第七章合金钢

1、第 6 章工业用钢教学基本内容：1、钢的分类与编号；2、钢的合金化。3、碳钢与合金钢的成分、性能特点、热处理工艺与应用。4、特殊用钢。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1、掌握钢的分类与编号、成分、性能特点、热处理工艺与应用；2、熟悉合金元素对钢的基本相、显微组织和热处理性能的影响；3、了解特殊用钢的性能特点与应用情况。教学重点及难点：1、重点：1）合金元素对钢的基本相、显微组织和热处理性能的影响；2）碳钢与合金钢的成分、性能特点、热处理工艺与应用。2、难点：1）钢的合金化的机制；2）碳钢与合金钢的合理选择与热处理工艺的制定。教学方法及手段：1、PPT讲解；2、课堂讨论。作业、讨论

2、题、思考题： 1、总结合金元素对钢的基本相、显微组织和热处理性能的影响？2、分析与讨论典型零件材料的选择、热处理工艺及使用组织与性能？第六章 工业用钢第一节 钢的分类低碳钢（C0.25%）中碳钢（C=0.30-0.60%）高碳钢（C0.60%）一、按化学成分分碳素钢锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢按合金元素种类分低合金钢（合金元素含量小于5%）中合金钢（合金元素含量小5%10%）高合金钢（合金元素含量大于10%）合金钢按合金元素含量分普通钢 （S 27% 奥氏体钢； 9%Ni + 18%Cr 奥氏体钢。例4、Cr 17% 铁素体钢。3）影响钢的热处理温度A1、A3、Acm：偏高。3合金元素对钢

3、热处理的影响1）细化晶粒除了镍和钴以外，大多数合金元素均减缓奥氏体的形成过程。除了锰和硼以外，大多数合金元素有阻碍奥氏体晶体晶粒长大的作用。2）增加钢的淬透性，同时增加残余奥氏体量除了Co以外，其它合金元素均使C曲线右移，增加钢的淬透性。除了Co的Al以外，其它合金元素均使Ms点、Mz点下移，使钢在淬火后残余奥氏体量增多。 淬透性对钢的性能的影响举例： 45钢（20-40mm）调质和正火后机械性能的比较工艺机械性能组织b/MPa/%/kJ/m2HB正火7008001220500800163220索氏体+铁素体调质75085020258001200210250回火索氏体 3）对钢回火转变的影响1

4、）增大回火抗力（回火稳定性）在保持相同硬度的条件下，合金钢的回火温度比碳钢高些，从而使内应力消除得充分一些，韧性也就更高一些。 2）产生二次硬化现象（1）二次硬化：（2）机理：造成二次硬化的主要原因是钢中加入强碳化物形成元素以后，在500600回火时，从马氏体中析出与母相保持共格关系的高度弥散的特殊碳化物（如Mo2C，W2C，VC等）使硬度反而上升。3）出现第II类回火脆性（1）第II类回火脆性：镍铬钢在450650回火后缓慢冷却会出现冲击韧度剧烈下降。（2）产生的原因：镍、铬造成杂质在晶界偏析。（3）防止措施： 在此温度范围内回火后快冷，用于小零件； 在钢中加响应W1%或Mo0.5%，用于大

5、零件。总 结1、合金元素的主要作用；2、合金钢优点: 透性好，可油淬，变形小； 红硬性高； 屈强出的数值一为0850.9; 可节省2030 材料，可制作大尺寸、复杂、高强零件。二、合金结构钢（一）低合金高强度结构钢（工程建筑用钢）1、性能要求（1）具有良好的综合力学性能：，。（2）良好的工艺性能：易于冷热加工成形，且具有优良的焊接性。（3）较好的抗蚀性。（4）较低的临界脆性化温度 一般为-30左右。2、成分特点（1）含碳量较低，多数为0.1%-0.2%；（2）锰为主加元素用来强化铁素体；（3）加元素V、Ti等起细铁素体晶粒作用；（4）加P、Cu等提高耐腐蚀性能。3、牌号、成分、性能与用途 Q

6、345 C 质量等级符号旧牌号“16Mn” 屈服强度，单位MPa “屈”钢号Q235（A3）15MnQ345（16Mn）C %0.12-0.20.12-0.190.12-0.2Mn %0.35-0.60.7-1.001.2-1.6屈服强度MPa235225345抗拉强度MPa375-460375410-510（%）262622屈强比0.560.60.754、供货状态热轧；热处理：正火；显微组织：铁素体珠光体组织。5、应用锅炉、压力容器、船舶、桥梁等工程构件，占总钢量的15.4%左右。（二）调 质 钢1、工作条件较大的弯矩，传递扭矩；且受力是交变的；在启动工作或刹车时有较大冲击；有些轴类零件与轴

