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1、课题六 掌握常用合金钢的性能与应用,任务1 掌握合金元素在钢中的作用及合金 任务2 掌握常用低合金钢的牌号与应用 任务3 掌握常用合金结构钢的牌号与应用 任务4 掌握合金工具钢的牌号与应用 任务5 掌握制造量具及刃具的低合金工具钢性能与 应用 任务6 掌握高速工具钢的牌号与选用 任务7 了解滚动轴承钢的性能与应用 任务8 了解常用特殊性能钢与应用,导言,合金钢在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。,性能：较高的力学性能、淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、耐蚀等特殊性能。 合金元素：铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）、锰(Mn)、钼（Mo）、钨
2、（W）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr）、钴（Co）等,随着高新科技的不断发展，对钢材的性能要求越来越高。 要求具有耐腐蚀、抗氧化、耐磨的机械零件；具有高强度、高韧性的模具；具有良好热硬性的高速切削刀具。因此，必须选用性能更加优异的低合金钢、合金钢。 为了改善钢的综合性能或使其具有某些特殊性能，在炼钢时加人硅（Sj）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）、钒（）、钛（Ti）、铌（Nb）、钴（Co）、铝（Al）、硼（B）及稀土（RE）等合金元素得到合金钢。,使用合金钢材料制造的产品,学习目标 知识目标：掌握合金元素在钢中的作用及合金钢分类 能力目标：能认识常用合金
3、钢及其性能,任务一 掌握合金元素在钢中的作用及合金钢的分类,1. 掌握合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中存在的形式，一是溶人铁素体中形成合金铁素体，二是与碳形成极高硬度的合金碳化物。,合金元素在钢中的主要作用,1. 强化铁素体 2. 形成合金碳化物 3. 细化晶粒 4. 提高钢的淬透性 5. 提高钢的回火稳定性,大多数合金元素（除铅外）都能溶于铁素体，形成合金铁素体。 由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性下降。,1. 强化铁素体,2. 形成合金碳化物,1）合金渗碳体,锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成
4、元素一般倾向于形成合金渗碳体，合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的强度。,2）特殊碳化物,钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化物，特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解。,3. 细化晶粒,几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的，提高钢的塑性和韧性。强碳化物形成元素铌、钒、钛等形成的碳化物、铝（Al）在钢中形成的AlN和Al2O3细小质点，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒。,4.提高钢的淬透性,除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定
5、性，推迟其向珠光体的转变，使C曲线右移，从而减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。 常用提高淬透性的合金元素有：钼、锰、铬、镍（Ni）和硼（B）等。,5. 提高钢的回火稳定性,回火稳定性 淬火钢在回火时，抵抗硬度下降的能力。,6. 使钢具有特殊的物理、化学性能,加入铬、镍、钼等合金元素，极大提高钢的耐蚀性、耐热性；加入锰可极大提高钢的耐磨性。,任务二 掌握常用低合金钢的牌号与应用,1合金钢按用途分类,合金结构钢：机械零件、工程构建 合金工具钢：重要的工具 特殊性能钢：特殊的物理化学性能，不锈钢、耐热钢、 耐磨钢,2合金钢按合金元素总含量分类,低合金钢：合金元素总含量5。 中合金钢：合金元素总含
