合金钢材料及表面处理课件

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1、第七章 合金钢,第七章 合金钢,合金,碳素钢,合金钢,？,主要由Fe、C两元素组成，含其它杂质元素，如Si、Mn、S、P、N等,在碳素钢的基础上有目的地添加了其它合金元素，如Mn、Si、Ni、V等。,杂质元素,合金元素,同为Si、Mn等非Fe、C元素，为何在碳素钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？,为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素？,为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！,获得比碳素钢更好的性能强硬度、塑韧性、耐腐蚀性、尺寸稳定性、耐摩擦性能、易切削性等。,第七章 合金钢,7.1 碳素钢 7.2 合

2、金钢 7.3 合金结构钢 7.4 合金工具钢 7.5 特殊性能钢,本 章 主 要 内 容,第七章 合金钢,7.1 碳素钢,7.1 碳素钢,一、成分和分类,主要元素C：0.0218-2.11%,有益常存元素Si、Mn：产生固溶强化 有害常存元素P：冷脆 S：热脆 O、H、N：强度、塑性、韧性,1. 成分,按含碳量分类,2. 分类,低碳钢：0.0218-0.25%,中碳钢：0.25-0.6%,高碳钢：0.6-2.11%,按质量（S、P含量）分类,普通碳素钢：S不大于0.05% P不大于0.045%,优质碳素钢：S不大于0.035% P不大于0.035%,高级优质碳素钢： S不大于0.025% P不

3、大于0.025%,按用途分类,碳素结构钢,优质碳素钢,碳素工具钢,7.1 碳素钢,二、碳素钢的牌号及用途,1. 普通碳素结构钢,成分： 含碳量在0.06-0.38%之间； 非金属夹杂物和有害元素含量较高。,牌号： Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成，质量等级符号分别为 A、B、C、D。脱氧方法 符号 F表示沸腾钢，B表示半镇静钢，Z表示镇静钢，TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即ZT和TZ 都可不标。 如：Q235-A，F 其中Q表示屈服强度，235为屈服强度最小值， A为质量等级，F脱氧方法,7.1 碳素钢,7.1 碳素钢,应用：钢板、钢筋、型钢等，做桥梁建筑构件,多边型角钢,螺钉

4、、铆钉,钢筋、螺纹钢,7.1 碳素钢,2. 优质碳素钢,成分： 含碳量在0.05-0.7%之间； 有害元素含量较低。,牌号：如 45钢（0.45%），60钢（0.6%）等 两位数字表示含碳量，以万分之一为单位,7.1 碳素钢,7.1 碳素钢,应用：较重要机械零件，如轴、齿轮、弹簧等,汽车曲轴,需要进行一定的热处理，如淬火、回火，渗碳等,7.1 碳素钢,3. 碳素工具钢,成分： 含碳量较高； S和P的含量严格控制。,牌号：如 T8（0.8%）， T12（1.2%） 如在数字后出现A，表示高级优质钢，如T12A,7.1 碳素钢,7.1 碳素钢,用途： 冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等,热处理：淬火

5、+ 低温回火 组织：回火M 粒状Fe3C + A,7.1 碳素钢,碳素钢牌号,1. 碳素结构钢,2. 优质碳素钢,3. 碳素工具钢,Q235-A，F；Q255,20钢（0.2%）；45钢（0.45%）万分之一,T8（0.8%）；T12（1.2%）千分之一,7.1 碳素钢,碳素钢总结,碳素钢品种齐全，冶炼、加工成型比较简单，价格低廉。经过一定的热处理后，其力学性能得到不同程度的改善和提高，可满足工农业生产中许多场合的需求。 但是碳素钢的淬透性比较差，强度、屈强比、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性等也都比较低，它的应用受到了限制。 为了提高钢的某些性能，满足现代工业和科学技术迅猛发展的需要

