ch32合金钢解析.ppt

第三章金属材料,3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金,黑色金属,3.2合金钢,3.2.1概论3.2.2合金结构钢3.2.3合金工具钢3.2.4特殊性能钢及合金,低合金高强度结构钢合金渗碳钢合金调质钢非调质机械结构钢合金弹簧钢滚动轴承钢,不锈钢耐热钢耐磨钢,3.2合金钢,3.2.1概论,合金钢?,碳钢的不足：淬透性低15mm20mm强度和屈强度比较低Q235;16Mn,360MPa回火稳定性差不能满足特殊性能的要求,按合金元素质量分数多少：低合金钢(10)按所含的主要合金元素按正火显微组织：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体钢按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢,1合金钢的分类,编号原则：数字+元素符号+数字,2合金钢的编号（附录5各国常用钢号对照表）,例：16Mn（Q345）40Cr60Si2Mn9SiCrW18Cr4V12Cr18Ni9Ti（12Cr18Ni9Ti）,平均含碳量，结构钢、特殊性能钢（C%0.04%）以万分之一，两位数；工具钢以千分之一，工具钢碳含量大于1时不标出；。,合金元素的元素符号,合金元素的含量，百分之几；1.5，只标出元素，不标出含量；1.5含量2.49%，标2；2.5含量3.49，标3；3.5%含量4.49，标4；,专用钢，用途的汉语拼音字首来标明：例如，滚动轴承钢在钢号前标以“G”，如GCr15，1C，1.5Cr(注意：Cr含量为千分之十五)易切削钢(Y),Y40Mn高级优质钢，钢的末尾加“A”字表明：如20Cr2Ni4A等。,3.2.2合金结构钢,制造重要工程结构和机器零件,1低合金高强度结构钢（HSLA）HighStrengthLowAlloyed,容器,船舶,汽车,桥梁,储气罐,高强度s300MPa高韧性=15%20%,kv600800kJ/m2，高的断裂韧性良好的焊接性能和冷成型性能低的冷脆转变温度良好的耐蚀性,性能要求,低碳0.20，韧性、焊接性和冷成形要求加入以锰为主的合金元素锰：固溶强化，细化晶粒加入铌、钛或钒等辅加元素细晶强化及第二相强化少量铜和磷等，可提高抗腐蚀性少量稀土元素，脱硫、去气，净化,成分特点,16Mn（Q345）15MnVN（Q420）高等级管线钢，X70、X80,热轧空冷正火F+S,代表性钢种（表3-4A，表3-4B）,热处理特点,学科前沿：超级钢,目标：使钢铁的实用强度和寿命加倍,特征：高强度、高韧性，超洁净、高均匀性、超细化,方法：相变细化晶粒、微合金化控轧控冷,工艺：TMCP控制轧制+控制（加速）冷却（CR:ControlRolling+AC:AccelleratedCooling）细晶F+微细弥散B,成分：低C，加Mn，细晶，相变Nb、V、Ti，阻止A长大，细晶、沉淀,2合金渗碳钢,变速齿轮、凸轮轴、活塞销等机器零件摩擦磨损、冲击载荷,表面硬度高耐磨性和接触疲劳抗力心部高韧性和足够高的强度避免断裂和碎裂、剥落良好的热处理工艺性能在高的渗碳温度下，奥氏体晶粒不易长大，有良好的淬透性,性能要求,低碳0.100.25，心部有足够的塑性和韧性。加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、B等，提高心部的强度和韧性。加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo等，合金碳化物。阻止渗碳时奥氏体晶粒长大，提高耐磨性。,成分特点,20Cr20CrMnTi18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A,典型钢种（表3-5）,热处理工艺：渗碳，直接淬火低温回火。表面组织：合金渗碳体M回火少量A；心部组织：低碳M回火（完全淬透），T、M回火和少量F。,热处理及组织,3合金调质钢,重要零件：如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。,齿轮,连杆,高的综合机械性能高的强度和良好的塑性、韧性很好的淬透性。,曲轴,汽车万向节,性能要求,加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。,中碳0.250.50，以0.4居多。,成分特点,加人防止第二类回火脆性的元素Mo、W,40Cr，广泛用于重要零件35CrMo40CrNiMo,典型钢种（表3-7）,淬火+高温回火，回火后快冷(水冷或油冷)组织：回火S要求耐磨性，调质后表面淬火+低温回火或进行专门的化学热处理。,热处理和组织性能,40Cr钢经不同温度回火后的机械性能(直径D=12mm,油淬),4非调质机械结构钢,代替调质钢，制造齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。,微合金化、控制轧制和控制冷却取消调质，达到或接近调质钢力学性能,高的强度和良好的塑性、韧性,性能要求,用途,合金元素V：细化晶粒，冷却时析出碳氮化合物Mn：细化P，使P含量增加B：获得低碳粒状贝氏体,碳直接切削加工用，0.320.52热压力加工用，0.09%0.16%,成分特点,F40VSF35MnVSF12Mn2VBS,典型钢种（表3-8）,直接切削加工用：F+S热压力加工（热锻、控冷）用：低碳粒状B要求表面耐磨，可表面淬火+低温回火,热处理和组织性能,5.合金弹簧钢,制造各种弹簧和弹性元件。,高的e，高的sb高的r高的表面质量足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型。,性能要求,加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素重要的加入Cr、V、W等元素。,中、高碳0.5%0.7%,成分特点,65Mn60Si2Mn汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。