第十七讲-合金钢1...ppt

工业用钢及选用 工业用钢 钢的基础知识结构钢工具钢特殊性能钢 碳素钢具有价格低的优点 但淬透性比较差 强度 屈强比 回火稳定性 抗氧化 耐蚀 耐热 耐低温 耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差 不能满足特殊使用性能的需求 在铁碳合金中特意加入锰 铬 硅 镍 钨 钒 钼 钛 硼 铝 铜和稀土等合金元素 形成合金钢 合金钢有较好的性能 但由于合金元素的加入 其生产和加工工艺性能比碳钢差 也较复杂 价格昂贵 一 钢中的常存杂质Mn Si S P 钢的基础知识 1 有害元素S P 压力加工时熔化 导致钢沿晶界开裂 热脆 钢中要限硫含量 0 05 Mn与S形成MnS 1620 粒状分布在晶内 合金晶界的低熔点硫化物共晶 S 炼钢时由生铁和燃料带入 在F中的溶解度极小 在钢的晶界处形成低熔点 989 共晶体FeS P 由生铁带入 全部溶于F中 使钢的强度硬度升高 而塑性 韧性显著下降 特别是使钢在 比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中 低温时脆性急剧增加 称为冷脆性 因此钢中要限制磷的含量 0 045 P多 脆性大 可制造炮弹 改善切削加工性能 Mn 随脱氧剂加入 大部分溶于铁素体中 具有固溶强化效果 少部分形成合金渗碳体 锰与硫化合成MnS 减轻了硫的有害作用 0 8 Si 随脱氧剂加入 有较强的固溶强化作用 可增加钢液流动性 0 4 2 有益元素Mn Si 3 气体元素 N 室温下N在铁素体中溶解度很低 钢中过饱和N在常温放置过程中以FeN Fe4N形式析出使钢变脆 称时效脆化 加Ti V Al等元素可使N固定 消除时效倾向 O 氧在钢中以氧化物的形式存在 其与基体结合力弱 不易变形 易成为疲劳裂纹源 H 常温下氢在钢中的溶解度也很低 当氢在钢中以原子态溶解时 降低韧性 引起氢脆 当氢在缺陷处以分子态析出时 会产生很高内压 形成微裂纹 其内壁为白色 称白点或发裂 二 合金元素与在钢中的作用 常用 Mn Si Cr Ni W Mo V Ti Nb Zr B Xt按与碳亲和能力分为 非碳化物形成元素 Ni Si Co Cu Al B 碳化物形成元素 由弱 强依次为 Mn Cr W Mo V Nb Ti Zr 即Mn最弱 Zr最强 钢合金化的目的是利用合金元素与铁 碳的相互作用 对铁碳相图及钢热处理时的影响来改善钢的组织和性能的 1 合金元素对钢中基体相的影响 1 合金元素溶于铁素体内 形成合金铁素体 形成置换固溶体或间隙固溶体 起固溶强化作用 合金元素对铁素体性能的影响 合金元素对硬度的影响 合金元素对韧性的影响 2 合金元素溶于渗碳体或形成特殊碳化物 Fe Mn Cr Mo W V Ti Nb Zr 弱碳化物元素 Fe Mn FeMe 3C 中强碳化物元素 Cr Mo W FeCr 3C Cr7C3 强碳化物元素 V Ti Nb Zr VC ZrC 均会产生强化作用 比Fe3C有更高的熔点和稳定性 难溶于A 阻碍A长大 难聚集长大 硬度高 合理分布 b和耐磨性 起弥散强化作用 2 合金元素对Fe Fe3C相图的影响1 对奥氏体相区的影响a Ni Mn Co N等是扩大奥氏体相区的元素 使A1 A3线下降 当Mn 13 或Ni 9 时 S点降到0 以下 室温下为单相奥氏体组织 称奥氏体钢 如1Cr18Ni9 ZGMn13 b Cr Mo Si Ti W Al等是缩小奥氏体相区的元素 使A1 A3线上升 当Cr 13 时 奥氏体相区很小 室温下为单相铁素体组织 称铁素体钢 如1Cr17铬不锈钢 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 3 合金元素对钢相变过程的影响 对热处理 1 合金元素对奥氏体形成的影响主要表现在改变A的形成速度和阻止A晶粒长大 a 大多数合金元素 除镍 钴以外 都减缓钢的奥氏体化过程 碳化物对C扩散速度的影响 b 几乎所有的合金元素 除锰 磷以外 都能阻止奥氏体晶粒的长大 细化晶粒 碳化物的影响 因此 A化需要更高的加热温度和更长的保温时间 但不使A晶粒长大 除Mn钢外 2 