7、承配合时还会有摩擦磨损；总之，受力复杂。2、其性能要求有良好的综合机械性能，即高强韧性的统一。3、成分特点1）中碳；2）Cr、Mn提高淬透性；3）Mo抑制第二类回火脆；4）Ti细化晶粒。4、主要钢种： 45、40Cr、35CrMo5、加工工艺路线下料锻造预备热处理粗加工调质（淬火+高温回火）（局部感应淬火 + 低温回火）磨削精加工装配。局部硬化：采用表面感应淬火及自回火，得到表面组织为回火马氏体，使耐磨性提高；6、应用：机床主轴、汽车半轴、曲轴、连杆和高强螺拴等零件。钢号45钢40Cr钢35CrMo钢名称碳素调质钢合金调质钢合金调质钢成分0.45%C0.40%C、Cr1.5%0. 35%CMo

8、、Cr1.5%淬火特点水淬、变形大油淬、变形小油淬、变形小组织S回或F+SS回或F+SS回性能25-35HRC 或10-20HRC25-35HRC 或15-20HRC25-35HRC应用受力不大、简单形状、20mm小零件受力不大、形状较复杂、40mm中小型零件受较大载荷、形状复杂、80mm大中型零件（三）渗 碳 钢1、工作条件 拉伸、曲、转等变形破；表面磨损及接触疲劳破坏；受强烈冲击。2、性能要求：“外硬里韧”或“外硬里强韧”。3成分特点：1）低碳；2）Cr、Mn提高淬渗性；3）Ti细化晶粒。4. 主要钢种：20、20Cr、20CrMnTi。5加工工艺路线下料锻造正火机械加工渗碳（930）（直

9、接或一次或二次）淬火（830） 低温回火（200）磨削精加工装配。6、应用：齿轮等耐磨零件。钢号20钢20Cr钢20CrMnTi钢名称碳素渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢成分0.2%C0.2%CCr1.5%0.2C、Mn、Cr、Ti1.5%淬火特点一次水淬变形大一次油淬变形小直接油淬变形小组织表面：M回+渗碳体颗粒+Ar；心部：低碳M回+F，未淬透时则为F+S。表面：M回+合金碳化物颗粒+Ar；心部：低碳M回+F，未淬透时则为F+S。表面：M回+合金碳化物颗粒+Ar；心部：低碳M回+F 或低碳M回性能表面：58-62HRC；心部：40-48HRC或10-20HRC表面：60-65HRC；心部：45-

10、50HRC或15-25HRC表面：60-65HRC；心部：45-50HRC应用受力不大、简单形状、10mm耐磨件受力不大、形状较复杂、20mm耐磨件受较大载荷、形状复杂、40mm中型耐磨件（四）弹 簧 钢1、性能要求：1）作用：减振储性；2）失效形式：疲劳断裂和失去弹性。3）性能要求：（1）高的S、-1和s/b；（2）一定的、k；（3）淬透性好；（4）好的环境稳定性。2、成分特点1）含碳量中、高；2）加Si、Mn提高淬透性，强化铁素体F。3、常用弹簧钢钢种：65Mn、60Si2Mn。4、加工工艺1）冷成形弹簧：对小型弹簧，一般在热处理强化后冷拔或冷卷成形，其强度极限可达1600MPa以上，且表

11、面质量好。2）热成形弹簧：对于中大型弹簧加热至奥氏体区进行热卷成型，经淬火+中温回火+喷丸处理，得到回火屈氏体组织，保证了高的弹性极限和足够韧性。（五）滚 动 轴 承 钢1、工作条件受载面积很小，有很高的集中交变载荷；接触部位滚动和滑动摩擦。2、性能要求（1）高的表面硬度61-65HRC，提高耐磨性；（2）高的弹性极限和接触疲劳强度；（3）足够的霞性和淬透性；（4）良好尺寸稳定性；（5）一定的耐蚀性。3、成分特点1）高碳低铬：0.95-1.15%C、Cr60）；2）高的红硬性；3）一定的强韧性，防止刀刃折断、崩刃。3、成分特点1） 高碳：0.7-1.3%；2） 常加入合金元素Cr、W、Mo、V

12、等，提高红硬性、耐磨性、淬透性及防止其变形。3） 严格限制S、P含量，保证工具钢具有一定韧性。4、加工工艺路线下料 锻造正火+球化退火 机械精加工 淬火 低温回火 磨削 装配5、常用刃具钢牌号与热处理钢号T109SiCrW18Cr4V名称碳素刃具钢低合金刃具钢高速钢成分1.0%C0.85-1.5%CSi、Cr1.5%0.7-1.65%、18%W、4%Cr、V6062-67HRC；500-600，HRC60应用低速小进给量切削、简单形状的刃具中、低速切削、形状较复杂的刃具和模具高、中速、大进给量切削的刃具和冷作模具（二）模具钢1冷作模具钢-冲裁模、拉拨模、冷镦模1）工作条件冲击载荷、强烈摩擦、很

