课题4：低合金钢和合金钢

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1、课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4课题四 低合金钢和合金钢 1-1课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4教 学 重 点常用低合金钢、合金结构 的牌号、性能及用途。 教 学 难 点合金元素对钢性能的影响、低合 金钢，合金结构钢牌号与应用之 间的一般关系。本课题重点与难点1-2课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题41、合金元素在钢中的存在形式及作用 3.4.1 合金元素在钢中的作用 1）合金元素与铁作用形成固溶体 合金元素可以溶入-Fe或-Fe中，形成含合金元素 的铁素体或奥氏体。合金元素的溶入，将导致铁素体或奥 氏体的晶格畸变，产生固溶强化。硅、锰、镍等元素对铁 素体的强化效果显

2、著。 2）合金元素与碳作用形成合金碳化物 大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物，熔点高 、硬度高、不易分解，呈颗粒状分布在晶界上，可细化 晶粒，提高钢的强度和硬度。 1-3课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题42、合金元素对钢热处理的影响 3.4.1 合金元素在钢中的作用 1）合金元素对加热时奥氏体化的影响 大多数合金元素能减慢碳的扩散速度，加之合金碳化 物稳定、难溶解，显著减慢碳及合金元素的扩散速度，故 减慢了奥氏体化过程。大多数低合金钢和合金钢，需更高的加热温度、更长 的保温时间。大多数合金元素（除锰、磷外）形成的碳化物，在高 温下较稳定，且分布在奥氏体的晶界上，能有效阻止奥氏 体晶

3、粒的长大，起到细化奥氏体晶粒的作用。1-4课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题43.4.1 合金元素在钢中的作用 2）合金元素对冷却时奥氏体转变的影响 增加过冷奥氏体的稳定性，固溶于奥氏体中的合金元 素（除钴以外），均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性 （C曲线右移），使钢的淬透性增加，降低马氏体点（Ms），除钴、铝以外，大多数合金元 素均会降低马氏体点，使合金钢淬火后的残余奥氏体量增 加。1-5课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题43.4.1 合金元素在钢中的作用 3）合金元素对回火转变的影响 1）提高钢的耐回火性（回火稳定性） 1-6课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题43.4.

4、1 合金元素在钢中的作用 2）产生二次硬化 1-7课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 1、低合金钢的分类及牌号 1）低合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢 （2）按主要性能和使用特性分类 分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢 、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其 他低合金钢等。 1-8课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 2）低合金钢的牌号 （1）低合金高强度结构钢表示方法与碳素结构钢相同。例：Q345。（2）易切削结构钢

5、以“易”字的汉语拼音字首“Y”为首，其后数字表 示平均碳含量的万分数，钢中含锰量较高时标出“Mn” 。例：Y40Mn。1-9课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 2、合金钢的分类及牌号 1）合金钢的分类 （1）按主要质量等级分类 优质合金钢 特殊质量合金钢 （2）按主要性能和使用特性分类 分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承 钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等 。1-10课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 2）合金钢的牌号 （1）机械结构用合金钢和工程结构合金钢 (1)调

6、质处理合金结构钢、表面硬化合金结构钢、合金弹 簧结构钢。 两位数字 + 元素符号 + 数字 （+A） (碳含量的万分数)(所含合金元素)(该元素含量的百万分 数)(硫磷含量少钢质量高) 例：18Cr2Ni4WA。 (2)高锰耐磨钢。ZG + Mn + 数字 (铸钢汉语拼音字首) (锰) (平均含锰量的百分数 ) 例：ZGMn13-1。1-11课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 （2）轴承钢GCr+（+元素符号+数字） (G：“滚”汉语拼音字首；Cr:铬；：平均含铬量千 分数；元素符号：若还有其他元素；数字：含量百分数 。） 例：GCr15Si

7、Mn。（3）合金工具钢表示方法与合金弹簧钢类似，差别在于：若钢中的WC 1%时，牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几；若 钢中的WC1%时，牌号前不标出含碳量。 例：9Mn2V。1-12课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.2 低合金钢和合金钢的分类及 牌号 （4）高速工具钢表示方法与合金工具钢类似，主要差别是无论钢中的 含碳量多少，均不在牌号前标出数字。例：W18Cr4V。（5）不锈钢和耐热钢表示方法与合金工具钢类似，只是当WC0.03%或 WC0.08%时，其牌号前的数字分别用“00”或“0”代 替。 例：3Cr13；00Cr17Ni14Mo2。1-13课程教学模块三：工程材

8、料及其热处理 课题43.4.3 低合金钢 1、常用低合金高强度结构钢 1）低合金高强度结构钢的成分和性能特点 成分特点：在低碳钢（Wc0.2%）的基础上加入少量的锰 、硅、钛、钒、铌等合金元素而制成的钢。 性能特点：强度高，塑性、韧性好，焊接性好、冷成形性 好、耐蚀性好、冷脆转变温度低、成本低。 2）常用的低低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢的强度比低碳钢高出10%30%， 代替碳素结构钢，可大大减轻机件或结构件的重量。例 ：南京长江大桥的桥梁采用Q345比用Q235节省钢材15%以 上。广泛用于船舶、车辆、桥梁、压力容器等工程结构件 及低温下工作的构件等。1-14课程教学模块三：工程材料

