材料科学基础第12章

1、材料科学基础第12章2/2/2022材料科学基础第12章第12章2第一节第一节 概论概论主要内容：合金钢的定义合金元素对钢中基本相的影响合金元素对Fe-Fe3C相图的影响合金元素对钢在加热和冷却时转变的影响1. 合金元素对回火转变的影响2/2/2022材料科学基础第12章第12章3合金钢的定义合金钢的定义合金化 合金化是指在冶炼时特意在钢中加入一些合金元素，其目的在于提高钢的力学性能、工艺性能或物理与化学性能等。合金钢 合金钢是通过对碳钢合金化后获得的。合金钢的意义 碳钢主要通过控制含碳量和采用不同的热处理工艺来改善性能以满足生产需要，但在某些场合其应用受到限制，应选用合金钢。常见合金化元素

2、合金钢中常见的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、RE（Rare Earth，稀土）2/2/2022材料科学基础第12章第12章4合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响 非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Co等形成合金铁素体； 碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Nb等形成合金渗碳体； Mn与C亲和力较弱，一部分溶于渗碳体，一部分溶于铁素体； 高碳高合金钢中形成稳定性较高的合金碳化物（Mn3C,Cr7C3）和特殊碳化物（WC等）。 2/2/2022材料科学基础第12章第12章5合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响扩大区，并与-Fe无限

3、互溶 如Mn、Co、Ni 组织：室温只有奥氏体，如MnB扩大区，与-Fe有限互溶 如C、N、Cu缩小并封闭区，与-Fe无限互溶 如Cr、V 组织：室温只有铁素体，如Cr17缩小并封闭区，与-Fe有限互溶 如Mo、Sn、W、P、Ti、Al、Ge、Si、As缩小区 如B、Nb、Ta、Zr2/2/2022材料科学基础第12章第12章6合金元素对钢在加热和冷却时转变的影响合金元素对钢在加热和冷却时转变的影响对加热转变的影响 合金钢的室温平衡组织：合金铁素体碳化物 加热至Ac1或Ac1以上后：奥氏体化 合金元素的影响：强碳化形成元素抑制奥氏体转变；非碳化物形成元素加速奥氏体转变。 C、P、Mn等促进奥氏

4、体长大；Al、Ti、Nb、Zr、V等阻碍奥氏体晶粒长大。 对冷却转变的影响 除Co外，其余元素溶入奥氏体后，可增大奥氏体稳定性，使C曲线右移； 除Co、Al外，大多数合金元素总是降低马氏体转变温度，增加残余奥氏体量。 2/2/2022材料科学基础第12章第12章7合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响合金元素会抑制钢中的组织分解，降低转变速度，增加回火抗力，提高回火稳定性，使钢的硬度随回火温度升高而下降的程度减弱，甚至出现“二次硬化”；2/2/2022材料科学基础第12章第12章8二次硬化二次硬化定义 合金元素一般能提高残余奥氏体转变的温度范围。在碳化物形成元素含量较高的高合金钢中，

5、淬火后残余奥氏体分稳定，甚至加热至500600仍不分解，而是在冷却过程中部分转变为马氏体，使钢的硬度反而增加的现象。2/2/2022材料科学基础第12章第12章9回火脆性回火脆性定义 合金元素能提高钢的回火稳定性，但会增加回火脆性，影响力学性能，使钢的韧性显著降低。种类 第一类回火脆性：250400出现，不可逆回火脆性； 第二类回火脆性：550650出现，可逆回火脆性。2/2/2022材料科学基础第12章第12章10第二节第二节 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号合金钢按其用途可分为三类： 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢2/2/2022材料科学基础第12章第12章11合金结构钢合金结构钢

6、特点： 在碳素结构钢基础上适当添加一种或多种合金元素。用途： 制造各种机械零件以及建筑工程结构。编号原则： 用平均含碳量和合金元素平均含量的百分之几表示；数字化学元素数字；小于1.5%，只标元素符号；大于1.5%、2.5%、3.5%分别以2、3、4表示；S、P含量低的高级优质合金钢在钢号最后加“A”；表示用途在钢前面加字母，合金元素含量以千分之几表示。 实例：40Cr、60Si2Mn、20Cr2Ni4A、GCr152/2/2022材料科学基础第12章第12章12分类分类普通低合金钢（低合金高强度钢）易切钢 加S、Pb、Ca、P等改善切削加工性，用于自动机床加工的零件，如Y20、Y40Mn、Y4

7、0CrSCa等 渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢，通常含Cr、Ni、Mn和B主要分类有低淬透性合金渗碳钢：15Cr、20Mn2中淬透性合金渗碳钢：20CrMnTi、20MnV13高淬透性合金渗碳钢：12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W调质钢 淬火高温回火后使用的结构钢，含碳量为C%：0.270.50%C2/2/2022材料科学基础第12章第12章13弹簧钢弹簧钢弹簧钢主要有：碳素弹簧钢 含碳量为0.6 0.75%C；合金弹簧钢 含碳量为0.46 0.70%C，其中含有Si、Mn、Cr、V等元素；热轧弹簧钢冷轧（拉）弹簧钢2/2/2022材料科学基础第12章第12章14滚动轴承钢滚动轴承钢成分及性

8、能 滚动轴承钢中含有0.951.15%C，0.401.65%Cr，如GCr15、GCr15SiMn 硬度和耐磨性高，弹性极限和接触疲劳强度高，具有足够的韧性、淬透性及一定的抗腐蚀能力。对杂质含量要求很严，0.02%S，0.027%P。热处理工艺 球化退火、淬火、低温回火；2/2/2022材料科学基础第12章第12章15合金工具钢合金工具钢编号方法 C%1.0%时不标注，C%1.0%时以千分之几表示。高速钢例外，均不标出。 实例：CrMn、9SiCr、W18Cr4V。合金工具钢的分类刃具钢模具钢量具钢2/2/2022材料科学基础第12章第12章16刃具钢刃具钢性能 硬度、耐磨性和热硬性高；用途

9、制造各种刀具，如车刀、铣刀等；实例 9SiCr、CrWMn、9Mn2V等热处理工艺 (等温)球化退火、淬火、低温回火；高速钢 高合金工具钢，含W、Mo、Cr、V等,合金元素总量10%，可以进行高速切削，如W18Cr4V；用于高速切削的车刀、刨刀等；2/2/2022材料科学基础第12章第12章17模具钢模具钢冷作模具钢 接近室温对金属进行变形加工的一种模具用钢；特点 高硬度、良好的耐磨性，足够的强度和韧性；实例 如Cr12MoV；热作模具钢 受热状态对金属进行变形加工的一种模具用钢；特点 高强度和高韧性，足够的强度和耐磨性，回火稳定性高，抗疲劳性好；实例 如5CrNiMo等注意：锻后缓冷，以免产

10、生裂纹；2/2/2022材料科学基础第12章第12章18特殊性能钢特殊性能钢按照性能用途主要分为以下几类： 不锈钢 耐热钢 耐磨钢2/2/2022材料科学基础第12章第12章19不锈钢不锈钢 铬不锈钢 Cr13型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13等 镍不锈钢 188型，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等热处理方式 固溶处理、稳定化处理、去应力处理2/2/2022材料科学基础第12章第12章20耐热钢耐热钢耐热性 高温抗氧化性和高温强度的综合；抗氧化钢 主要基于铬钢、铬镍钢或铬锰氮钢添加Si或Al，如：3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等； 性能：高温抗氧化性好，强度适中； 用途：用来制造炉用零件和热