合金钢(1)

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1、合金钢,西安思源学院 工学院,合金钢,低合金钢：WMe5%,中合金钢：WMe=510%,高合金钢：WMe10%,合金钢的分类：按合金元素含量分,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢,按用途分,一、低合金钢和合金钢的牌号,1低合金高强度结构钢的牌号,由代表屈服点的汉语拼音首位字母、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）、脱氧方法符号（F、b、Z和TZ，其中Z和TZ可省略）等四个部分按顺序组成。它和普通碳素钢的表示方法相同。 例如：Q390A表示屈服点s390Nmm，质量为A级的低合金高强度结构钢。,合金钢,低合金钢及合金钢,如果是专用结构钢一般在上述表示方法的基础上加钢产品的用途符号，写在

2、牌号后。 如：Q295HP表示焊接气瓶用钢、 Q345R表示压力容器用钢、 Q390g表示锅炉用钢、 Q420q表示桥梁用钢等。,1低合金高强度结构钢的牌号,合金钢,2合金钢的牌号,对于结构钢，数字表示平均碳的质量分数的万分之几； 对于工具钢数字表示平均碳的质量分数的千分之几。 当合金钢中某合金元素(Me)的质量分数WMe1.5%时，牌号中仅标出元素符号，不标明其含量；,合金钢,当合金元素的质量分数在1.5%WMe2.5%时，在该元素后面相应地用整数“2”表示其平均质量分数； 当合金元素的质量分数在2.5%WMe3.5%时，在该元素后面相应地用整数“3”表示其平均质量分数，以次类推。,合金钢,

3、1）合金结构钢的牌号：,例如，60Si2Mn表示Wc=0.60%、WSi=2%、WMn1.5%的合金结构钢09Mn2表示Wc=0.09%、WMn =2%的合金结构钢。 钢中钒、钛、铝、硼、稀土等合金元素，虽然含量很低，仍然需要在钢中标出，如40MnVB、25MnTiBRe等。,合金钢,2）合金工具钢的牌号：,当钢中Wc1.0%时，牌号前数字以千分之几(一位数)表示；当Wc1%时，为了避免与合金结构钢相混淆，牌号前不标数字。 例如，9Mn2V表示Wc=0.9%，WMn=2%、WV1.5%的合金工具钢；CrWMn表示钢中Wc1.0%、WW1.5%、WMn1.5%的合金工具钢； 高速工具钢牌号不标出

4、碳的质量分数值，如W18Cr4V。,合金钢,3）滚动轴承钢的牌号：,滚动轴承钢牌号前面冠以汉语拼音字母“G”，其后为铬元素符号Cr，铬的质量分数以千分之几表示，其余合金元素与合金结构钢牌号规定相同，如GCr15SiMn钢。,不锈钢和耐热钢的牌号表示方法与合金 工具钢基本相同，只是当0.03%Wc 0.08%及Wc0.03%时，在牌号前分 别冠以“0”及“00” 如0Cr21Ni5Ti、00Cr30Mo2等。,合金钢,4）不锈钢和耐热钢的牌号：,低合金钢及合金钢,二、低合金钢和合金钢的性能与应用,1低合金高强度结构钢,它与非合金钢相比具有较高的强度、韧性、耐腐蚀性及良好的焊接性，而且价格与非合金

5、钢接近。因此，低合金高强度结构钢广泛用于制造桥梁、车辆、船舶、建筑钢筋等。,图3-13 和谐号动车组列车,低合金钢及合金钢,低合金钢及合金钢,线 材,低合金钢及合金钢,型 材,低合金钢及合金钢,2耐磨钢,对于工作时承受很大压力、强烈冲击和严重磨损的机械零件，目前工业中多采用耐磨钢来制造。 典型的耐磨钢牌号是ZGMn13，其碳的质量分数为1.0%1.3%，锰的质量分数为11%14%。 耐磨钢常用于制造坦克和拖拉机履带板、球磨机衬板、挖掘机铲齿、破碎机牙板、铁路道岔等。,低合金钢及合金钢,挖掘机,3常见机械结构用合金钢, 它主要用于制造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等，一般需进行热处理，以