6、，人们在碳素钢的基础上，有目的地加入了锰、硅、镍、钒、钨、钼、铬、钛、硼、铝、铜、氮和稀土等合金元素，形成了合金钢,7.1 碳素钢,一、 对Fe-C合金基本相的影响,铁素体,奥氏体,渗碳体,溶入F中形成合金铁素体，产生固溶强化效果 （PSi Mn Ni ）,溶入A中形成合金奥氏体，淬火后形成合金马氏体,形成合金渗碳体(Fe，Me)3C或者特殊碳化物 （如VC，TiC等）,按合金元素与C元素的亲和能力： Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe,强碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V 等易形成特殊碳化物（难溶） 具有较高熔点、硬度和稳定性，高温时不易溶于A中 中碳化物形成元素 W、Mo、C

7、r，两类碳化物都可形成 可形成(Me)3C，又可形成特殊碳化物，硬度、熔点、耐磨性 和热稳定性比渗碳体要高，加热时，溶入A中，可提高钢的高温强度、淬透性等 弱碳化物形成元素Mn形成合金渗碳体（易溶） 形成(Me)3C，硬度、熔点、耐磨性和热稳定性不如特殊碳化物，易溶于A，,7.2 合金钢,合金钢的种类繁多，根据选材、生产，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分类方法：,1. 按合金钢的用途分类,1) 合金结构钢 2) 合金工具钢 3) 特殊性能用钢,2. 按合金元素的含量分类,低合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe5。 中合金钢：钢中合金元素总的质量分数Wme：510。 高合金钢：钢中合金元

8、素总的质量分数WMe10。,3. 按平衡状态或退火组织分类,亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。,6.2.2 合金钢的分类,7.2 合金钢,7.3 合金结构钢,一、牌号及其表示方法 二、普通低合金结构钢 三、易切削钢 四、渗碳钢 五、调质钢 六、弹簧钢 七、滚动轴承钢,7.3 合金结构钢,一般表示方法：“两位数字+元素符号+数字+”,表示含碳量，万分之一为单位,表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含量低于1.5%时，数字省略,高级优质钢在最后加A表示,举例,60Si2Mn,w(C)=0.6%, w(Si)=1.5-2.4%, w(Mn) 1.5%,18Cr2Ni4WA,w(C)=0

9、.18%, w(Cr)=1.5-2.4%, w(Ni) =3.5-4.4%, w(W)1.5%,高级优质钢,特例：滚动轴承钢（GCr15），G表示滚动轴承，Cr是常加元素， 15表示含铬量千分之一为单位 易切削钢（Y40Mn），Y表示易切削钢，后面部分与一般 表示方法相同,GCr25与Cr12的含铬量？含碳量？,牌号及其表示方法,普通低合金结构钢,普通低合金结构钢（普低钢）：在低碳碳素结构钢的基础上加入少 量合金元素（3%）获得的钢种。又称为：低合金高强度钢，同碳下，较碳素钢强度高10-30%。,含碳量：0.2%,主加元素：Mn（1.25-1.5）%，溶入铁素体，起固溶强化 作用；细化珠光体，

10、起细晶强化作用,辅加元素：Nb、V、Ti，形成稳定碳化物，起第二相弥散强化作用， 并阻碍A晶粒长大，起细晶强化作用,性能：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好,热处理、组织：热轧空冷，F+S,普通低合金结构钢,应用：常用于工程机械领域，如,高压容器,桥梁,船舶,车辆,返回,普通低合金结构钢,易切削钢,易切削钢：为了提高钢的切削加工性能，而加入一种或几种合金元素，形 成易切削钢。,主加元素：S（0.08-0.30）%，形成夹杂物，使切屑容易脆断 具有减摩作用，降低切削力和切削热 减低表面粗糙度，延长刀具使用寿命,性能：具有良好的切削性能,Pb（0.15-0.25）%，降低摩擦系数、切屑变脆易断,Ca

11、（0.001-0.005）%，形成硅酸盐保护膜，降低磨损,返回,渗碳钢,渗碳钢：用于制造渗碳零件的钢。,性能要求：表面具有较高的硬度和耐磨性 心部具有良好的塑性和韧性,外硬内韧,成分：w(C)= (0.1-0.25)%，保证心部具有良好的塑性和韧性 合金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，强化铁素体，改善表面 和心部的组织和性能 Ni：提高心部强度，提高韧性和淬透性 少量Mo、W、V、Ti：稳定的合金碳化物，细化晶粒， 提高表层硬度和耐磨性,热处理：正火处理（改善锻造的不良组织）+渗碳+淬火+低温回火,室温组织：表面是回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体，60-62HRC 心部淬透时：低碳回火马氏体