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 A 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 B 对Ms Mf点的影响 除Co Al外 所有元素使Ms Mf点下降 使淬火后钢中A 含量增加 淬火碳钢回火时的硬度变化 3 对回火转变的影响 提高回火稳定性 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称回火稳定性 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集 当回火硬度相同时 合金钢比同含碳量碳钢回火温度高 如果同温度回火 合金钢硬度比碳钢高 2 产生二次硬化 原因 回火过程中特殊碳化物析出 残余A转变为M回或B所致 起弥散强化作用 定义 一些Mo W V含量较高的高合金钢回火时 硬度不是随回火温度升高而单调降低 而是到某一温度 约400 后反而开始增大 并在另一更高温度 一般为550 左右 达到峰值 产生回火脆性 原因 合金元素促进了锑 锡 磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出 削弱了晶界联系 降低了晶界强度而造成的 在500 600 快速冷却 适用于小型零件 大型零件采用加入W Mo元素的合金钢制造 防止措施 三 钢的分类和编号原则 1 钢的分类 按化学成分分 碳素钢 合金钢 低碳钢 0 25 C 中碳钢0 25 0 60 C 高碳钢 0 60 C 高合金钢合金元素 10 低合金钢合金元素 5 中合金钢合金元素5 10 按用途分 按冶金质量分 钢的质量是以磷 硫的含量来划分的 分为普通质量钢 优质钢 高级优质钢和特级优质钢 根据现行标准 各质量等级钢的磷 硫含量如下 2 钢编号原则GB221 79 字母 数字 化学元素符号 数字 字母 1 2 3 4 5 1 专门用途钢类型 G 滚动 Y 易切削 一般不用第一项字母2 含碳量 结构钢两位数 1 10000 工具钢一或两位数 1 1000为单位3 合金元素符号4 合金元素含量名义百分数 1 5 不标5 质量级别 A 高级优质 E 特级优质 1 碳素结构钢Q 最低屈服强度值 质量等级符号 脱氧方法符号Q表示 屈服强度 屈服强度值单位是MPa 质量等级符号为A B C D E 由A到E 其P S含量依次下降 质量提高 脱氧方法符号 沸腾钢 F 镇静钢 Z 半镇静钢 b 特殊镇静钢 TZ 如碳素结构钢牌号表示为Q235AF Q235BZ 钢板 A碳素钢的编号方法 2 优质碳素结构钢牌号用两位数字表示 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几 如45钢 平均含碳量为万分之四十五 即0 45 的优质碳素结构钢 3 碳素工具钢T 数字T表示 碳素工具钢 数字表示平均含碳量千分之几 如T8 其平均含碳量为千分之八 0 8 C 说明 碳素工具钢都是优质以上质量的 高级优质钢在钢号后加 A 如T8A 丝锥 锉刀 1 低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音首位字母 Q 屈服点数值 质量等级符号 A B C D E 三部分按顺序依次排列 如Q345C 说明 通常情况下 屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢 大于300MPa时为低合金高强度钢 热连轧钢板 B合金钢的编号方法 1 低合金高强度结构钢也可以采用两位阿拉伯数字 表示平均含碳量的万分之几 化学元素符号 钢种所含的合金元素 数字 合金元素含量的百分数 含量小于或等于1 5 时一般不标明 若为高级优质钢 在钢的牌号后面加字母 A 易切削钢在钢牌号前加 Y 滚动轴承钢在钢牌号前加 G 铬含量以千分数表示 按顺序表示 如16Mn 60Si2Mn Y40Mn GCr15 2 合金工具钢采用两位阿拉伯数字 表示平均含碳量的千分之几 碳含量小于1 0 化学元素符号 钢种所含的合金元素 数字 合金元素含量的百分数 含量小于或等于1 5 时一般不标明 若为高级优质钢 在钢的牌号后面加字母 A 按顺