第三节合金钢

1、第三节第三节 合金钢合金钢2012级第三组做2014年3月4日一、合金钢 1，定义： 合金钢 （Alloy steel ）钢里除铁、碳外，加入其他的元素，就叫合金钢。 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。合金钢不仅合金元素含量高，而且严格控制硫、磷等有害杂质的含量，属于优质钢或高级优质钢。2、合金钢的历史：、合金钢的历史： 合金钢已有一百多年的历史了。工业上较多地使用合金钢材大约是在19世纪后半期。当时由于钢的生产量和使用量不断增大，机械制造业需要解决钢的

2、加工切削问题，1868年英国人马希特(R.F.Mushet)发明了成分为2.5%Mn-7%W的自硬钢，将切削速度提高到5米/分。随着商业和运输的发展,1870年在美国用铬钢(1.52.0%Cr)在密西西比河上建造了跨度为 158.5米的大桥；由于加工构件时发生困难,稍后,一些工业国家改用镍钢(3.5%Ni)建造大跨度的桥梁。与此同时,一些国家还将镍钢用于修造军舰。随着工程技术的发展，要求加快机械的转动速度，1901年在西欧出现了高碳铬滚动轴承钢。1910年又发展出了18W-4Cr-1V型的高速工具钢，进一步把切削速度提高到30米/分。可见合金钢的问世和发展，是适应了社会生产力发展的要求，特别是

3、和机械制造、交通运输和军事工业的需要分不开的。20世纪20年代以后，由于电弧炉炼钢法被推广使用，为合金钢的大量生产创造了有利条件。化学工业和动力工业的发展，又促进了合金钢品种的扩大，于是不锈钢和耐热钢在这段期间问世了。1920年德国人毛雷尔 (E.Maurer) 发明了18-8型不锈耐酸钢，1929年在美国出现的Fe-Cr-Al电阻丝，到1939年德国在动力工业开始使用奥氏体耐热钢。第二次世界大战以后至60年代，主要是发展高强度钢和超高强度钢的时代，由于航空工业和火箭技术发展的需要，出现了许多高强度钢和超高强度钢新钢种，如沉淀硬化型高强度不锈钢和各种低合金高强度钢等是其代表性的钢种。60年代以

4、后，许多冶金新技术，特别是炉外精炼技术被普遍采用，合金钢开始向高纯度、高精度和超低碳的方向发展，又出现了马氏体时效钢、超纯铁素体不锈钢等新钢种。国际上使用的有上千个合金钢钢号，数万个规格，合金钢的产量约占钢总产量的10%，是国民经济建设和国防建设大量使用的重要金属材料。 3、合金元素 4、部分合金元素的作用：提高淬透性：提高淬透性：Mn（锰）、）、Cr（铬）、）、B（硼）、）、Ni（镍）、W、Mo（钼）固溶强化：固溶强化：Si（硅）、）、Mn、Ni细化晶粒：细化晶粒：Al、V、Ti、W、Mo、Nb（铌）、）、Zr提高回火稳定性：提高回火稳定性：W、Mo、V、Si、Cr消除高温回火脆性：消除高温

5、回火脆性：W、Mo 合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。5、合金钢的分类： A、按合金元素的含量分 1）低合金钢 合金元素总含量小于等于5%； 2）中合金钢 合金元素总含量在5%10%之间； 3）高合金钢 合金元素总含量大于等于10%；B

6、、按特性和用途又分：合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等C、按合金元素的种类分： 铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢等。D、按主要用途分 1）结构钢：建筑及工程用结构钢，机械制造用结构钢。 2）工具钢 3）特殊性能钢二、合金结构钢 1、简介： 合金结构钢（Structural alloy steel）：具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性脆性转变温度，可用于制造

7、截面尺寸较大的机器零件。 2、分类：合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢 调质结构钢 这类钢的含碳量一般约为0.25%0.55% 表面硬化结构钢 用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部件,如齿轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低，一般在0.120.25%，同时还有适量的合金元素，以保证适宜的淬透性。3、牌号：其牌号通常是以“数字+元素符号+数字”的方法来示。牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数，元素符号及其后的数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。若合金元素含量小于1.5%，则不标其含量。高级优质钢在牌号尾部增加符号“A”，滚动轴承要在牌号前加”G“表示”滚动轴承钢

8、“，而合金元素含量用千分数表示。统一数字代号合金结构钢(包括舍金弹簧钢)细分类AOMn(X)、MnMo(X)系钢AlSiMn(X)、SiMnMo(X)系钢A2Cr(X)、CrSi(X)、CrMn(X)、CrV(x)、CrMnSi(X)系钢A3CrMo(X)、CrMoV(X)系钢A4CrNi(X)系钢A5CrNiMo(X)、CrNiW(X)系钢A6Ni(X)、NiMo(X)、NiCoMo(X)、Mo(X)、MoWV(X)系钢A7B(X)、MnB(X)、SiMnB(X)系钢A8(暂空)A9其他合金结构钢三、合金工具钢1、简介： 合金工具钢（Alloy tool steel）：在碳素工具钢基础上加入

9、铬、钼、钨、钒等合金元素(加入总量一般不超过5%)以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。较碳素钢相比合金工具钢适合制造形状复杂、尺寸较大、切削速度较高或工作温度较高的工具和模具。2、按用途大致可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 1)刃具钢刃具钢(Cutting tool steel ):刃具在工作条件下产生强烈的磨损并发热，还有震动和承受一定的冲击负荷。刃具用钢应具有高的硬度、耐磨性、红硬性和良好的韧性。为了保证其具有高的硬度，满足形成合金碳化物的需要，钢中碳质量分数一般在0.80%1.45%。铬是这类钢的主要合金元素，

