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1、第七章 合金钢机电工程 赵华洋 合 金 钢1 合金元素在钢中的作用2 合金钢的分类和编号方法3 合金结构钢4 工具钢5 特殊性能钢第七章 合金钢机电工程 赵华洋 绪 论碳钢性能较好、容易加工、成本低廉，工程上应 用最广、使用量最大（90%）；碳钢缺点淬透性不高、耐回火性较差和不能满足 更高的力学性能要求或某些特殊性能（如耐热、 耐蚀）等；合金钢有意加入合金元素，克服了碳钢使用性能 的不足，从而可在重要或某些特殊场合下使用。20钢： b410N/mm2 16Mn： b520N/mm2 （Mn1.21.6）第七章 合金钢机电工程 赵华洋 v常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、
2、Zr、Ni、RE(稀土)v合金元素分类（根据与碳亲和力的大小）：强碳化物形成元素：Mo、W、Fe、V、Ti、Nb、Zr弱碳化物形成元素： Mn、Cr非碳化物形成元素： Si、Cu、Co、Ni、Al、N、B1 合金元素在钢中的作用v合金元素对钢的相变、组织和性能的影响都取决于它们与钢中的Fe或C的相互作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 一、合金元素对钢中基本相的影响v钢中的基本相：F、Fe3Cv钢中合金元素的存在方式：固 溶：合金铁素体合金渗碳体：(Fe、Mn)3C 、(Fe、W)3C合金碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程
3、 赵华洋 合金元素对钢的力学性能的影响合金元素对铁素体性能的影响(退火状态)1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金元素对Fe-C合金相图的影响 （点、线、区）扩大奥氏体区：C、N、Co、Ni、Mn、Cu奥氏体形成元素Mn对相图的影响：低温、低碳1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金元素对Fe-C合金相图的影响 （点、线、区）缩小奥氏体区：Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al铁素体形成元素Cr对铁碳合金相图的影 响:高温、低碳1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金元素对Fe-C合金相图的影响 （点、线、区）使S、E点的
4、含碳量降低（共析温度、成分）727缩小区扩大区0.771 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响1. 对加热时奥氏体化 的影响 对形成A速度的影响(由C来控制)Co、Ni加速扩散Mo、W、V、Ti阻碍扩散 对A晶粒度的影响P、Mn促进Ti、Nb、V强烈阻碍(AlN)W、Mo、Cr有一定阻碍作用Si、Ni、Co、Cu影响不大1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响2. 对 过冷 奥氏 体分 解过 程的 影响等温转变C曲线的位置与形状： 非(弱)碳化物形成元素： Ni、 Si、 Mn 、Cu溶入奥氏体、增大稳
5、定性，使C曲线右移、Ms点降低 碳化物形成元素：V、W、Mo、Cr、Ti不仅使C曲线右移，而且分离成两个“鼻子”1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响3. 合 金元 素对 C曲 线的 影响1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响4. 对 过冷 奥氏 体Ms 、A残 的影 响 合金元素对Ms点的影响 对残余奥氏体的影响1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响5. 对回火转变的影响 提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si 产生二次硬化：Mo W V
6、 Ti在500600回火时硬度升高 回火脆性:第一类： 250400 不可逆第二类： 500600可逆(Cr Mn Ni)1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、合金元素对钢的热处理的影响6. 对回火转变的影响合金钢回火 脆性示意图1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢机电工程 赵华洋 一、合金钢的分类(按用途)2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金钢牌号的表示方法(GB)2 合金钢的分类和编号方法GB221-79规定，由三大部分相结合组成：化学元素符号:表示钢中所含化学元素种类；汉语拼音字母:表示产品名称、用途、冶炼方法等特点，常采用的缩写字母
7、及涵义表；阿拉伯数字:表示钢中主要化学元素质量分数或产品的主要性能参数或代号。 第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金钢牌号的表示方法(拼音含义)2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金钢牌号的表示方法(拼音含义)2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金钢牌号的表示方法2 合金钢的分类和编号方法GB221-79规定，由三大部分相结合组成：(拼音)数字元素符号数字(拼音)结构钢：结构钢：前面数字表示平均含碳量的万分数后面数字表示合金元素的含量1.5%不标出，1.5%、2.5%、3.5%、 时分别标 2、 3、 4、例 如：40Cr为0.370
8、.45%C、 0.81.1%CrGCr9、Y12中的G、Y分别表示滚动轴承钢和 易切钢。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、合金钢牌号的表示方法2 合金钢的分类和编号方法GB221-79规定，由三大部分相结合组成：(拼音)数字元素符号数字(拼音)工具钢：工具钢：前面数字表示平均含碳量的千分数后面数字表示合金元素的含量1.5%不标出，1.5%、2.5%、3.5%、时分别标2、3、4、例 如：9SiCr平均含碳量0.9%， Si、Cr 1.5%第七章 合金钢机电工程 赵华洋 一、普通低合金钢HSLA （High Strength，Low Alloy Steel） 3 合金结构钢低合金钢：低合金钢：