6、发挥材料的力学性能潜力。 机械结构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。,低合金钢及合金钢,合金钢,1）合金渗碳钢：,合金渗碳钢为低碳钢，主要加入合金元素为少量的铬、锰、硼等。为了提高表面耐磨性并保持心部韧性需进行表面化学处理。 各种合金渗碳钢的热处理工艺规范与性能虽有不同，但其加工工艺过程却基本相同，即： 下料锻造预备热处理机械加工(粗加工、半精加工)渗碳机械加工(精加工)淬火、低温回火磨削。 锻件毛坯预备热处理的目的，是为了改善毛坯锻造后的不良组织，消除锻造加工过程中产生的内应力，并改善其切削加工性。,合金钢-合金渗碳钢,图5-8 合金渗碳钢

7、制造的万向节十字轴,图5-9 合金渗碳钢制造的活塞销,常用合金渗碳钢在汽车上的应用,合金渗碳钢,举例汽车后桥圆锥主动齿轮,技术要求：心部硬度要求30-45HRC，齿面硬度要求58-62HRC。 选材：一般选用淬透性中等的20CrMnTi钢，油中淬火30-40mm能淬透。 加工工艺路线：下料锻造（模锻）正火切削加工（留磨量）局部镀铜（或涂防渗剂） 渗碳、淬火低温回火喷丸磨削加工零件。 正火处理的目的是消除锻造应力、均匀细化组织、调整硬度，利于切削加工。 渗碳前对一些不需要有较高的力学性能，而且还需要渗碳淬火后切削加工的部位，如轮盘、轮毂孔、工艺孔、花键（孔）等，要进行局部镀铜（或涂防渗剂）防渗处

8、理。 喷丸处理可去除热处理后的氧化皮，及增大表层压应力，提高齿面的接触疲劳强度。,合金钢,2）合金调质钢：,合金调质钢是在中碳钢(30、35、40、45、50)的基础上加入一种或数种合金元素，以提高淬透性和耐回火性，使之在调质处理后具有良好的综合力学性能的钢。 常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、B、Mo等，它们的主要作用是提高钢的强度和韧性，增加钢的淬透性。,合金调质钢,合金调质钢常用来制造负荷较大的重要零件，如发动 机轴、连杆及传动齿轮等。 表面要求较高硬度、耐磨性和疲劳强度的零件，可采 用渗氮钢38CrMoAlA，其热处理工艺是调质和渗氮处 理。 各种合金调质钢的热处理工艺规范与性能虽有

9、不同， 但其加工工艺过程却大致相同，一般是： 下料锻造预备热处理(正火或退火)机械加工 (粗加工、半精加工)调质处理机械加工(精加工) 表面淬火或渗氮磨削。,螺 栓,齿轮与齿轮轴,连 杆,合金调质钢,采用合金调质钢制造的半轴和连杆,常用合金调质钢在汽车上的应用,举例曲轴,内燃机曲轴，其功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。 曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。中小功率内燃机曲轴最常用的材料

10、是45、40Cr、45Mn2等。对于高速大功率曲轴，一般采用35CrMo、50CrMo等作为曲轴材料。 曲轴加工工艺路线为：下料锻造退火粗加工调质精加工中频感应加热表面淬火、低温回火精磨。 轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达3-4.5mm。,合金钢,3）合金弹簧钢：,在非合金弹簧钢基础上，加入合金元素，用于制造重要弹簧的钢种，称为合金弹簧钢。 合金弹簧钢中加入的合金元素主要是Mn、Si、Cr、V、Mo、W、B等。它们的作用是提高淬透性和耐回火性，强化铁素体，细化晶粒，可以有效地改善合金弹簧钢的力学性能。 常用弹簧的热处理一般根据加工工艺的不同可分为：冷成形弹簧和热成形弹簧。,合

11、金钢,冷成形加工弹簧 冷成形方法适用于加工小型弹簧(D4mm)，成形后只需在250300进行去应力退火，以消除成型时产生的应力，稳定弹簧尺寸。 冷成形弹簧的一般加工工艺过程是：下料卷簧成形去应力退火试验验收,合金钢,热成形加工弹簧 热成形方法适用于加工大型弹簧，热成形后进行淬火和中温回火，以便提高弹簧钢的弹性极限和屈服点，如汽车板弹簧、铁道车辆用缓冲弹簧等多用60Si2Mn来制造。 热成形弹簧的一般加工工艺过程是：下料加热卷簧成形淬火中温回火试验验收,合金钢,弹 簧,钢丝绳,汽车上的气门弹簧、离合器弹簧、转向纵拉杆弹簧和活塞销卡簧常采用合金弹簧钢65Mn制造，钢板弹簧等大截面弹簧常采用合金弹簧

