航空工程材料课件 18-合金钢

第五章常用航空材料的认识5-1合金钢（一）“零差错”完美记录！长沙航院毕业生获“全国劳动模范”长沙航空职业技术学院2001届飞机9801班毕业生、珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司TE100工程师王海，接过党和国家授予的崇高荣誉——“全国劳动模范”称号！“劳模”二字背后，是王海在岗位上夜以继日的守护付出和精益求精的工匠精神，也是长沙航院培育具有“零缺陷、无差错”职业素养人才的生动写照。知识目标1.了解金属回复与再结晶的定义、过程及影响因素；2.熟悉金属回复与再结晶对金属组织和性能的影响；3.掌握金属冷热加工对组织和性能的影响。能力目标熟悉常用合金钢的分类和编号方法，做到根据牌号即能推断出其类别，并会分析其中碳与所含合金元素的质量分数及其所起的主要作用。教学目标素质目标1.培养“零缺陷、无差错”的职业素养；2.坚定“四个自信”意识。问：常用的碳钢有哪些？

螺钉、铆钉、钢筋、螺纹钢、多边型角钢、钢桥梁、建筑构件……

碳钢的不足：

（1）淬透性低

（2）强度和屈强比较低

（3）回火稳定性差，耐热性差碳钢已不能完全满足要求！！！

随着科学技术发展，对材料提出了更高的要求：更高的强度、抗高温、高压、低温、耐腐蚀、磨损以及其他特殊物理、化学性能的要求。一、合金钢的定义合金钢：

是指为了提高钢的性能(机械性能、工艺性能或物理、化学性能），在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。二、合金元素的影响1.溶于铁素体，起固溶强化作用非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。合金元素对铁素体性能的影响(退火状态)(a)对硬度的影响(b)对韧性的影响二、合金元素的影响2.形成碳化物，起强化相作用钢中碳化物合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。二、合金元素的影响2.形成碳化物，起强化相作用钢中碳化物W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。二、合金元素的影响3.对奥氏体相区的影响Ni、Mn、Co、C、N等是扩大奥氏体相区的元素，使A1、A3下降。当Mn

13%或Ni

9%时，S点降到0℃以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。锰对奥氏体相区的影响铁碳合金相图二、合金元素的影响3.对奥氏体相区的影响Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩小奥氏体相区的元素，使A1、A3点上升。当Cr

13%时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢。二、合金元素的影响4.对E点和S点位置的影响所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或莱氏体组织（如W18Cr4V）。二、合金元素的影响5.对奥氏体化的影响对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。对奥氏体晶粒长大倾向的影响：碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。Mn、P促进长大。二、合金元素的影响6.过冷奥氏体转变的影响对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。对Ms、Mf点的影响：除Co、Al外，所有元素都使Ms、Mf点下降。二、合金元素的影响7.合金元素对钢淬透性的影响二、合金元素的影响8.对回火转变的影响淬火碳钢回火时的硬度变化耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称耐回火性(回火抗力)。合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。二、合金元素的影响9.产生二次硬化含高W、Mo、Cr、Co、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化。二、合金元素的影响10.防止第二类回火脆性加W、Mo可防止第二类回火脆性。三、钢的分类回答以下问题：

（1）碳素钢有哪几种分类方法？（2）按碳的质量分数是怎样分类的？（3）按用途又是怎样分类的？三、钢的分类1.按化学成分分中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C低合金钢合金元素总量

5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢合金元素总量

10%碳素钢合金钢三、钢的分类2.按功能分工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆普低合金钢易切削钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢特殊性能钢挤压模具四、合金结构钢结构钢：