13、高压应力和弯应力、切削温度高达200300。失效形式：磨损、崩刃、变形、断裂。2）性能要求（1）高硬度和耐磨性；（2）高强度和疲劳抗力；（3）一定的韧性；好的淬透性；（4）热处理变形小。3）化学成分（1）高碳；（2）高合金（提高淬透性、二次硬化、防回火脆性）。4）热处理工艺： 淬火 + 低温回火。5）组织： M回 + 合金碳化物 + Ar6）常用冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV7）选择原则 （1）对于尺寸小，形状简单的模具，可选用淬透性低有碳素工具钢；（2）形状复杂的模具，可用低合金工具钢。（3） 若加工批量大，要求寿命高或载荷较重的可选择Cr12型钢，其中Cr12MoV应用最广，有微变形

14、钢的美称。（4）对于承受重载荷的或要求高热硬性时可用高速钢制作模具。2热作模具钢-锤锻模、热压模、压铸模1）工作条件载荷复杂；强烈摩擦、工作温度500900、冷热循环。失效形式：磨损、崩裂、塌陷、龟裂。2）性能要求（1）高温综合性能好；（2）高淬透性：（3）低回火脆性；（4）良好的韧性；（4）良好的抗氧化和冷热疲劳的能力。3）化学成分（1）中碳；（2）中高合金：提高淬透性、韧性；二次硬化；防回火脆性。4）热处理工艺（1）热锻模：5CrNiMo热处理工艺：调质处理（淬火+高温回火）。组织：S回和T回（2）热压模：3Cr2W8V热处理工艺：淬火 + 三次560回火。组织：M回 + 合金碳化物 +

15、Ar四、不锈钢不锈钢：在一定腐蚀介质中不受腐蚀或抗蚀性很高的钢称为不锈钢。腐 蚀： 是指钢与周围介质发生化学作用或电化学作用而受到破坏的现象。金属抵抗腐蚀的能力称为金属的抗蚀性。1、金属的腐蚀和防护腐蚀形式：面腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。主要原因：电化学腐蚀。1）电化学腐蚀的条件 必须有两种或两相金属； 有电解质溶液存在； 三者互相接触，形成微电池。由于大气中含有蒸气、CO2和SO2等气体，在两种或两相金属之间很容易形成上述条件，所以常温下的腐蚀几乎都是电化学腐蚀。2）防止金属腐蚀的方法（1）表面保护：发蓝、磷化、钝化、阳极化、喷漆、电镀等。（2）合金化在金属中加入一定的合金

16、元素，使其本身的抗蚀性提高。这是一种最有效的方法，可以从根本上防止金属腐蚀。3）提高钢的耐蚀性途径（1）获得单相组织加入Cr、Ni等，使钢成为单相铁素体、马氏体或奥氏体，无形成微电池的条件；（2）提高基体相的电极电位 加入Cr后，溶入基体组织内可使电极电位显著提高，即使是有条件形成微电池，基体也成为阴极受到保护；因钢的基体组织中含有12%以上的Cr时可显著提高其电极电位，因此不锈钢的含Cr量均大于12%。（3）形成钝化薄膜 加入Cr等合金元素可使钢表面形成致密牢固的钝化膜，与介质隔离。2、常用的不锈钢按正火组织的不同，通常把不锈钢分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。1）铁素体不锈钢C

17、r17型钢（1）强度低、塑性好；（2）较高的耐硝酸等氧化介质腐蚀的能力，不耐硫酸、盐酸；（3）作强度要求不高、耐硝酸和氨气的部件，例、石油化工设备的容器和管道。2）马氏体不锈钢Cr13型钢（1）因含Cr量较低，抗蚀性比Cr17钢较差。（2）强度高，s 400MPa。（3）可制作抗弱蚀介质的结构件和工具。1Cr13、2Cr13钢含碳量较低，多作结构件，采用700左右的高温回火；3Cr13、4Cr13钢含碳量较高，多作工具钢，采用250左右的低温回火。3）奥氏体不锈钢18-8型钢，例1Cr18Ni9Ti（1）具有很高的抗蚀性，适应面宽。（2）塑性和韧性好，易成形。（3）不能热处理强化，其强化手段是

18、加工硬化，切削加工性较差。（4）无磁。（5）可制作不受力的抗强蚀介质的石油化工机械、仪器仪表、非磁性零件和外壳。As of Microsoft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as text containers, images, and oth

19、er windowless objects. Transitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. By combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.Internet Explorer 5.5 and later supports a rich variety of opti

20、mized filters. Click the following button to see a demonstration of many of these filters and how to usetheProcedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dynamically. Only the procedure used to compute the surface is stored in memory. The content of an object with a procedural surface applied is not affected by the procedural surface.警告：此类已序列化的对象将