12、钢55Si2Mn、60Si2Mn制造。,4）合金弹簧钢：,合金钢,4高碳低铬轴承钢,它主要用于制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈。 高碳铬轴承钢碳的质量分数较高(0.95%1.15%)，钢中铬的加入量为0.4%1.65%低，目的在于增加钢的淬透性，并使碳化物呈均匀而细密状态分布，提高高碳铬轴承钢的耐磨性。 对于大型轴承用钢，还需加入Si、Mn等合金元素进一步提高高碳铬轴承钢的淬透性。,主要用于制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈。,滚动轴承钢：,主要钢号：GCr6, GCr9, GCr9SiMn, GCr15, GCr15SiMn, GMnMoVRe, GSiMoMnV,得到回火马氏体及碳化物组织，

13、硬度62HRC。,热处理： 锻造后球化退火+淬火+低温回火,合金钢,5合金工具钢,合金工具钢的质量等级都属于特殊质量等级要求。,1）制作量具及刃具用的合金工具钢,古罗马军队,合金工具钢,制作刃具（冷剪切刀、板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、拉刀、圆锯）、量具（量规、精密丝杠）的合金工具钢一般需要淬火加低温回火后使用。 要求热处理后变形小，具有高硬度(大多数60HRC)和高耐磨性。 常用的制作刃具、量具的合金工具钢有：9SiCr钢、 9Cr2钢、CrWMn钢、Cr2钢和9Mn2V钢等。,合金钢,刃具,量具,（1）高硬度：一般机加工刀具硬度应大于60HRC，因此须高碳。 （2）高耐磨性：耐磨性影响刀具寿命

14、，由细小碳化物来实现。 （3）高的热硬性：热硬性是指刀具高温下保持高硬度的性能。热硬性与钢的回火稳定性有关。 （4）足够的强度和韧性：能抵抗冲击，低脆性。,刃具钢的性能要求,合金工具钢,2）制作耐冲击工具的合金工具钢,耐冲击工具主要是指风动工具、金属冷剪刀片、铆钉冲头、冲孔冲头等。此类工具不仅要求有高硬度和耐磨性，而且还要求有良好的冲击韧性。一般需要淬火加中温回火后使用。 常用的制作耐冲击工具的合金工具钢有：4CrW2Si钢、5CrW2Si钢、6CrW2Si钢等。,量具钢,这类钢主要用来制造各种测量工具，如千分尽、块规、塞规、样板等。量具在使用过程中常与被测量工件接触，主要受摩擦、磨损，承受外

15、力较小。要求具有高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。 量具钢碳的质量分数都较高（wC=0.9%1.5%），保证其高硬度、高耐磨性，加入铬、钨、锰等合金元素以提高其尺寸稳定性。,合金工具钢,3）制作冷作模具的合金工具钢,冷作模具主要是指冷冲模、冷拔模、冷挤压模等。此类模具要求高硬度和高耐磨性，还要求有一定的冲击韧性和抗疲劳性。一般需要淬火加低温回火后使用，而且热处理后变形小。 常用的制作冷作模具的合金工具钢有：Cr12MoV钢、Cr12钢、9Mn2V钢、CrWMn钢等。,合金工具钢,冷冲模,合金工具钢,4）制作热作模具的合金工具钢,热作模具主要是指锻模、压铸模等。此类模具要求高强度、较好的韧性和耐磨性

16、，还要求有较好的抗热疲劳性能。一般需要调质处理或淬火加中温回火后使用，而且热处理后变形小。 常用的制作冷作模具的合金工具钢有：5CrNiMo钢、5CrMnMo钢、Cr12MoV钢、3Cr2W8V钢、8Cr3钢等。,合金工具钢,5）高速工具钢(高速钢),高速工具钢是用于制作中速或高速切削工具（车刀、铣刀、麻花钻头、齿轮刀具、拉刀等）的高碳合金钢，其碳的质量分数为0.7%1.65%，含有W、Mo、Cr、V、Co等贵重元素，合金元素含量达10%25%。 可形成大量的合金碳化物，可以保证高速工具钢获得高硬度、高热硬性和高耐磨性。,高速工具钢钢淬火后一般要进行多次高温回火。 常用的高速工具钢有：W18Cr4V钢、W6Mo5Cr4V2钢.,高速工具钢(高速钢),铣刀,高速钢铣刀,可形成大