工业上凡是用于制造各种机械零件以及用于建筑工程结构的钢。合金结构钢：

当形状复杂、截面较大、要求淬透性较好以及机械性能要求较高时，就必须采用合金结构钢。四、合金结构钢1.合金结构钢的分类分类：主要包括：普通低合金钢；易切削钢；渗碳钢；调质钢；弹簧钢；滚动轴承钢等。四、合金结构钢2.合金结构钢的编号两位数字（碳含量）+化学元素符号+数字+……前两位数字表示的是含碳量的万分数；如含量≤1.5%，一般只标明元素符号，不表明其含量；含量≥1.5%、2.5%、3.5%......，则在元素符号后面添加2，3，4；高级优质钢后加“A”/“高”；特殊专用钢，在钢的牌号前或后冠以汉语拼音首字母，不标含碳量。如滚动轴承钢，牌号为GCr15，易切钢，牌号为Y40Mn。四、合金结构钢2.合金结构钢的编号课堂练习写出下列牌号所表示的含义：20CrMnTi40Cr12Cr2Ni4A20CrMnTi表示含碳量为0.2%，主要元素Cr、Mn含量低于1.5%，并且含有微量Ti的合金结构钢。40Cr表示碳的平均质量分数为0.4%，铬的质量分数<1.5%的合金结构钢。12Cr2Ni4A表示碳的平均质量分数为0.12%，铬的质量分数1.5%<Cr%<2.5%，镍的质量分数3.5%<Ni%<4.5%的高级优质合金结构钢。四个自信五、合金结构钢的介绍（1）

性能要求高强度及足够韧性。良好的焊接性能。良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。（2）

成分特点低碳：≤0.2%C。合金元素：主要是Mn、Si，还有少量V、Ti、Nb等。1、普通低合金钢（低合金高强度结构钢）①Mn/Si的作用是强化铁素体(固溶强化)；增加珠光体的量。②V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。低合金高强钢合金元素细化晶粒作用③另外加Cu、P可提高耐蚀性；加Re可提高韧性、疲劳极限，降低韧脆转变温度。（2）成分特点五、合金结构钢的介绍1、普通低合金钢（低合金高强度结构钢）（3）热处理方法大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处理。使用状态下组织：F+S（4）用途Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器。五、合金结构钢的介绍1、普通低合金钢（低合金高强度结构钢）五、合金结构钢的介绍1、普通低合金钢（低合金高强度结构钢）2、易切削钢（1）性能要求良好的切削加工性。（2）成分特点

易切削钢常添加的元素：S、Pb、Ca、P。S在钢中与Mn、Fe可形成（Mn、Fe）S夹杂物。（含量：0.08--0.3%）。Pb在钢中孤立地呈细小颗粒均匀分布时，能改善切削加工性。(含量：0.15--0.25%)Ca在钢中能形成高熔点（1300--1600ºC之间）的钙-铝-硅的复合氧化物（钙铝硅酸盐）附在刀具上。（含量：0.001--0.005%)五、合金结构钢的介绍（3）热处理同相应钢种进行热处理。（4）常用钢号及用途用于自动机床加工的承载不大的零件。常用钢号：Y15、Y20、Y40Mn。钢号：结构钢在普通钢号前在前加“易”/“Y”，工具钢在普通钢号后加主加元素符号，如Y40Mn。五、合金结构钢的介绍2、易切削钢齿轮、活塞销、凸轮等↓受很大的交变应力和冲击载荷+承受强烈的磨损↓较高的强度、韧性、疲劳强度+表面高硬度和耐磨性↓渗碳钢3、渗碳钢制造渗碳零件的钢种。（1）性能要求表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。良好的热处理性能，如淬透性和渗碳能力。渗碳炉渗碳件—传动齿轮五、合金结构钢的介绍（2）成分特点⑴低碳：0.1--0.25%C⑵合金元素作用：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②强化铁素体：Cr、Mn、Ni③细化晶粒：W、Mo、Ti、V渗碳件高精密独立导柱五、合金结构钢的介绍3、渗碳钢（3）

热处理特点：渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火→磨削正火目的为均匀组织、调整硬度，便于切削加工。淬火温度一般为：Ac1+30-50℃。（4）

使用状态下组织：心部：M回+F表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)渗碳淬火后的表层组织五、合金结构钢的介绍3、渗碳钢（5）

常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。活塞销(20Cr)柴油机凸轮轴五、合金结构钢的介绍3、渗碳钢（5）

常用钢号及用途中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。汽车变速箱齿轮五、合金结构钢的介绍3、渗碳钢（5）

常用钢号及用途高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴五、合金结构钢的介绍3、渗碳钢重点内容1.合金元素对钢性能的影响2.合金钢的分类3.常用合金结构钢的性能、成分、热处理方法和用途普通低合金钢、易切削钢、渗碳钢本章学习要求（1）熟悉常用合金钢的分类和编号方法，做到根据牌号即能推断出其类别，并会分析其中碳与所含合金元素的质量分数及其所起的主要作用；

（2）掌握常用合金钢的种类、典型牌号、成分、性能特点、热处理工艺、使用状态下的组织及主要用途。

指出下列每种金属材料的类别、含碳量、热处理工艺特点及其主要用途：