§ 6.2 合金钢,工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类 碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金 例如，合金钢具有较高的硬度和强度，良好的工艺性能如冷变形性、淬透性、回火稳定性和焊接性等㈠合金元素在钢中的方式 A. 形成固溶体-------对Fe - Fe3C相图的影响 1、对奥氏体相区的影响 ⑴ Mn、Co、 Ni 、 Cu 、 C、N等元素扩大奥氏体相区 ⑵ Ti、 V、 Cr、Mo、 W、 Si、Al等元素缩小奥氏体区§6.2.1 合金元素在钢中的作用与钢的分类,锰对奥氏体相区的影响,铬对奥氏体相区的影响,2、对E点和S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）使 Acm线左移，扩大奥氏体区元素使A1 、A3线下移；缩小奥氏体元素使A1 、A3线上移B. 形成碳化物 （1）非碳化物形成元素：Ni,Co,Cu,Si,Al,N,B （2）碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、 V、 Nb、Zr、Ti 强 （3）强碳化物形成元素：V、Nb、 Zr、 Ti,,㈡ 对钢中相变过程的影响 1、对奥氏体化的影响 ⑴ 对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。
⑵ 对奥氏体晶粒长大倾向的影响： 碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大 (Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻碍A长大→细化晶粒) Mn、P、C、N促进长大2、对过冷奥氏体转变的影响 ⑴ 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高 常用提高淬透性的元素为Mn、Mo、Si、Cr、Ni、B⑵ 对Ms、Mf点的影响 除Co、 Al外，所有元素 使Ms、Mf点下降，钢中 A'增多3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性： ⑵ 产生二次硬化 ⑶ 防止第二类回火脆性（高温，与P有关）,碳钢,高速钢,3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称耐回火性 由于合金元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时M不易分解，析出的碳化物不易聚集长大，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱 与碳钢相比，在同一温度回火时，合金钢的硬度和强度高，这有利于提高结构钢的强度和韧性和工具钢的热硬性,⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后在500~600℃回火时, 硬度不仅不下降, 反而升高的现象称二次硬化沉淀硬化） 在该温度下回火时，会析出细小的弥散的特殊化合物，如Mo2C，W2C，VC等，这类碳化合物硬度很高，在高温下也非常稳定，难以聚集长大。
高速钢,⑶ 防止第二类回火脆性（高温，与P有关） 淬火钢在450~550 ℃或者甚至更高至650 ℃左右回火后缓冷，出现的韧性降低，称为第二类回火脆性或高温回火脆性 第二类回火脆性的主要特征是除了在450~650℃区间回火会引起脆性外，在较高温度回火后缓慢通过脆性区也会引起脆性，而快冷通过脆性区则不会引起脆化 另外一个重要特征是已脆化的钢件，重新加热到原回火温度以上回火，然后快冷到室温，可消除脆性在脆性消除后，再次加热到脆化温度后缓冷，脆性又再次出现，所以又叫可逆回火脆性第二类回火脆性产生的原因，与合金元素促进了P，Sn，Sb，As等杂质在原A晶界偏聚有关，偏聚的结果减弱了晶界上原子间的结合力，晶界的断裂强度降低，产生脆性 一般碳钢不产生第二类回火脆性，含有Cr、Ni，Mn等的合金钢第二类回火脆性倾向较大，W，Mo可减弱这种倾向a）增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni （b）消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%),1、固溶强化 (溶于铁素体) Si、Mn对强度、硬度提高显著 Cr、Ni在适当范围内提高韧性合金元素对铁素体冲击韧性影响,㈢ 对钢力学性能 的影响,溶质原子→晶格畸度→与位错相互作用 →阻碍位错运动→强化。
2、第二相强化 (形成碳化物) 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：,合金元素加入金属中，一定条件下会析出第二相粒子→阻碍位错运动→运动的位错碰到位于滑移面上的第二相粒子时，必须通过它，滑移变形才能继续进行→强化3. 细晶强化,Nb，V，Al，Ti,晶界→阻碍位错运动→强化,§ 合金钢的分类与编号,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 221—2000）,合金钢编号 牌号为碳含量+合金元素1+1元素的百分含量数字+合金元素2+2元素的百分含量数字+…… ⑴ 合金元素及其含量标注 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量如20CrMnTi 当合金元素的平均含量为1.50~2.49%、2.50~ 3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 ……等数字如20CrNi3⑵ 碳含量标注 ①合金结构钢 含碳量以万分之一为单位标出(两位数字) 如40Cr、60Si2Mn ②工具钢和特殊性能钢 含碳量以千分之一为单位标出(一位数字) 如8MnSi、4Cr13,* 说明 ①低合金工具钢含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如CrWMn (1.0%C) ②高速钢不标含碳量，如W18Cr4V (含0.75%C) ③滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15 (1.0%C) ④高锰钢不标含碳量，如ZGMn13 (0.75~1.45%C) ⑤铸钢在牌号前加“ZG”, 余同结构钢, 如ZG20Cr13,一、工程构件用钢对性能的要求,使用性能以强韧性为主。
