第八章合金钢

1、第八章第八章 合金钢合金钢 第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 一、与一、与Fe和和C的作用的作用 1合金元素与合金元素与Fe的作用的作用 大多数合金元素能溶入铁索体，形成合金铁素体，产生固大多数合金元素能溶入铁索体，形成合金铁素体，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高。溶强化，使铁素体的强度、硬度提高。 2元素与元素与C的作用的作用 非碳化物形成元素溶入铁中形成固溶体非碳化物形成元素溶入铁中形成固溶体,如如 Ni、Co、Cu、Al、Si等等; 碳化物形成元素在钢中与碳化物形成元素在钢中与C化合成碳化物，按与碳的亲合化合成碳化物，按与碳的亲合力由弱到强排列为：力由弱到强排

2、列为：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti。 二、合金元素对二、合金元素对FeFe3C平衡图的影响平衡图的影响 1合金元素对奥氏体相区的影响合金元素对奥氏体相区的影响(81221) 二、合金元素对二、合金元素对FeFe3C平衡图的影响平衡图的影响 1合金元素对奥氏体相区的影响合金元素对奥氏体相区的影响(81221) （1）扩大奥氏体区：合金元素如）扩大奥氏体区：合金元素如 Mn、Ni、Cu、N等。等。 （2）缩小奥氏体区：的合金元素如）缩小奥氏体区：的合金元素如 Cr、Mo、Ti、Si等。等。 2合金元素对临界点和合金元素对临界点和S、E点位置的影响点位置的影响 合金元素一般使合金元素一般使F

3、eFe3C平衡图的平衡图的S、E点位置向左移。点位置向左移。 三、合金无素对钢的热处理和力学性能的影响三、合金无素对钢的热处理和力学性能的影响 1合金元素对钢加热转变的影响合金元素对钢加热转变的影响 大多数合金钢需加热到更高的温度，并保温更长的时间。大多数合金钢需加热到更高的温度，并保温更长的时间。 2合金元素合金元素 对奥氏体冷却转变的影响对奥氏体冷却转变的影响 2合金元素合金元素 对奥氏体冷却转变的影响对奥氏体冷却转变的影响 合金元素不同程度地提高过冷奥氏体的稳定性，使奥氏合金元素不同程度地提高过冷奥氏体的稳定性，使奥氏体等温转变图（体等温转变图（C曲线）右移，马氏体临界冷却速度曲线）右移

4、，马氏体临界冷却速度（VK）减小，从而提高钢的淬透性。）减小，从而提高钢的淬透性。 3合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响 提高钢的耐回火性（回火稳定性）提高钢的耐回火性（回火稳定性） 二次硬化二次硬化:回火时若钢中含有较强碳化物形成元素（如回火时若钢中含有较强碳化物形成元素（如 W、Mo、V）较多时，在）较多时，在 500600回火后，将析出极细的回火后，将析出极细的特殊碳化物，从而引起回火钢硬度升高的现象。特殊碳化物，从而引起回火钢硬度升高的现象。 综上所述，合金钢的力学性能比碳钢好，主要是因为合综上所述，合金钢的力学性能比碳钢好，主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性，

5、及细化奥氏体晶粒金元素提高了钢的淬透性和耐回火性，及细化奥氏体晶粒和使铁素体固溶强化的结果。所以，合金元素对钢的作用，和使铁素体固溶强化的结果。所以，合金元素对钢的作用，大多要通过热处理才能发挥出来，故合金钢多在热处理状大多要通过热处理才能发挥出来，故合金钢多在热处理状态下使用。态下使用。 第二节第二节 合金钢的分类合金钢的分类 一按主要用途分一按主要用途分 1.合金结构钢合金结构钢:主要用于重要的机械零件和工程结构；主要用于重要的机械零件和工程结构； 2.合金工具钢合金工具钢:主要用于重要的工模具；主要用于重要的工模具； 3.特殊钢：具备特殊的物理或化学性能，用于有特特殊钢：具备特殊的物理或

