合金钢（课件）

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1、第六章章 合金钢,分类及编号 合金元素在钢中的作用 合金结构钢 合金工具钢 特殊钢,第一节 分类及编号,一、合金钢介绍,1、什么叫合金钢 为了提高钢的力学性能，在冶炼时特意加入一些合金元素（主要是过渡族元素）所得到的钢称为合金钢。,合金元素的作用： 提高强度，塑韧性； 提高淬透性 提高高温强度、热硬性 提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、电磁等特殊性能,碳钢的缺点： 1. 基本相 ( F、 Fe3C ) 性能不够好； 2. 淬透性低； 3. 使用温度不能超过200； 4. 没有特殊性能，如耐腐蚀、抗氧 化、 高耐磨。,2、为什么添加合金元素？,3、钢中常用合金元素,合金钢中除Fe、C 外，一般还包

2、括：,二、合金钢分类,1按用途分类,2按成分分类,为达到某种性能要求，人为加入了必要的合金元素。 按合金总量分为低、中、高合金钢。,10%,刀 具,量 具,模 具,三、常用合金钢的牌号,合金结构钢 例： 18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA 牌号的组成为：两位数字元素符号和数字字母。如：18Cr2Ni4WA 其中第一部分两位数字：碳含量的万分之几； C0.18 wt 第二部分的元素符号表示主要或关键合金元素，元素含量超过1.5， 则标注在元素符号的后面。 如：Cr2，Ni4，W1，Cr、W、Mn 1%, G：滚动）,第二节 合金元素在钢中的作用,一、对钢中基本相的影响,1、弱（非）碳化物

3、形成元素： Mn， Co ，Ni， Al， Si等，基本上能溶入铁素体使钢的强度和硬度提高（固溶强化）， 但韧性降低。,作用：1）固溶强化 2）提高淬透性,2、强碳化物形成元素：Cr，Mo，W，V，Nb，Ti （前过渡族）等元素与碳的亲合力比铁强，一部分能溶入Fe3C形成合金渗碳体(Fe,M)3C ，另一部分则形成特殊碳化物，如：Cr23C6，WC，NbC，TiC等，这些碳化物比渗碳体更高的熔点和更高的硬度 （弥散强化），并阻碍A体晶粒长大（细化晶粒） 作用： （1）细化晶粒 （2）弥散强化,二、合金元素对铁碳相图的影响,扩大相区：元素 Ni，Mn，W等促进奥氏体化，扩大区。 原因是这些合金元

4、素使 A3 线降低。这类元素也称为相稳定化元素。如1Cr18Ni9Ti不锈钢就是奥氏体类型钢。 扩大区：元素Si，Cr 等使A3线升高，扩大区。如：加入一定量的Cr，Si可使区消失，得到全部铁素体组织，如Cr17，Cr25，属于铁素体不锈钢。 对S点（共析点）和E点（A最大C浓度）影响： 一些添加元素（如： Cr、Mn）使S、E点左移，使共析钢中的碳含量减少。如：4Cr13不锈钢，其C0.4， 但为过共析钢。,合金元素对S点影响实例,Mn, Cr使S点左移, Mn使A3线降低， Cr使A3线升高,三、对热处理过程的影响,1对奥氏体化及晶粒度的影响（升温过程）,（1）奥氏体化： Co 可加速奥氏

5、体化，大部分强碳化物合金元素（如Cr，Mo，W，V，Ti）都延缓奥氏体化过程。 原因：这些强碳化物形成元素阻止Fe, C 的迁移，减缓奥氏体的形成。 （2）奥氏体的晶粒度： 强碳化物形成元素，如V、Ti、Nb、Zr可以强烈阻止奥氏体晶粒生长； 原因：合金碳化物弥散分布在 A 上，阻碍晶界迁移。,2对过冷奥氏体转变的影响（降温过程）,合金元素对过冷奥氏体分解的影响主要反映在对TTT曲线（C 曲线）的影响。,C曲线移动： Co使C曲线左移，即：降低淬透性； Ni，Si，Mn，Al Cu等（均为弱或非碳化物形成元素）, 使C曲线右移，即：提高淬透性。 原因：稳定奥氏体,所以，大多数合金钢均使用油淬，