9、普通碳素结构钢添加合金元素量不超过5，一般在3以下。主要用途：主要用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。特特 点：点：较高的强度、屈强比、塑、韧性；良好的焊接性和冷塑性加工性；含有耐大气和海水腐蚀的元素。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 一、普通低合金钢HSLA （High Strength，Low Alloy Steel） 3 合金结构钢新标准（GB/T1591-1994）旧标准(GB/1591-88)主要用途Q295（A、B）09MnV、09MnNb 09Mn2、12Mn桥梁、车辆、锅炉、容器Q345(AE)09MnCuPTi、10MnSiCu、 12MnV 1
10、4MnNb、16Mn、16MnRE桥梁、车辆、压力容器、化 工容器、船舶、建筑结构Q390(AE)10MnPNbRE、15MnV、 15MnTi、16MnNb桥梁、船舶、压力容器、电 站设备、起重设备、管道Q420(AE)15MnVN、14MnVTiRE大型桥梁、高压容器、大型 船舶Q460(C、D、E)-大型重要桥梁、大型船舶第七章 合金钢机电工程 赵华洋 一、普通低合金钢HSLA （High Strength，Low Alloy Steel） 3 合金结构钢力学性能力学性能第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢3 合金结构钢渗碳钢：渗碳钢：经渗碳（或碳氮共渗）淬火低温回火后使用的钢，一
11、般为低碳碳素结构钢(15、20)和低碳合金结构钢(如20CrMnTi)。用用 途：途：主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。 第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢(1性能要求 )3 合金结构钢表层高硬度（58HRC）和高耐磨性；心部良好强韧性；较好的淬透性以保证渗碳件的心部性能，在高的渗碳温度（930）和长的渗碳时间下奥氏体晶粒长大倾向小，以便于渗碳后直接淬火。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢(2成分特点)3 合金结构钢低低 碳：碳：0.1%0.25%，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷；合金元素：合金元素：主加Cr、Mn、Ni、B等，以提高渗
12、碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢(3热处理特点)3 合金结构钢渗碳后直接淬火+低温回火，其表层组织为细针状回火高碳马氏体粒状碳化物少量残余托氏体，硬度一般为5864HRC；心部组织依据钢的淬透性不同为铁素体屈氏体、或低碳马氏体，硬度3545HRC，60J/cm2。由于渗碳的温度高、时间长，故渗碳件的变形较大，零件尺寸精度要求高时应进行磨削精加工。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢(4.常用渗碳钢)3 合金结构钢第七章
13、合金钢机电工程 赵华洋 二、渗碳钢(20CrMnTi热处理工艺)3 合金结构钢工艺路线：下料 锻造 正火 齿形加工 渗碳 预冷淬火 低温回火 喷丸 精磨工艺曲工艺曲 线线第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢3 合金结构钢调质：调质：淬火高温回火，得到回火索氏体组织，从而具有优良的综合力学性能（即强度和韧性的良好配合）的中碳钢中碳钢（碳钢与合金钢）即为调质钢，它主要用于主要用于制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（1.化学成分）3 合金结构钢碳含量碳含量 0.25%0.5%（一般为0.4%左右）。合金元素
14、合金元素 主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。辅加元素Mo、W、V等强碳化物形成元素，其中Mo、W的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化和弥散强化作用。几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（2.热处理特点）3 合金结构钢预预先热处热处 理 调质钢预先热处理的主要目的是保证零件的切削加工性能，依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行正火处理（碳及合金元素含量较低，如40钢）、退火处
15、理（碳及合金元素含量较高，如42CrMo）甚至正火高温回火处理（淬透性高的调质钢如40CrNiMo）。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（2.热处理特点）3 合金结构钢最终热处理 即淬火高温回火，由于零件硬度可间接反映强度与韧性，故技术文件上一般仅规定硬度数值，只有很重要的零件才规定其它力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、生产批量特点及形状尺寸等因素。当调质零件还有高耐磨性要求、并希望进一步提高疲劳性能时，可在调质处理后进行渗氮处理、表面淬火强化和表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）。第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（2.热处理特点）3 合金结构钢回火温度与 性能的关系第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（3.常用调质钢）3 合金结构钢第七章 合金钢机电工程 赵华洋 三、调质钢（4.应用举例 40CrMo）3 合金结构钢汽缸螺栓