6、量510 高合金钢：合金元素总含量10,1. 掌握低合金钢的牌号与命名,合金钢的合金元素总的质量分数5.43，是一类焊接性较好的低碳低合金结构用钢，大多数在热轧或正火状态下使用。 该类钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音首位字母Q+屈服强度数值+质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。例如，Q390A表示屈服强度Rel390MPa，质量为A级的低合金高强度结构钢。,2. 熟悉低合金高强度结构钢的种类与应用,低合金高强度结构钢的合金元素以锰为主，还有硅、钒、钛、铝、铌、铬、镍、氮、稀土等元素，钢中合金元素总的质量分数一般3。,部分低合金高强度结构钢的牌号及用途,3. 了解低合金耐候钢,耐
7、候钢是指耐大气腐蚀钢。它是在低碳钢的基础上加人少量铜、铬、镍、钼等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢材。 焊接结构用耐候钢的牌号是由“Q数字十NH”组成。其中“Q”是“屈”字汉语拼音字母的字首，数字表示钢的最低屈服强度数值，字母“NH”是“耐候”汉语拼音字母的字首，牌号后缀质量等级代号C、D、E，如Q355NHC表示屈服强度大于355MPa，质量等级为C级的焊接结构用耐候钢。焊接结构用耐候钢适用于桥梁、建筑及其他要求耐候性的钢结构。 高耐候性结构钢的牌号是由“Q数字GNH”组成。,4. 了解低合金专业用钢,为适应某些专业的特殊需要而发展了门类众多的低合金专业用钢。 1）汽车用低合金钢，用于制
8、造汽车大梁、轮辋、托架及车壳等结构件，如汽车大梁用钢420L、9MnREL 2）铁道用低合金钢 用于重轨（如U70Mn）、轻轨（如45SiMnP）和异型钢（如09CuPRE、9V等）。 3）低合金钢筋钢 指用于制作建筑钢筋结构的钢，如钢筋混凝土用热处理钢筋钢（20MnSi）和预应力混凝土用热处理钢筋钢（如40Si2Mn）。 4）矿用低合金钢 矿山用结构件，如高强度圆环链用钢（如2OMnSiV等）、巷道支架用钢（如16MnK、25MnK）和煤机用钢（如M510、M540等）。,低合金专业用钢,合金结构钢的合金元素总的质量分数5.43。合金结构钢用于制造工程结构及各种机械零件。 命名：两位数字（碳
9、含量）元素符号（或汉字）数字表示。,前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。 元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素。 后面的数字表示该元素的含量。合金元素含量小于1.5时只标元素符号，不标数值；平均含量为1.52.5，2.53.5%时，则相应地标以2，3 合金钢多为优质钢，无需特殊表示。当合金钢为高级优质钢或特级优质钢时，分别在牌号尾加A、E表示。必要时可将表示产品用途、特性或工艺方法的字符加在牌号尾部。,1. 掌握合金结构钢的牌号,任务三 掌握常用合金结构钢的牌号与应用,说出下列合金钢的类型及元素含量： 38CrMoAl；20CrMnTi,机械零件用合金钢属于特殊质量合金钢，具有特殊
10、质量等级要求，用于制造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等，需通过热处理充分发挥钢材的力学性能潜力。机械零件用合金钢按其用途和热处理特点可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和超高强度钢等。,2. 熟悉机械零件常用的合金结构钢,用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。合金渗碳钢的wc0.100.25，加人Cr、Ni、Mn、B、W、Mo、Ti等合金元素可提高淬透性。部分渗碳零件（齿轮、轴、活塞销等）要求表面具有高硬度（5565HRC）和高耐磨性，心部具有较高的强度和足够的韧性，克服了低碳钢淬透性差，心部强度较低的缺点。,（1）合金渗碳钢,常用合金渗碳钢的牌号、热处理规范、性能及用途,用于制