工艺性能以可焊性、冷变形性为主 合金结构钢除少量为中高合金钢外，其余都是低合金钢§ 合金结构钢,§ 工程构件用钢,二、低合金高强度结构钢 1、性能要求: ①高强度:σs＞300MN/m2 （300-650 MN/m2 ） ②高韧性：低温韧性（低温工作） 断裂韧性（焊接结构） ③良好焊接性能和冷成形性能 ④较高耐腐蚀性（大气、海洋等环境） 2、成分特点与合金化原则： ①低C:＜0.2% ②主加元素：以Mn、Si为主，Mn和Si固溶强化 ③辅加元素：V,Nb,Ti 等元素细化组织 Cu抗腐蚀;少量的稀土元素可改善韧 性和工艺性能3、热处理：热轧空冷后使用 4、使用状态下组织：F+P细 5、典型钢号及其应用： 按σs 分6级（300、350、400、450、500、600 MN/m2 ）: ①低强度级别:16Mn（Q345）一般工程结构 ②中等强度级别:15MnVN（Q420）大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构. ③高强度级别（500MN/m2 ） : 18MnMoNb高压锅炉,高压容器,一、渗碳钢——制造渗碳零件的钢种 1、性能要求： ⑴ 表硬里韧 ⑵ 良好淬透性和渗碳能力 2、成分特点：低碳(0.1~0.25%C), 加Cr、Mn、Ni、B等元素 ① Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性 ② Cr、Mn、Ni ：强化铁素体 ③ W、Mo、Ti、V ：细化晶粒,§ 机器零件用钢,3、热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火） +低温回火 正火目的为调整硬度，便于切削加工。
淬火温度: Ac1+30-50℃ 4、使用状态下组织 心部：低碳M回+F 表层： 高碳M回+颗粒状合金碳化物+A’(少量),（1）直接淬火： 渗碳后，出炉预冷到略高于Ar3后淬火， 再低温回火 奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大 只适用于耐磨性要求低和承载低的零件 （2）一次淬火： 渗碳出炉缓冷后，再加热到淬火温度后淬火+低温回火 心部要求高时——AC3以上30-50 ℃ 表面要求高时——AC1以上30-50 ℃ （3）二次淬火： 第一次，改变心部组织及消除表层网状渗碳体， AC3以上30-50 ℃ 第二次，细化表面组织 AC1以上30-50℃得细片M粒状碳化物,渗碳后的热处理：淬火+低温回火（160-180℃）5、常用钢号及用途 低淬透性钢：20、20Cr用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等 中淬透性钢：20CrMnTi用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴二、调质钢——调质后使用的钢种 1、用途：齿轮、轴、连杆、高强螺栓 性能特点： 高水平综合机械性能, 能满足多种和较复杂的工作条件 成分特点与合金化原则： ①中C：0.3%～0.50%，以0.4左右为主 ②加入提高淬透性元素Cr, Mn, Si, Ni , B ③加入Mo,W消除回火脆性 ④细化晶粒：Ti、V,回火索氏体,2、热处理及组织特点 调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配 调质目的:获得良好综合力学性能 为提高表面耐磨性，调质后 可进行表面淬火或氮化。
使用状态下的组织为：,(表面淬火+低温回火)→装配,①为表面淬火作组织准备； ②获得最终心部组织表面： M回；心部：S回,3、常用钢号及用途 ①低淬透性（油淬临界直径30- 40mm）: 40Cr,40MnB一般尺寸重要零件, 如齿轮,主轴 ②中淬透性（油淬临界直径40- 60mm）: 35CrMo截面尺寸较大零件, 如曲轴,连杆. ③高淬透性（油淬临界直径60- 100mm）: 40CrNiMo大截面重载重要零件,如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴,三、弹簧钢——制造弹簧或类似性能零件的钢种 1、性能要求 (弹簧是储存能量或缓和冲击的零件) 高的σs、σs/σb；足够的韧性 2、成分特点：中高碳 碳素弹簧钢为0.6~0.9%C；合金弹簧钢为0.45~0.7%C 合金元素作用： ① 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr ② 提高s/b：Si ③ 细化晶粒,提高回火抗力：V,3、热处理及组织特点 ⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理 用于φ10mm） 使用状态下的组织：T回热卷大弹簧,弹簧丝,板簧喷丸处理示意图,4、弹簧的表面质量 弹簧的表面质量对其寿命影响很大 提高表面质量的方法： ① 防止表面脱碳； ② 避免表面缺陷； ③ 进行喷丸处理，使表面产生压应力。
5、常用钢号及用途 ①以Si,Mn合金化： 65Mn, 60Si2Mn 用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧 ②以Cr,V,W合金化： 耐热的弹簧用50CrVA 350℃～400℃以下重载、较 大型弹簧如阀门弹簧、高速柴 油机气门弹簧.,四、滚动轴承钢——制造轴承套和滚动体专用钢种 1、性能要求 (轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦) 高而均匀的硬度、耐磨性、b、接触疲劳强度和足够的韧性和淬透性 2、成分特点：高碳(0.95~1.10%C)，主加Cr ① Cr、Mn、Si：提高淬透性，提高钢的强度和弹性极限而不降低韧性，也便于制作大型轴承零件 ② Cr 还提高耐磨性和耐蚀性,3 、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢 ①正火： 消除Cem网 ②球化退火：便于切削, 使渗碳体细 小均匀,为淬火作准备 ③淬火： 细针M+细碳化物+A ' ④冷处理（-60～-80℃ ）：(精密零 件)尺寸稳定 ⑤低温回火： M回+细碳化物+A ' ⑥时效： 120℃～140℃,10～20h 去应力,稳定尺寸,4、常用钢号及用途 ① Cr轴承钢：GCr15——中小型轴承；冷冲模,量具,丝锥。
② 添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢： GCr15SiMo,GSiMnMoV——制造大型轴承 注意：滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15 (1.0%C)，滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如GCr15,.,按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢§合金工具钢,一、刃具钢 用来制造各种车刀、铣刀、钻头切削刀具的。