6、降低工件热应力,2、C曲线的形状： C曲线分解为两个C曲线，一个对应珠光体转变曲线，另一个对应贝氏体转变曲线。严重的造成这两个转变曲线分离，中间出现一亚稳区 。 一些合金钢在连续冷却过程中也能获得贝氏体。,P转变,B转变,四、对回火转变的影响,1提高钢的回火稳定性,所谓回火稳定性是指钢在回火时发生软化的抵抗能力。几乎所有的合金元素都能提高回火稳定性。 原因：合金元素能阻止C的扩散（特别是强碳化物形成元素），从而推迟或减缓马氏体的分解，提高耐回火性。如:W18Cr4V钢的红硬性好,2产生二次硬化,一些含W、Mo、V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，出现硬度上升（如右上图所示），这种现象称为“

7、二次硬化”。 原因： （1）残余奥氏体马氏体： 在添加了合金元素后，残余奥氏体很稳 定，在回火时并未发生转变，而在冷却时发生马氏体转变，使材 料的硬度得到提高 （相变强化）； （2）析出碳化物：在500600下，马氏体才出现分解，析出的高硬 度的碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。 （弥散强化）,碳钢力学性能随退火温度上午变化,第三节 合金结构钢,一、低合金高强度钢,结构钢主要用来制造工程构件，是机械、交通、石化、建筑用金属材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。,用途：制造桥梁、船舶、大型钢架、农业机械等等。,性能：强度高，塑、韧性好。,成分：C0.25 主要合金元素： Mn

8、： W合金元素 3%, 固溶于铁素体（固溶强化） 辅助合金元素： V，Ti，Nb， 作用：形成VC，TiC，NbC等（弥散强化，细化晶粒）,热处理：热轧+空冷 (相当于正火),组织： 鉄素体珠光体（或索氏体），（F+P）或（F+S),牌号： 16Mn（旧）， 两位数字：C含量的万分之几；合金元素含量表示同前。 Q345C （新） Q: 屈服，345：屈服强度， C：等级,一、低合金高强度钢 （碳含量用两位数字表示）,武汉长江大桥 1955年9月- 1957年10月,16Mn,二、合金渗碳钢,用途：适用于表硬内韧的工件。 如：齿轮、活塞等。,热处理及组织： 热处理表面渗碳直接淬火低温回火（P.1

9、71)。 组 织 表面为过共析钢： M 回+ 碳化物+A ，约HRC60； 心部为亚共析钢： M 回+ A ，HRC3050。,成分：低碳合金钢 C： 0.10-0.25：保证淬火后，心部形成板条马氏体，心部有好的韧性 主要合金元素： Mn，Ni，Cr，B等，保证好的淬透性 辅助合金元素： Ti，V，W 等，用于形成稳定化合物，细化晶粒，提 高回火稳定性。,性能： 心部韧性好 表面硬度高,常用的牌号：,低淬透性渗碳钢 15Cr、20Cr、16Mn2、20Mn2等，淬透性不高，用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等。 中淬透性渗碳钢 20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20M

10、nVB，这类钢中合金元素总量较高(但，4)，淬透性和韧性均较高，用于变速箱齿轮、十字轴等零件。 高淬透性渗碳钢 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W等，这类钢中含有的合金元素总量更高(但7.5)，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，用于尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿轮。,淬透性高低取决于合金元素的多少,二、渗碳钢,第三节 合金结构钢,常用的钢号：,20CrMnTi,三、调质钢,用途：轴、连杆、低速齿轮， 高强度螺栓。,性能：高强度和高韧性的配合。,成分： C：0.35-0.50 属于中碳钢， 主要合金元素： Cr，Mn，Ni，Si，B（弱碳化物元素），提高淬透性，固溶强化，

11、辅助合金元素： Mo，W，V（强碳化物元素），提高回火稳定性。,热处理：调质处理，即: 淬火高温回火。,组织： 回火索氏体；,牌号 低淬透性 40Cr， 中淬透性 40CrMn、40CrNi， 高淬透性 40CrMnSi、40CrNiMo、40CrMnMo等,三、调质钢,第三节 合金结构钢,常用的钢号：,轴、,连杆,40Cr 40CrMn,调质钢:,四、弹簧钢,性能：高弹性极限，高屈强（S/b）比； 硬度适中，4050 HRC。,热处理： 热成形弹簧，材料加热到奥氏体进行成型，再进行 淬火 +中温回火 回火温度：450-550。 组织：回火屈氏体 （T回）， HRC4050 冷成形弹簧，材料加

