4合金钢ppt课件

第四章合金钢,机械工程材料MechanicalEngineeringMaterials,1,知识要点碳钢的优缺点和合金元素的作用常用的合金结构钢常用的合金工具钢(以高速钢/模具钢为例）常用的特殊性能钢（不锈钢）,2,碳钢的优缺点：优点：冶炼工艺较简单，成本低，压力加工性能好，切削加工性能好，综合力学性能好缺点：淬透性低，回火抗力差，强度较低，无特殊性能,第一节概述,为提高碳钢的力学性能、淬透性及回火稳定性，在钢中添加一定量的合金元素合金钢。常用的合金元素有：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Re等。,3,微合金化钢是近二、三十年来钢铁生产中的最重要成就。在普通碳钢中只要加入极少量的（0.1%)的强碳化物形成元素如此Ni、Ti、V或加少量的Al形成AlN再配合以控轧工艺，就可以制成屈服强度达350-550MPa，并具有良好韧性的低碳钢。合金元素的影响是永远的热点。,一、合金元素在钢中的作用,4,1.改善钢的热处理工艺性能1)细化奥氏体晶粒加入Ti、V、Nb、Zr、Al等，形成细小的碳化物颗粒，阻止奥氏体晶粒长大(除Mn)2)提高钢的淬透性除Co以外，其他合金元素都能使钢”C”曲线向右移动，从而提高钢的淬透性,5,3)提高钢的回火抗力，产生二次硬化，防止第二类回火脆性合金元素固溶于马氏体中，使马氏体回火时分解的难度增大，延缓硬度下降W、Cr、V、Mo等，回火时会形成特殊碳化物，使硬度重新升高二次硬化（图4-2）,6,回火抗力是指淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，又称回火稳定性。合金元素固溶于淬火M中可减慢碳的扩散，阻碍碳化物从过饱和固溶体中析出，推迟M的分解，延缓硬度下降，因此，合金钢具有较高的回火抗力。,在相同回火温度下，含碳量相同的合金钢的硬度较碳钢高。,在要求相同硬度条件下，合金钢的回火温度高，塑韧性好。,7,一些含Cr、Mo、V等合金元素较多的合金钢，在500600范围内回火时，由于沉淀析出这些合金元素的碳化物并呈弥散状分布，因而对材料起到沉淀强化的作用。淬火钢在较高温度回火时，硬度不降低反而升高的现象称为二次硬化。,8,淬火钢回火后的韧性下降现象称为回火脆性。在250400出现韧性下降，称第一类回火脆性；在500600回火后缓慢冷却时韧性亦会下降，称第二类回火脆性。,9,固溶强化第二相强化细晶强化,2合金元素提高钢的使用性能,1提高钢的强度,钢的塑性变形的实质是位错沿移面运动的结果。,10,Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W等合金元素固溶于F、A、M中引起晶格畸变，增加位错运动的阻力，产生强化。,（1）固溶强化,硬度提高,韧性降低,11,Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等合金元素在钢中能够形成各种碳化物合金碳化物。,根据元素与碳亲和力的强弱，合金元素分为强碳化物形成元素：V、Ti、Nb、Zr弱碳化物形成元素：Mn中强碳化物形成元素：Cr、Mo、W,（）第二相强化,12,V、Ti、Nb、Zr、Al等合金元素可是显著细化A、F晶粒及M，提高钢的强度、硬度，并能提高钢塑性和韧性。,（）细晶强化,钢的其它强化手段，提高强度、硬度是以降低塑、韧性为代价的。只有细晶强化既可以提高钢的强度和硬度，又能提高钢的塑性和韧性。,13,使钢获得特殊性能,合金元素加入钢中后会改变相图，使钢在室温下得到单相组织，并可形成致密的氧化膜和金属间化合物，使钢获得耐蚀性及耐热性等特殊性能。提高钢的抗腐蚀性能提高钢的抗高温氧化性能提高钢的高温强度提高钢的抗冲击磨损性能提高钢的耐低温性能,14,当钢中wNi=9%，wMn=13%时，可使A3降低至室温，此时钢在室温下为单相奥氏体组织，称为奥氏体钢。此类钢具有耐蚀、耐高温、抗磨损等特殊性能。当钢中wCr=1728%时，可使奥氏体区消失，此时钢在室温下为单相铁素体组织，称为铁素体钢。此类钢也具有耐蚀、耐高温等特殊性能。,15,细化A晶粒,Ti、V、Nb、Zr、Al,提高淬透性,除Co以外，如Mn、Cr、W、Mo,提高回火抗力,Cr、W、Mo、V,固溶强化,Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W,第二相强化,Mn、Cr、Mo、W,扩大A相,Ni、Mn、Cu、N,扩大F相,Si、Cr、W、Mo、V、Ti、Al,形成致密氧化膜,Si、Al、Ni、Cr、W、Mo、Ti,16,合金元素在钢中的存在形式,固溶体,化合物,游离态,固溶体,碳化物,金属间化合物,非金属夹杂物,合金渗碳体,特殊碳化物,17,二、合金钢的分类及牌号,2合金钢的牌号,几个特殊情况：轴承钢，低合金高强度结构钢,高级优质钢,G+Cr的千分数,A,Q+数字+等级,18,合金工具钢和特殊性能钢的牌号：数字+合金元素符号+数字,含碳量的千分数,合金元素平均质量的百分数,说明：Wc1%时，不标数字；高速钢例外。,9Mn2VCrWMn,高硬度、高耐磨性和高耐热性.又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。,19,1、含碳量的标记,结构钢：wC10,000工具钢：wC1,000，为了避免与结构钢混淆，又规定wC1.0%时不予以标注，高速钢例外，其wC1.0%也不标注。