碳钢合金钢教材

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1、,3.1 碳钢 3.2 合金钢 3.3 铸钢与铸铁 3.4 有色金属及其合金,第3章 金属材料,3.1.1 碳钢的成分和分类 3.1.2 碳钢的牌号及用途,3.1 碳钢,3.1.1 碳钢的成分和分类,. 成分 w(C) 2.11% Mn、Si 固溶强化 S 热脆 P 冷脆 O、N、H 强度、塑性、韧性 . 分类 1）按C含量分 低C钢 w(C) 0.25% 中C钢 0.25% w(C) 0.6% 高C钢 w(C) 0.6% 2）按质量分（S、P含量） 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。 3）按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。,3.1.2 碳钢的牌号及用途,1碳素结构钢 2优质碳素结构钢

2、3碳素工具钢,1碳素结构钢,牌号 如 Q215B，表示 s 215 MPa（厚度 16mm），B级质量。,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理：热轧空冷 组织：SF,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2优质碳素结构钢,牌号 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。,(摘自GB/T699-1999),用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,汽车曲轴,热处理： 渗碳、淬火、回火等。,3碳素工具钢,牌号 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ， A表示高级优质，w(S) 0.020 % ，w(P) 0.030 % 。,

3、(摘自GB/T1298-1986),用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M 粒状Fe3C + A,3.2.1 概论 3.2.2 合金结构钢 3.2.3 合金工具钢 3.2.4 特殊性能钢,3.2 合金钢,3.2.1 概论,. 合金钢的分类（按用途分类） 合金结构钢 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、弹簧钢 、轴承钢等。 合金工具钢 刃具 、模具、量具钢。 特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。 . 合金钢的编号 结构钢 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)1.5% 工具钢、特殊性能钢 如 9SiCr ，w(C)=0

4、.9% ，w(Si)、w(Cr) 均1.5% 而 CrWMn 中，w(C)1.0% 专用钢 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5% 高级优质钢 如，20Cr2Ni4A,3.2.2 合金结构钢,1低合金结构钢 2渗碳钢 3调质钢 4弹簧钢 5滚动轴承钢,1低合金结构钢,成分 w(C)0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,(摘自GB/T1591-1994),热处理、组织 热轧空冷，SF,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2渗碳钢,成分 w(C)=0.10.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒

5、。 性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,热处理,组织 表层：回火M +碳化物+ A； 心部：低C的回火M（+T + F）,应用 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳 淬火 低温回火,3调质钢,成分 w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 性能 综合机械性能高,热处理,组织 表层：回火S,应用 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火

6、或氮化(38CrMoAl)。,汽车曲轴,4弹簧钢,成分 w(C)=0.450.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能 e 、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,（摘自GB/T12221985）,应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,热处理,热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火 喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 回火T,5滚动轴承钢,成分 w(C)=0.951.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。 性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,（摘自GB/T182542002）,应用 GCr

7、15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,热处理,球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。 组织 回火M 细碳化物少量A,1合金刃具钢 2合金模具钢 3量具用钢,3.2.3 合金工具钢,1合金刃具钢,（）性能要求 高硬度 机加工刀具HRC60 高耐磨性 刀具寿命和生产率 组织要求 硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。 高的热硬性（红硬性） 高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。 足够的韧性 以承受冲击载荷,（）低合金刃具钢,成分 w(C) = 0.9 1.5 % ，合金元素5 % 。 性能 HRC60，使用温度200 300 。

8、,（摘自GB/T12992000）,热处理 球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火,最终组织 回火M + 合金碳化物 + 少量A 应用 如9SiCr ，做板牙、丝锥等。,（）高速钢,成分 w(C) = 0.7 1.2 % ，合金元素10 % 。 性能 高硬度、耐磨性 VC等弥散硬化 高热硬性 600 时HRC62 ，W2C等提高热硬性。 高淬透性 尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。,热处理,（锻造 +）球化退火（+ 机加工） 淬火+回火 锻造目的 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。,淬火，1280 增加A、M中合金含量，提高热硬性。,淬火组织（左图）：M + 碳化物