12、热到奥氏体化，然后在500-550等温，形成索氏体， 冷加工产生加工硬化后冷成形，再在200-300去应力退火。 组织：索氏体,牌号： 65、70、65Mn、60Si2Mn、50CrMo、55SiMnMoV等,成分：WC0.5-0.9 高C以保证高的弹性极限。 主要合金元素 Mn，Si 提高淬透性，提高S/b比，固溶强化。 辅助元素 Cr，Mo，W，V 提高耐回火性和冲击韧性。,用途：用来制造各种弹簧和弹性元件。,四、弹簧钢,第三节 合金结构钢,常用的钢号：,汽车板簧,60Si2Mn,五、滚动轴承用钢,用途：用来制造滚动轴承，简称轴承钢。,性能要求：高强度，高硬度（HRC60）； 高的接触疲劳

13、抗力； 高的耐磨损能力。,成分特点： 高碳：C0.951.15%C，确保淬火后的硬度； 主合金元素：Cr，提高淬透性，形成细小的合金渗碳体，提高耐磨性和接触疲劳性能（弥散强化）； 辅助元素：Mn、Mo、V，形成碳化物，细化晶粒，弥散强化，以进一步提高耐磨性；,钢号：GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等。 第一个字母G表示滚动轴承，碳含量通常在1.0左右，不用标注， 元素符号Cr后的数字为其含量的千分数（针对常用滚动轴承钢）。,热处理：球化退火机械加工淬火、低温回火磨削精加工产品。 淬火：一般在840860加热，用油冷淬火， 回火：低温回火，180 x 2 h。

14、 对于精密轴承，为保证尺寸和形状稳定性，需进行冷处理。 冷处理：淬火时在130180进行等温分级回火，在冷却到室温后继续冷冻到-60 -80以下(用干冰或工业冷冻机)，取出后回升到室温再回火。,五、滚动轴承用钢,热处理举例：,组织：回火 M 细小碳化物A（少）,五、滚动轴承用钢,常用的钢号：,六、其他合金结构钢（不讲）,微合金非调质钢：在碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素（Mn， V）使之无须经调质处理便可达到性能要求的专用结构钢，称为非调质机械结构钢（组织可为B下），简称非调质钢。,易切削钢：在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明显改善的结构钢，可简称微易切削钢。常用的合金元素有

15、S、Ca等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、精密构件。,低淬透性钢：含Ti优质碳素结构钢，碳量中偏高，如55Ti、60Ti、70Ti等。用于感应加热达到表面高硬度，心部因不能淬透而保持强韧状态。部分代替渗碳钢。,第四节 合金工具钢,一、刃具钢,工具：刃具、模具、量具，用于制备这些工具的合金钢统称为合金工具钢。,1、用途 车刀、铣刀、钻头等。,2、性能要求： 高硬度、高耐磨性一般都在HRC60以上； 高的红硬性，指刃部受热升温后，刃具钢仍能维持高硬度； 一定的韧性和塑性，防止崩刃。,3、成分：,（1）低合金钢 C0.9-1.10， 高C量，保证硬度 主要合金元

16、素 Cr，Mn，Si 提高淬透性 （2）高速钢 特殊钢 C0.7-1.3，高C量，保证硬度 主要合金元素： Cr 提高淬透性； 辅助合金元素：W，Mo，V（强碳化物形成元素）提高红硬性,4、牌号：,（1）低合金钢：9SiCr，CrWMn （一位数字或无数字，C1%)） 9SiCr 热硬性好， 适合用于薄刃刀具和冷冲模具。 CrWMn，工件变形小，适合用于大截面工件，如长丝锥，拉刀。 （2）高速钢：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 （特殊钢） W18Cr4V (C:0.7-0.8) 的热硬性高，过热倾向小，适合于制作车刀； W6Mo5Cr4V2 (C:0.95-1.95) 的热塑性和韧性较好，适合于 制作麻花钻头。,5、热处理：,（1）低合金钢： 以9CrSi为例，600650预热、