特殊性能钢：wC1,000wC=0.080.1%，标1wC=0.030.08%，标0wC0.03%，标00,小结：,20,2、合金元素含量的标记,注：滚动轴承钢铬的标记除外(wCr1,000),3、附加标记,高级优质钢：编号后+“A”（高）特殊用途钢：编号前+“特殊用途符号”G滚动轴承钢；C磁钢；Y易切削钢,21,40CrNiMo30CrMnSiNi230CrMnSiAGCr150Cr131Cr170Cr18Ni9W18Cr4V,wC0.4%的CrNiMo合金结构钢,wC0.3%,wNi2%的合金结构钢,wC0.3%的高级优质合金结构钢,wCr1.5%的滚动轴承钢,wC0.03%,wCr13%的M不锈钢,wC0.08%,wCr17%的F不锈钢,wC0.03%,wCr18%,wNi9%的A不锈钢,wW18%,wCr4%的高速钢,22,第二节合金结构钢,合金结构钢,低合金结构钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金弹簧钢,滚动轴承钢,超高强度钢,一、合金结构钢的分类及编号1.分类,23,一、低合金高强度结构钢,应用：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等。性能：好的塑性韧性及焊接性能，强度高，可抵抗大气腐蚀。成分：低碳、含Mn、Ti、V、Nb、RE元素。牌号：Q+数字（Q345，Q390，Q420，Q460）,屈服强度,24,钢筋混凝土沉井、钢板桩围堰管柱等基础。正桥10孔钢筋梁中9孔为160米跨度，采用优质合金钢（Q345）杆件在现场铆接拼装架设。,25,鸟巢”钢结构最大跨度达到343米，24根桁架柱内柱受力最大的部位的用钢是最大的难题，为了有效控制构件的最大壁厚，减少焊接工作量，使连接构造比较合理，钢的强度既要有张力，又要柔韧有拉力，还要能抗低温、易焊接，自重又不能太重。“鸟巢”最关键部位的用钢将采用高强度的Q460E-Z35钢材，钢板最大厚度达到110毫米，要求-40的冲击，抗层状撕裂性能达到Z35。,26,二、合金渗碳钢：低碳钢基础上加合金元素应用：汽车、重型机床齿轮、活塞销，内燃机的凸轮轴等2性能：“表硬心韧”3成分：Wc：0.120.25%，常加元素Cr,Ni,Mn,B，微量元素V,Ti,W,Mo,27,4分类和牌号低淬透性合金渗碳钢20Mn220Mn尺寸较小零件中淬透性合金渗碳钢20CrMnTi20CrMn20MnTiB高淬透性合金渗碳钢18Cr2Ni4WA大截面大负荷最终热处理：渗碳+低温淬火注意图46组织：表面高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，心部：铁素体+低碳回火马氏体,28,29,三合金调质钢需要经过调质处理使用的中碳合金钢。性能要求：良好的综合性能（即高强度、好的塑性韧性）应用：精密机床主轴、火车发动机曲轴、连杆螺栓、汽车后桥半轴等。成分：中碳（Wc：0.250.50%，多数0.4%）,合金元素：Mn,Cr,Si,Ni,B,Mo,W等。,30,4分类和牌号低淬透性合金调质钢40Cr40MnB中淬透性合金调质钢35CrMo38CrSi高淬透性合金调质钢38CrMoAlA40CrNiMoA尺寸大负荷大常用牌号：40Cr40MnB35CrMo5热处理：调质处理回火索氏体、部分要求调质后表面淬火、渗氮、喷丸（特殊：低碳合金结构钢：淬火+低温回火）,31,32,合金弹簧钢1性能：具有高的弹性极限以及屈服强度，还具有高的疲劳强度和足够的塑性韧性。应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧。成分：Wc0.450.70%，多数0.6%，合金元素及作用：Si,Mn,Cr,V，Nb,Mo,W。4常用牌号：60Si2Mn，50CrVA5最终热处理：淬火+中温回火回火托氏体,33,34,轴承钢（用于制造滚动轴承）两大类：高碳铬轴承钢GCr15、GCr15SiMn高碳无铬轴承钢GMnMoVREGSiMnMoV,35,36,六、超高强度钢,工程上把抗拉强度1500MPa以上的钢称为超高强度钢。主要用于制造飞机起落架、机翼大粱，火箭发动机壳体、液体燃料氧化剂储藏箱、炮筒、枪筒、防弹板等等。,37,wC=0.03%0.45%，含C范围宽。按少量多元的原则加入合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Nb、Ti、AlCr、Mn、Ni、Si钢的淬透性；Mo、V、Nb、Ti、Al形成特殊碳化物使钢产生二次硬化，V、Nb、Ti有细化晶粒的作用,（一）成分及性能特点,38,低合金超高强度钢wMe5%中合金超高强度钢59%)(3)形成致密氧化膜，如Cr,Si,AL；（4）形成稳定碳化物，防止晶间腐蚀。金属间化合物Ni3Al,Ni3(Ti,Nb)。防止晶间腐蚀，提高强度，Ti,Nb等。,二常用不锈钢,马氏体型不锈钢成分：Wc：0.11.0%，WCr:1218%特点：淬透性好，空冷可到马氏体.,52,牌号：1Cr13,2Cr13，3Cr13,4Cr13,亚共析钢共析钢过共析钢,热处理及应用：1Cr13,2Cr13；调质处理，组织为S回。应用：汽轮机叶片（1Cr13,2Cr13称为叶片钢），蒸汽机管附件。3Cr13,4Cr13