12、+铁素体 心部为淬透：索氏体+铁素体,渗碳钢,常用渗碳钢：低淬透性渗碳钢，20Cr、15Cr、20Mn2、20Mn2V等 中淬透性渗碳钢，20CrMnTi、20CrMnMo等 高淬透性渗碳钢，18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A,渗碳钢,应用：低淬透性渗碳钢，活塞销、小齿轮等 中淬透性渗碳钢，汽车变速齿轮、连轴节等 高淬透性渗碳钢，内燃机的牵引齿轮、柴油机的曲轴等,返回,渗碳钢,调质钢：经调制处理后使用的钢称为调质钢。,性能要求：较高的强度和良好的塑韧性相配合,良好的综合机械性能,成分： w(C)=0.30.50%，中碳钢，保证强硬度和塑韧性的搭配 Zr、Ni、Si、Mn：提高淬透性，强化

13、铁素体 V、Ti、Mo、W：细化晶粒，提高回火稳定性，Mo、W还能 防止第二类回火脆性,热处理：退火或正火+淬火+高温回火（快速冷却）,室温组织：回火索氏体,常用调质钢：,低淬透性合金调质钢：40Cr、40MnB等 中淬透性合金调质钢：35CrMo等 高淬透性合金调质钢：40CrNiMoA等,调质钢,举例说明：40Cr做柴油机曲轴、拖拉机连杆、螺栓等 Cr（0.8-1.1%）提高淬透性，C保证强硬度和塑韧性的搭配；,弹簧钢：用于制造各种弹性零件的钢。,性能要求：具有较高的弹性极限和强度 具有较高的疲劳强度和屈强比 具有较高的塑性和韧性，承受冲击载荷 具有耐热性和耐腐蚀性,成分：w(C) = (

14、0.4-0.7)%，中碳钢 Si、Mn提高淬透性和屈强比，但易引起脱碳和过热 Cr、V、W减小脱碳和过热倾向同时，提高淬透性和强度,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,弹簧钢,常用弹簧钢：,Si、Mn系列弹簧钢：65Mn、60Si2Mn等，用于制作大截面的弹簧,Cr、V、W、Mo系列弹簧钢：50CrVA、60Si2CrVA，制作较高温 度下使用的承重弹簧,返回,弹簧钢,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。,性能要求：具有较高的淬透性 具有高而且均匀的硬度和耐磨性 具有良好的韧性

15、、弹性极限和接触疲劳强度 具有良好的耐腐蚀性（润滑介质条件下）,化学成分： w(C) = 0.951.10%（不标出含碳量的数字） 合金元素Cr：提高淬透性和回火稳定性，形成细小合金渗碳体 Si、Mn、V：进一步提高淬透性、强度、耐磨性和回火稳定性,热处理： 球化退火+ 淬火+低温回火（61-65）HRC,常用轴承钢： 铬轴承钢GCr15 其它轴承钢GCr15SiMn、GSiMnV等,组织： 回火马氏体+细小碳化物+少量残余奥氏体,滚动轴承钢,滚动轴承钢,合金结构钢复习,一般表示方法：“两位数字+元素符号+数字+”,表示含碳量，万分之一为单位,表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于1.5%时，数字省略,高级优质钢在最后加A表示,举例：,40CrMnMo,60Si2MnWA,20CrMnTi,普低钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢,常用合金结构钢：,40Cr,GCr15,7.4 合金工具钢,在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元素，用来制造各种刃具、模具、量具等用钢就称为合金工具钢。,7.4 合金工具钢,牌号：T8、T12,用途：凿子、锉刀、量具等,热处理：淬火 + 低温回火,室温组织：回火M + 球状渗碳体 + 残余A,7.4.1 牌号表示方法 7.4.2 刃具钢