50CrVA,典型钢种（表3-10A，3-10B）,热轧钢丝或钢板制成，淬火+中温回火(450550)组织：回火T,加工、热处理,制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),6滚珠轴承钢,轴承元件的工况复杂苛刻，性能要求很严，主要有：高的接触疲劳强度高的硬度和耐磨性62HRC64HRC足够的韧性和淬透性要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性,性能要求,高碳0.95%1.10铬为基本合金元素0.401.65，铬提高淬透性；形成合金渗碳体加入硅、锰、钒等Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承高的冶金质量夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点,成分特点,球化退火、淬火低温回火球化退火目的：降低钢的硬度，以利于切削加工组织准备，获得细的球状P和细粒状碳化物,典型钢种（表3-11）,GCrl5除轴承外也常制造冷冲模、量具、丝锥等。,热处理及组织,淬火和低温回火820一840，150160。组织：极细的回火M、均匀分布的粒状碳化物以及少量残余A。稳定尺寸，淬火后可立即“冷处理”(-60-50)，并在回火和磨削加工后，进行低温时效处理。,3.2.3合金工具钢,合金刃具钢、模具钢、量具钢,1.合金刃具钢制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等,铣刀,英制模板刀,温度可达500600；此外，还承受一定的冲击和震动。高硬度高耐磨性高热硬性热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性)足够的塑性和韧性,性能要求,低合金刃具钢最高工作温度300，其成分的主要特点是：a.高碳，0.91.1，保证高硬度和高耐磨性b加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素,成分特点,典型钢种：9SiCr，也常用做冷冲模具（表3-12）加工过程：球化退火、机加工，然后淬火和低温回火组织：回火M、碳化物和少量A。,高合金刃具钢（W18Cr4V），具有很高的热硬性其成分特点是：a.高碳，它一方面与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于A中，保证马氏体的高硬度。b加入Cr、W、Mo、V等合金元素。Cr提高淬透性，还能提高钢的抗氧化、脱碳能力。W、Mo保证高的热硬性；M6CW2C和Mo2C，二次硬化。V大大提高钢的硬度和耐磨性；细化晶粒。,高速钢（表3-13A，3-13B）,高速钢的加工、热处理：锻造打碎碳化物，并使其均匀分布。热处理球化退火、淬火、回火三次球化退火目的：便于机加工，组织准备组织：索氏体基体和细小粒状碳化物,组织：淬火后为淬火M、碳化物和大量A。回火后为回火M、细粒状碳化物及少量A,淬火加热温度非常高，12201280；550570回火三次,（1）冷模具钢冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等。,2合金模具钢,冷模具钢和热模具钢,承载：压力、弯曲力、冲击和摩擦。失效：磨损、崩刃、断裂和变形性能要求：a.高硬度;b高耐磨性；c.足够的韧性和疲劳抗力；d.热处理变形小。,性能要求,a高碳1.0%bCr、Mo、W、V等,成分特点,Crl2Crl2MoV,钢种和牌号（表3-14）,b二次硬化法较高温度(1l00一1150)淬火，510520回火三次，产生二次硬化,a.一次硬化法较高温度(9501000)淬火，低温(150180)回火,热处理特点,Crl2型钢热处理后组织：回火M、碳化物和残余A。,热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等,（2）热模具钢,a.高的热硬性和高温耐磨性；b高的抗氧化性能；c高的热强性和足够的韧性；d高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏；e.高的淬透性和导热性。,性能要求,a中碳，0.30.6%，保证高强度和较高的热疲劳抗力b较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等c产生二次硬化的Mo、W、V等元素,成分特点,5CrMnMo,典型钢种,热处理：淬火+高温回火，组织：回火索氏体回火屈氏体。,热处理与组织,3合金量具钢,各种测量工具,性能要求高硬度、高尺寸稳定性成分特点高碳，Cr、W、Mn等量具用钢（表3-15）CrWMn热处理特点减少变形和提高尺寸稳定性,分类：化学腐蚀电化学腐蚀，在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，腐蚀过程中有电流产生。,3.2.4特殊性能钢及合金,不锈钢、耐热钢、耐磨钢,1不锈钢,（1）金属材料腐蚀的概念,提高金属材料的耐蚀能力，三种方法：减少原电池形成的可能性均匀的单相组织，提高电极电位尽可能减小两极之间的电极电位差，并提高阳极的电极电位。减小甚至阻断腐蚀电流，使金属“钝化”,用途：性能要求：耐蚀性；工具高硬度、高耐磨性；重要结构零件高强度。,（2）用途及性能要求,（3）成分特点碳含量耐蚀性要求愈高，碳质量分数应愈低；0.10.2；C，Cr,最主要的合金元素铬铬能提高电极电位，12，电极电位急剧升高铬是F形成元素，12.7时，可使钢形成单一的F组织铬在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜,镍可获得单相A组织，显著提高耐蚀性。钼、铜等可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。钛、铌等Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。锰、氮等,A不锈钢12Cr18Ni9,06Crl8Ni11Ti，C0.5：高温；反之，为低温,Cr、Si或A1。抗氧化性，Cr热强性Mo、W、V、Ti，碳化物，弥散强化碳质量分数一般都不高,（2）成分特点,a铁素体耐热钢06Cr13Al、10Cr17；退火，耐高温氧化b马氏体耐热钢Crl2型(14CrllMoV)和Crl3型(12Crl3、20Crl3)钢c奥氏体耐热钢06Crl8Ni11Ti不锈钢又可作耐热钢使用。固溶处理或固溶加时效处理。d沉淀硬化型耐热钢07Cr17Ni7Al,（3）钢种及加工、热处理特点,3耐磨钢,（1）用途及性能要求性能要求：很高的耐磨性和韧性高锰钢,履带,铁轨分道叉,水韧处理，10001100，保温，使碳化物全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使高温奥氏体固定到室温。硬度很低，韧性很高。耐磨机理：加