6、化学性能，用于有特殊要求的零件。如不锈钢、耐热钢等。殊要求的零件。如不锈钢、耐热钢等。 二按合金元素的含量分二按合金元素的含量分 1低合金钢：钢中合金元素的质量分数总量不超过低合金钢：钢中合金元素的质量分数总量不超过5%； 2中合金钢：钢中合金元素的质量分数总量为（中合金钢：钢中合金元素的质量分数总量为（510）%； 3高合金钢：钢中合金元素的质量分数总量大于高合金钢：钢中合金元素的质量分数总量大于10%。 三按金相组织分三按金相组织分 按正火处理后的组织可分为珠光体类钢、马氏体类钢、按正火处理后的组织可分为珠光体类钢、马氏体类钢、贝氏体类钢、奥氏体类钢。贝氏体类钢、奥氏体类钢。 按退火状态的

7、组织可分为亚共析钢（铁素体十珠光体）、按退火状态的组织可分为亚共析钢（铁素体十珠光体）、共析钢（珠光体）。、共析钢（珠光体）。、第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 一、低合金结构钢（普通低合金钢）一、低合金结构钢（普通低合金钢） 低合金结构钢：低合金结构钢：c=(0.100.25)%并含有少量（多在并含有少量（多在3%以下）合金元素的普通低碳结构以下）合金元素的普通低碳结构 钢。通常在热轧或正火状态下使用。钢。通常在热轧或正火状态下使用。 常用牌号：常用牌号：16Mn：16表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.16%左右，左右，Mn后无数字表示该元素的平均质量分数在后无数字表示该元素的平均质量分

8、数在1.5%以下。以下。 这类钢成本低、产量大，主要用于较重要的工程结构，这类钢成本低、产量大，主要用于较重要的工程结构，如大桥、电视塔、车辆、船舶等。如大桥、电视塔、车辆、船舶等。 二、合金渗碳钢二、合金渗碳钢 合金渗碳钢：一般合金渗碳钢：一般c=(0.120.25)%，主加合金元素是，主加合金元素是能显著提高淬透性的元素（能显著提高淬透性的元素（Mn、Cr、Ni、B等）。等）。 常用牌号：常用牌号： 20CrMnTi：20表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.20%左左右，右，Cr、Mn、Ti后无数字表示该元素的平均质量分数在后无数字表示该元素的平均质量分数在1.5%以下。以下。 三、调质钢

9、三、调质钢 合金调质钢一般合金调质钢一般c=(0.250.5)%，主加合金元素是，主加合金元素是Cr、Ni、Si、Mn等。等。 调质钢常用于制造要求综合力学性能好（强韧并兼）的调质钢常用于制造要求综合力学性能好（强韧并兼）的各种重要零件，应用很广。各种重要零件，应用很广。 常用牌号：常用牌号：40Cr：40表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.40%左右，左右，Cr后无数字表示该元素的平均质量分数在后无数字表示该元素的平均质量分数在1.5%以下。以下。 四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢 合金弹簧钢一般合金弹簧钢一般c=(0.450.7)%，常加的合金元素是，常加的合金元素是Si和和Mn，有些弹簧钢中

10、还加入，有些弹簧钢中还加入Cr、W、V等合金元素。等合金元素。 五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 滚动轴承钢：滚动轴承钢：c=(0.951.15)%，钢中加入铬增加钢的，钢中加入铬增加钢的淬透性，对于大型轴承用钢，还加入淬透性，对于大型轴承用钢，还加入Si、Mn等等. 常用牌号：常用牌号：GCrl5：“G”代表滚动轴承钢，代表滚动轴承钢，Cr后面的数后面的数代表大约代表大约cr的千分数的千分数. 六、易切削结构钢六、易切削结构钢 易切钢牌号用易切钢牌号用“易易”字汉语拼音首了母字汉语拼音首了母Y起头，其后两起头，其后两位数为平均位数为平均Wc的万分数。的万分数。 第四节第四节 合金工具钢和高速工具

11、钢合金工具钢和高速工具钢 一、量具刃具及冷作模具用合金工具钢一、量具刃具及冷作模具用合金工具钢 1低合金工具钢低合金工具钢 常用的低合金工具钢是常用的低合金工具钢是9SiCr、CrWMn和和9Mn2V。 9SiCr:用于制造要求淬火变形较小和刀刃细薄的低速切削工具，用于制造要求淬火变形较小和刀刃细薄的低速切削工具，尤其是板牙、丝锥、搓丝板和绞刀等。尤其是板牙、丝锥、搓丝板和绞刀等。 CrWMn钢其突出特点是淬火变形很小，故称为钢其突出特点是淬火变形很小，故称为“微变形微变形 钢钢”。主要用于制造要求淬火变形小的、较精密的低速切。主要用于制造要求淬火变形小的、较精密的低速切 削削刀具、冷冲模具和