11、造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。合金渗碳钢的wc0.100.25，加人Cr、Ni、Mn、B、W、Mo、Ti等合金元素可提高淬透性。部分渗碳零件（齿轮、轴、活塞销等）要求表面具有高硬度（5565HRC）和高耐磨性，心部具有较高的强度和足够的韧性，克服了低碳钢淬透性差，心部强度较低的缺点。,（2）合金调质钢,常用合金调质钢的牌号、热处理规范、力学性能及用途,（3）工程结构用合金钢,用于制造工程结构件，如建筑工程钢筋结构、压力容器、承受冲击的耐磨铸钢件等。,（4）合金弹簧钢,利用弹簧的弹性变形储存能量，减缓和机械设备振动和冲击。中碳钢（55钢）和高碳钢（65钢、70钢）都可以作为弹簧材料，但淬透性
12、差、强度低，只能用来制造小截面、受力较小的弹簧。而合金弹簧钢则可制造大截面、弹力大、屈服强度高的重要弹簧。合金弹簧钢的wc0.500.70，常加人的合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、W、B等。 弹簧按加工成形方法分为冷成形弹簧和热成形弹簧。,（4）合金弹簧钢, 冷成形弹簧 弹簧直径小于10mm的弹簧，如钟表弹簧、仪表弹簧、阀门弹簧等。弹簧采用钢丝或钢带制作，成形前钢丝或钢带先经过冷拉（或冷轧）或者淬火加中温回火，使钢丝或钢带具有较高的弹性极限和屈服强度，然后将其冷卷成形，弹簧冷成形后在250300进行去应力退火，以消除冷成形时产生的内应力，稳定弹簧尺寸和形状,（4）合金弹簧钢, 热成形弹簧 弹
13、簧直径大于10mm的弹簧，热成形后进行淬火和中温回火，提高弹簧钢的弹性极限和疲劳强度，如汽车板弹簧、火车缓冲弹簧等多用60Si2Mn、50CrVA来制造,常用弹簧钢的热处理、机械性能性能及应用,（5）超高强度钢,屈服强度1370MPa、Rm1500MPa的特殊质量合金结构钢。按其化学成分和强韧化机制可分为低合金超高强度钢（30CrMnSiNi2A等）、二次硬化型超高强度钢（4Cr5MoSiV等）、马氏体时效钢（如Ni25Ti2AlNb等）和超高强度不锈钢（07 Cr15Ni7 Mo2 Al等）四类。超高强度钢主要用于航空和航天工业，如35Si2MnMoVA的抗拉强度可达1700MPa，用于制造
14、飞机的起落架、框架、发动机曲轴等。,任务四 掌握合金工具钢的牌号与应用,工具钢分为碳素工具钢和合金工具钢。 制做尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具及切削刀具，均采用合金工具钢或高速工具钢。合金工具钢按用途分为合金量具和刃具钢、合金模具钢。合金工具钢与高速工具钢都属于特殊质量等级要求的合金钢,任务四 掌握合金工具钢的牌号与应用,1. 掌握合金工具钢的牌号 合金工具钢的牌号是用“一位数字（碳含量）元素符号（或汉字）数字”表示，当合金工具钢中wc1.0时，牌号前的“数字”以千分之几（一位数）表示钢的碳的质量分数； 当合金工具钢中wc 1.0时，为了避免与合金结构钢相混淆，牌号前不标出碳的质量分数的
15、数字。 例如，3Cr2W8V表示Wc 0.3，Cr =2，WW 8、WV 1.5的合金工具钢；9Mn2V表示wc 0.9，WMn 2、wV 1.5的合金工具钢；Cr12MoV表示钢中Wc 1.0、Cr =12，WMo 1.5、WV 1.5的合金工具钢。,任务四 掌握合金工具钢的牌号与应用,任务五 掌握量具及刃具的低合金工具钢性能与应用,该类合金工具钢碳的质量分数较高，wc0.951.10，主要加人的合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、W等，以保证钢材获得高淬透性、高耐回火性、高硬度（60HRC）和高耐磨性。制作量具及刃具用的合金工具钢中加入合金元素较少，其热硬性比碳素工具钢稍高，在250以下能保
16、持高硬度和高耐磨性。常用的低合金工具钢有9SiCr、9Cr2、CrWMn、和9Mn2V等，用于制造淬火变形小、精度高的冷剪切刀、铰刀、搓丝板、搓丝轮、拉刀等刃具及量规、量块、精密丝杠和耐磨零件。,任务五 掌握量具及刃具的低合金工具钢性能与应用,低合金工具钢制作量具及刃具,任务五 掌握量具及刃具的低合金工具钢性能与应用,制做量具用低合金工具钢的牌号热处理和用途,任务六 掌握高速工具钢的牌号与选用,1.了解高速工具钢的牌号 用于制作中速或高速切削工具（车刀、铣刀、麻花钻头、齿轮滚齿刀和插齿刀、拉刀等）的合金钢，主要是高速工具钢。 高速工具钢简称高速钢，含有W、Mo、Cr、Co等贵重元素，合金元素含量达1025，含碳量在wc 0.7125，保证获得高碳马氏体和足够的合金碳化物。 高速工具钢牌号中不标出碳的质量分数值，如W18Cr4V，wc 0.70.8，只标出合金元素含量，而不标出碳的质量分数。 高速工具钢分为钨钼系、钨系和超硬系三类。,