10、质量分数一般0.50%1.70%的，有的钢还含有钨，以提高切削金属的性能。这类工具钢因含有合金元素，因此淬透性比碳素工具钢好，热处理产生的变形小，具有高的硬度和耐磨性。常用的钢类有铬钢、硅铬钢和铬钨锰钢等。钨钢2 2）模具钢）模具钢( (Die steel) )： 模具大致可分为冷作模具、热作模具和塑料模具3类，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。 冷作模具钢：冷作模具钢：具有高的

11、硬度、强度、耐磨性、足够 的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80%以上。包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。a.热作模具钢：热作模具钢：具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。3）、量具用钢(Stainless steel measuring) 量具应具有良好的尺寸稳定性、

12、高耐磨性、高硬度和一定的韧性。因此，量具用钢应具有硬度高、组织稳定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、热处理变形小、膨胀系数小和耐蚀性好。这类钢一般属于过共析钢，加入的合金元素有铬、锰、钨、钼等。常用的钢类有铬钢、铬钨锰钢、锰钒钢等。2 2、合金工具钢的牌号、合金工具钢的牌号 合金工具钢的牌号与合金结构钢相似，但有不同，其以一位数字表示平均含碳量的千分数，若含碳量超过%1，则不标出，例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V等。例外：高速钢的含碳量尽管未超过%1，牌号中也不标出。四、特殊性能钢 1、简介： 特殊性能钢（Special performance steel）具有特殊物理

13、或化学性能，用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。其种类很多，机械制造中主要使用不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢。不锈耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。而在一些化学介质（如酸类等）中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。 2、分类： 包括不锈钢，耐磨钢，耐蚀刚，及具有软磁、永磁、无磁等特殊物理、化学性能的钢。a)不锈钢 不锈钢（Stainless Steel）：指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀的钢。不锈钢所固有的表面性能使用于多方面的钢铁的一种。实际应用中，基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀，因为铬、镍

14、、氯是同位元素，同位元素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。 不锈钢的牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几，合金元素仍以百分数表示。当含碳量0.03%及0.08%者，在钢号前分别冠以“00”或“0”，例如不锈钢3Cr13的平均含碳量为0.3%、铬13% 1）、马氏体不锈钢马氏体不锈钢(Martensitic stain less stee)： 常用马氏体不锈钢含碳量为0.10.45%,含铬量为1214%，属铬不锈钢。随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性提高，但耐蚀性则下降。为了提高耐蚀性及机械性能，这类钢最后热处理是淬火和回火。它在空气中可淬硬，但一般仍用油冷。这类钢多用于机械性能要求

15、较高，而耐蚀性要求较低的零件。如汽轮机叶片、各种泵的零件、弹簧、滚动轴承及一些医疗器械。2）、铁素体不锈钢(Ferritic stainless steel)常用含碳量低于0.15%, 含铬量为1230%,也属于铬不锈钢。其塑性、焊接性均较马氏体钢好。这类钢广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等化学工业中。3）、奥氏体不锈钢(Austenitic stainless steel )这是应用最广泛的不锈钢，属镍铬钢。b)、耐热钢（Heat-resisting steels）： 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢（或称高温不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，

16、但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。1）、抗氧化钢（不起皮钢）(Oxitadion resistant steel): 一般钢铁在较高温度下（560以上）表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落，最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不

17、锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。2）、热强钢(Heat resistant steel):金属在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；二是在再结晶温度以上，即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。这种现象称为蠕变。产生的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。 热强钢采用的合金元素，如铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。分类A 珠光体钢：这类钢在350-600范围使用。B 马氏

18、体钢：这类钢在低于620范围内使用。C 奥氏体钢：这类钢一般在600-700范围内使用。c）、耐磨钢（Wear-resistant steel）: 耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。它只有在强烈冲击与摩擦的作用下，才具有耐磨性，在一般机器工作条件下，它并不耐磨。主要用于制造坦克、拖拉机的履带，挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板、铁路道岔等。由于高锰钢极易加工硬化，使切削加工困难，故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的。d)、耐蚀钢 耐蚀钢是不锈钢的一种，其耐腐蚀程度比不锈钢更好一些。 耐腐蚀钢是不锈钢的一种，他在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢。而不锈钢只是在空气或弱介质中能

19、抵抗侵蚀的钢。牌号牌号化学成分化学成分%热处理热处理力学性能力学性能 CSiMn其它其它淬火淬火/冷冷却却介介质质b / M Pa / (%)K / J.cm-2HBZGMn13-11.001.500.301.0011.014.0 10601100水水63720 229ZGMn13-21.001.400.301.0011.014.0 10601100水水63720147229ZGMn13-30.901.30.300.8011.014.0 10601100水水68625147229ZGMn13-40.9-1.200.300.8011.014.0 10601100水水73535147229ZGMn

20、12-Cr21.001.300.611.014.0Cr1.702.3010601100水水 ZGMn12-Mo21.001.300.400.7511.014.0Mo1.82.110601100水水 作业 1、下列牌号各属于那类刚？试说明牌号中数字和符号的含义。其中哪些牌号钢的焊接性好？ 答： 15、40是优质碳素结构钢，其中15是低碳钢，40是中碳钢，15、40表示刚中平均含碳量为万分之15和万分之40； Q195是碳素结构钢、Q345是低合金高强钢，Q表示屈服点，195、345表示钢厚度小于16mm时最低屈服点； CrWMn是合金工具钢；40Cr、60Si2Mn是合金结构钢，40、60表示含碳量的万分数；CrWMn、40Cr、60Si2Mn元素符号及其后数字表示所含合金元素及其平均含量的百