9、 + A ,最终组织（右图）：回火M + 粒状碳化物 + 少量 A ,回火，560 ，三次 W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A 。,应用 高速车刀、钻头、铣刀等。,刃具钢热硬性比较,2合金模具钢,（）冷模具钢 冷冲、冷镦、冷挤压模等。,性能 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。,应用 小型模具 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。 大型模具 Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。,最终热处理 淬火 + 低温回火 最终组织 回火M + 碳化物 + 少量 A ,（）热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。,性能 耐热性、热疲劳抗力高。,应用 中小型模具 5CrMnMo 等。 大型模具

10、3Cr2W8V等，淬透性好。,最终热处理 淬火 + 高温回火 最终组织 回火T 或 回火S,3量具用钢 卡尺、千分尺、塞规等,性能 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。,应用 简单量具 T10A、T12A 等。 高精度量具 GCr15、CrWMn 等。,最终热处理 淬火 +（ -70-80 ）冷处理 + 低温回火 + 时效处理 时效处理：120130，保温几几十小时，使M、 A 稳定，消除内应力。 最终组织 回火M + 碳化物 + 少量A ,1不锈钢 2耐热钢 3耐磨钢,3.2.4 特殊性能钢,1. 不锈钢,钢的抗腐蚀措施 形成单相组织。 加入Cr，降低两相的电极电位差。 加入Cr 、Al等，

11、生成致密的表面氧化膜 。,常用不锈钢 F 型 如 1Cr17，化工设备、食品工业。 M 型 如 1Cr13 用于汽轮机叶片；3Cr13 做手术器具及刀具。 A 型 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。,不锈钢的成分、热处理、性能,. 耐热钢,抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力 热强性：热强性是指钢在高温下的强度,用途：锅炉、燃气轮机等,. 耐磨钢 ZGMn13,热处理：10001100，保温，水冷A，硬度低，韧性高。 性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著 提高，心部保持高韧性。,用途：履带、铁道岔道,小结,重点要求 1. 合金钢的编号方法，会辩

12、认各种钢号； 2. 合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。 . 工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；,一般要求 . 特殊性能钢； . 时效处理、热硬性等概念。,作 业 3,P 21 22 week12, Nov 16 2. 3)，7)9)，21) 3. 2)，5),P 21 22 week12, Nov 18 2. 4) 6)，10)，12) 3. 1)，3)，4)，6)，7),作 业 3a,作业2f 参考答案 P 9-11,2. 27) 除（ ）、（ ）外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降，因此淬火后相同C质量分数的合金钢与C钢相比，残余A（ ）,使钢的硬度（ ）。,Co

13、,Al,增多,下降,3. 26) 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（ ）,No,28) 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（ ）,No,作业2f 参考答案 P 14,5. 26) 直径为10 mm 的共析钢小试样加热 Ac+ 30 ，用图1-3 所示的冷却 曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。,答： a M + A 单液淬火 b M + A 分级淬火 c T + M + A 油冷淬火 d 下B 等温淬火 e S 正火 f P 完全退火 g P 等温退火,作业2f 参考答案 P 15,5. 29) 说明直径为10 mm 的 45 钢试样分别经下列温度加热：700、7

14、60、 840、 1100 ，保温后在水中冷却得到的室温组织。,答： 700 F + P 760 M + F 840 M 1100 粗 M,33) 甲、乙两厂生产同一零件，均选用45钢，硬度要求220250HB， 甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析 甲、乙两厂产品的组织和性能差别。,答： 甲厂 F + S 乙厂 回火S ，韧性较好。,作业3 参考答案 P 21-22,2. 3) 20 是（ ）钢，可制造（ ）。,优质碳素结构,冲压、焊接件,7) T12 是（ ）钢，可制造（ ）。,碳素工具,锉刀、量规等,8) 16Mn 是（ ）钢，可制造（ ）。,低合金结构,桥梁,9) 40Cr 是（ ）钢，可制造（ ）。,合金调质,车床齿轮,21) 20CrMnTi 是（ ）钢，Cr,Mn的主要作用是 （ ）,Ti的主要作用是 （ ），热处理工艺是（ ） 。,合金渗碳,提高淬透性,3. ) T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（ ）,No,) T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（ ）,No,细化晶粒,渗碳+淬火+低温回火,The End,of 3.1 & 3.2,