钢,化学成分,热处理后的组织,Wc = 0.60.9 %,Wc = 0.50.7 %,合金元素: Si、Mn、 Cr、V、W、Mo等。,T回,制造尺寸小于 815mm的 小型弹簧。,T回,制造尺寸在2025 mm左右的弹簧。,4.合金弹簧钢的牌号,65 65 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn Mo V Nb,5.冷成形弹簧生产工艺特点,用于生产尺寸小于815mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有: T组织冷成型+200300去应力 退火。60、75、85、65 Mn。 T回组织冷成型+去应力退火。 退

12、火组织冷成型+淬火+中温回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。,五.滚动轴承钢 ( bearing steel ),1.性能要求:,高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 高的纯净度;,五.滚动轴承钢 ( bearing steel ),2.化学成分特点:,高碳: Wc = 0.91.1%。 主加Cr: 0.41.65 % 辅加Si、Mn。 优质钢材。,五.滚动轴承钢 ( bearing steel ),3.热处理特点:,球化退火+ 淬火+ 低温回火,极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体,4.滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,5.铬轴

13、承钢制造轴承的工艺路线,锻造 球化退火 机加工 淬火 + 冷处理 ( 60 80;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定 化处理 ( 120 130；5 10h ),六.易切削钢( fee cutting steel ),2.性能要求:,降低切削力和切削热,减少 刀具磨损,延长刀具寿命,改 排屑性能,提高切削速度。,3.化学成分特点:,1.用途:,适用于高速切削和在自动加工机 床上加工的材料。,S:Ws = 0.080.3% Pb:WPb=0.150.25% Ca:微量,4.易切削钢的牌号,Y 40 Mn,5.易切削钢的热处理工艺特点,低碳易切削钢 ( Y12、Y15、Y20 ) 渗碳或淬火成低碳

14、马氏体,中碳易切削钢 ( Y40 ) 调质及表面淬火,第三节 合金工具钢 ( Alloy tool steel ),合金刃具钢 ( alloy cutting steel ) 合金模具钢 ( alloy die steel ) 合金量具钢( alloy measuring steel ),量 具,刃 具,一.碳素刃具钢 ( carbon cutting steel ),1.性能要求:,高硬度、高耐磨性,有一 定的强度和韧性。,2.化学成分特点:,高碳,3.热处理特点:,淬火 + 低温回火,4.组织: M回 + Fe3C + A残,5.用途:用于低速、低温(200）、 低冲击、硬度在HRC62左

15、右的 刃具。,一.碳素刃具钢 ( carbon cutting steel ),锉 刀,手 锤,二.合金刃具钢( alloy cutting steel ),种类 : 低合金刃具钢 ; 高速钢。 牌号 :,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:,9 SiCr 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

16、韧性。,高速钢 - 锋钢、风钢 ; 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