12、耐磨零件（如淬硬精密丝杠）。刀具、冷冲模具和耐磨零件（如淬硬精密丝杠）。 9Mn2V：部分代替：部分代替CrWMn钢和钢和T10A钢使用。钢使用。低合金工具钢常用的热处理是：锻造后进行球比退火，加工成低合金工具钢常用的热处理是：锻造后进行球比退火，加工成工具后进行淬火再低温回火。工具后进行淬火再低温回火。 2高合金工具钢高合金工具钢 常用牌号：常用牌号：Cr12和和Cr12MoV 二、热作模具用合金工具钢二、热作模具用合金工具钢 常用的热锻模具钢：常用的热锻模具钢：5CrNiMo和和5CrMnMo。 常用的热挤压模和压铸模钢：常用的热挤压模和压铸模钢：3Cr2W8V。 三、高速工具钢（高速钢）

13、三、高速工具钢（高速钢） 1高速钢的主要性能和化学成分高速钢的主要性能和化学成分 c=(0.550.9)%，主加合金元素为，主加合金元素为W、Mo、V、Cr。 热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力。热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力。 2高速钢的热处理特点高速钢的热处理特点 2高速钢的热处理特点高速钢的热处理特点 淬火温度很高，回火温度高和多次回火。淬火温度很高，回火温度高和多次回火。 3高速钢的种类和应用高速钢的种类和应用 （1）钨系高速钢：常用的牌号是）钨系高速钢：常用的牌号是W18Cr4V（简称（简称 18-4-1钢），热硬性高，淬火温度范围稍宽，磨削性好，适钢），热硬

14、性高，淬火温度范围稍宽，磨削性好，适于制造一般的高速钢刀具。于制造一般的高速钢刀具。 （2）钨钼系高速钢：常用的牌号是）钨钼系高速钢：常用的牌号是W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2钢），热硬性、耐磨性与钢），热硬性、耐磨性与W18Cr4V钢差不多，主钢差不多，主要优点淬火回火后的强度、韧性比要优点淬火回火后的强度、韧性比W18Cr4V钢好，在钢好，在9501100高温下的热塑性好，待别适于热轧、扭制高温下的热塑性好，待别适于热轧、扭制等热加工成形的刃具（如麻花钻）和要求强度、韧性较等热加工成形的刃具（如麻花钻）和要求强度、韧性较高的工模具。高的工模具。 （3）超硬高速钢：常用牌号有）超硬高速

15、钢：常用牌号有W18Cr4VCo5、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2Co5等等,热硬性超过普通热硬性超过普通高速钢。但大多强度和韧性较低，磨削性差高速钢。但大多强度和韧性较低，磨削性差,主要用于制主要用于制造加工超高强度钢和特种合刃具。造加工超高强度钢和特种合刃具。 第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢 一、不锈钢一、不锈钢 1铬不锈钢铬不锈钢(马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢)常用牌号有常用牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、3Crl3Mo等，等， 2铬镍不锈钢（铬镍不锈钢（18-8型不锈钢）型不锈钢）常用牌号常用牌号:1Cr18Ni9,呈非铁磁性呈非铁磁性铬镍不锈钢经约铬镍不锈钢经约1100固溶热处理（俗称固溶热处理（俗称“淬火淬火”）后成为单）后成为单相奥氏体，硬度比退火后还低，塑性更好，耐腐蚀性提高。所相奥氏体，硬度比退火后还低，塑性更好，耐腐蚀性提高。所以，这类钢以，这类钢“淬火淬火”不是为了提高强度、硬度，而是提高耐蚀不是为了提高强度、硬度，而是提高耐蚀性或降低硬度、改善塑性，以便于加工。这类钢强化的唯一方性或降低硬度、改善塑性，以便于加工。这类钢强化的唯一方法是加工硬化。法是加工硬化。 二、其他特殊钢简介二、其他特殊钢简介 1抗氧化钢和热强钢抗氧化钢和热强钢 抗