9、及其热处理 课题43.4.3 低合金钢 2、其它低合金结构钢简介 1）易切削结构钢 2）低合金耐候性钢 3）汽车用低合金钢 4）低合金钢筋钢 5）铁道用低合金钢 6）矿用低合金钢 1-15课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢 1、常用机械结构和工程结构用合金钢 1）合金调质钢 (1）用途及性能要求 用途：汽车、机床等机器中重要的零件。 性能要求：良好的综合力学性能。 (2）成分、性能和热处理特点 成分、性能：Wc0.250.50，保证良好的综合力 学性能。加入Cr、Mn、Si、Ni、B等提高淬透性、强化铁 素体、细化晶粒、提高耐回火性等。 热处理：调质处理 (3）常用

10、合金调质钢 分低淬透性合金调质钢（如40Cr）、中淬透性合金调质 钢（如35CrMo、38CrMoAl）、高淬透性合金调质钢（如 40CrNiMo、40CrMnMo）三类。 1-16课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢2）合金渗碳钢 (1）用途及性能要求 用途：汽车发动机、变速箱中的齿轮、内燃机凸轮、活 塞销等机械零件。 性能要求：零件表面高的硬度、高的耐磨性和耐疲劳性 能，心部高的韧性和足够的强度。 (2）成分、性能和热处理特点 成分、性能：Wc0.10.25,以保证零件心部有良 好的塑性和韧性。加入Cr、Mn、Ni、Ti、V、W、Mo、B等 以提高钢的淬透性，细化

11、晶粒，在渗碳层获得均匀细小 的耐磨碳化物。热处理：渗碳后淬火、低温回火。 (3）常用合金渗碳钢 分低淬透性合金渗碳钢（如20Cr、20MnV）、中淬透性合 金渗碳钢（如20CrMnTi）、高淬透性合金渗碳钢（如 18Cr2Ni4WA）三类。 1-17课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢 3）合金弹簧钢 (1）用途及性能要求 用途：机械和仪表中各种弹性元件。 性能要求：高的弹性极限和屈强比、较高的疲劳强度、足 够的塑性和韧性。 (2）成分、性能和热处理特点 成分、性能：Wc0.50.7% ,保证高的弹性极限。加入 Mn、Si、Cr、Mo、W、V、B等以提高钢的淬透性、细

12、化晶粒 、耐回火性、强化铁素体、提高弹性和屈强比等。 冷成形弹簧：去应力退火或淬火加中温回火。 热成形弹簧：淬火、中温回火 (3）常用合金弹簧钢 分硅锰系合金弹簧钢（如60Si2Mn）、硅铬系合金弹簧钢、 铬锰系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢（如50CrVA）。 1-18课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢 4）高锰耐磨钢 (1）用途及性能要求 用途：制造受强烈冲击和巨大压力，并要求耐磨的零件 。 性能要求：受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面高 的硬度和耐磨性，心部良好的韧性和塑性，较高的抗冲 能力。 (2）成分、性能和热处理特点 成分、性能：Wc0.901.50，W

13、Mn1114 ，铸态组织为奥氏体和大量的碳化物，性能硬而脆。 热处理：水韧处理，强度、硬度（180230HBS）不高 ，塑性、韧性好。 (3）常用高锰耐磨钢 ZGMn13-1等。 1-19课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢 2、轴承钢 1）用途及性能要求 用途：制造各种滚动轴承的元件，如滚珠、滚柱和内外 套圈等。 性能要求：很高的强度、硬度、耐磨性，很高的接触疲 劳强度，一定的韧性和耐润滑剂腐蚀的能力。 2）成分、性能和热处理特点 成分、性能：Wc0.951.15，保证高硬度、高耐 磨性。加入Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，提高钢的 淬透性、耐磨性和接触疲劳强

14、度。 热处理：球化退火、淬火和低温回火。 3）常用轴承钢 高碳铬轴承钢（GCr15应用最广）和无铬轴承钢。1-20课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢 3、不锈钢与耐热钢 通常将具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为不锈 钢。 成分特点：低碳，加入大量的Cr、Ni等合金元素。作用是提高铁素体的电极电位；使钢获得单相组织 ；在钢的表面形成一层致密的氧化膜。1）马氏体不锈钢 2）铁素体型不锈钢 3）奥氏体-铁素体型不锈钢 4）奥氏体型不锈钢 5）沉淀硬化型不锈钢 1-21课程教学模块三：工程材料及其热处理 课题4 3.4.4 合金钢耐热钢 耐热钢是指具有高温抗氧化性和热强性的钢。 成分特点：低碳，加入Cr、Al、Si（形成致密保护膜） 、Ti、V、Mo、W（增加高温强度）。分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢主要用于长期在高温下不起氧化皮、强度 要求不高的零件，如炉底板。热强钢主要用要求有高温强度又有较好抗氧化性的 零件，如柴油机排气阀、汽轮机叶片等。1-22