航空工程材料课件 19-合金钢

5-2合金钢（二）课前回顾任务实施1.什么是合金钢？加入合金元素对钢的性能有哪些影响？2.合金钢有哪些分类方法？3.合金结构钢是怎样编号的（20CrMnTi）？4.普通低合金钢、易切削钢和渗碳钢在组织成分、性能和用途上各有什么特点？知识目标1.掌握合金结构钢、合金工具钢的种类和牌号；2.掌握飞机中常用的合金结构钢。能力目标能根据牌号判断常用合金钢的种类、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。教学目标素质目标1.安全意识；2.勤于思考，善于提问。新课导入：飞机起落架安全意识飞机发动机或机身结构的一些重要结构件，如起落架、涡轮轴↓工作时受很大应力，及强烈震动等交变载荷，零件形状复杂，易造成应力集中↓高强度+良好的塑性、韧性↓调质钢4、合金调质钢调质后使用的钢种。（1）性能要求良好的综合力学性能。良好的淬透性。调质件（螺杆）调质处理：通常指淬火+高温回火，以获得回火索氏体的热处理工艺。方法也就是先淬火，淬火温度：亚共析钢为Ac3+30--50℃;过共析钢为Ac1+30--50℃；合金钢可比碳钢稍稍提高一点。淬火后在500--650℃进行回火即可。调质的主要目的是得到强度、塑性都比较好的综合机械性能。五、合金结构钢的介绍（2）

成分特点⑴中碳：0.25--0.5%C。⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B；②强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni；③细化晶粒:Ti、V；④防止第二类回火脆性:W、Mo。

调质件（冷却轮）破碎机主轴五、合金结构钢的介绍4、合金调质钢（3）热处理及组织特点调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→(表面淬火+低温回火)→精磨→装配调质目的：获得良好综合力学性能；使用状态下的组织为：表面：M回；心部：S回为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。回火索氏体五、合金结构钢的介绍4、合金调质钢（4）常用钢号及用途低淬透性钢：D0油<30--40mm，常用45、40Cr，用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。中淬透性钢：D0油≈40--60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。五、合金结构钢的介绍4、合金调质钢（4）常用钢号及用途高淬透性钢：D0油>60mm，常用40CrNiMo，用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。合金结构钢曲轴五、合金结构钢的介绍4、合金调质钢弹簧、板簧等弹性元件必须具有高的弹性极限，以承受较大载荷，而不发生塑性变形；所受载荷多为交变载荷，应具有较高的疲劳强度。↓↓弹簧钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。（1）

性能要求弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。高的σe，σe/σb；高的σ-1；足够的韧性；高的淬透性。五、合金结构钢的介绍5、合金弹簧钢（2）

成分特点中高碳：碳素弹簧钢为0.6-0.9%C；合金弹簧钢为0.45-0.7%C；

合金元素作用：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr；提高

e/

b：Si；细化晶粒：Cr、V、W。汽车弹簧弹簧丝五、合金结构钢的介绍5、合金弹簧钢（3）

热处理及组织特点⑴冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250-300℃)；用于<φ10mm弹簧。⑵热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下的组织：T回；用于大截面弹簧(>φ10mm)。汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧五、合金结构钢的介绍5、合金弹簧钢（4）

常用钢号及用途：Si、Mn弹簧钢：如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。Cr、V弹簧钢：如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧五、合金结构钢的介绍5、合金弹簧钢用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。（1）

性能要求轴承工作时，承受接触应力(达3000-3500MPa)、周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦；高而均匀的硬度和耐磨性；高的

b和接触疲劳强度；足够的韧性、淬透性和耐蚀性。圆柱滚子轴承自动调心球轴承五、合金结构钢的介绍6、滚动轴承钢推力球轴承滚针轴承（2）

成分特点：高碳：0.95-1.10%C合金元素：以Cr为主，加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。五、合金结构钢的介绍6、滚动轴承钢（3）

热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢。热处理：球化退火+淬火+低温回火。组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)；淬火后进行冷处理(-60℃--80℃)，以减少A’、稳定尺寸。

6、滚动轴承钢五、合金结构钢的介绍（4）

常用钢号及用途：应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承五、合金结构钢的介绍6、滚动轴承钢六、合金工具钢1.合金工具钢（1）按用途分为：刃具钢；模具钢；量具钢。刃具模具量具六、合金工具钢1.合金工具钢（2）合金工具钢的编号表示：一位数字（没有数字）+元素+数字+……采用一位数字表示平均含碳量的千分数，当含碳量≥1%时，则不予标出；其余与合金结构钢一样。六、合金工具钢1.合金工具钢（2）合金工具钢的编号9SiCr，表示平均含碳量为0.9%，主要合金元素Si、Cr元素含量均≤1.5%的合金工具钢。Cr12MoV平均含碳量为1.45~1.70%，主要合金元素为11.5%~12.5%的铬，钼和钒的含量小于1.5%的合金工具钢。课堂练习写出下列牌号所表示的含义：9SiCrCr12MoV六、合金工具钢2.刃具钢用来制造各种切削刀具的钢种。（1）性能要求：高硬度：(≥HRC60)，主要取决于含碳量。高耐磨性：靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。高热硬性：即高温下保持高硬度的能力。切削加工六、合金工具钢2.刃具钢用来制造各种切削刀具的钢种。（1）性能要求：足够的韧性：以防止脆断和崩刃。六、合金工具钢2.刃具钢（2）分为以下几种：低合金工具钢；高速钢（俗称锋钢/白钢）。切削加工的基本形式六、合金工具钢2.刃具钢低合金工具钢：由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3%-5%)形成。（1）成分特点：⑴高碳：0.75-1.5%C。⑵合金元素作用：①提高淬透性：Cr、Mn、Si②

提高耐回火性：Si③提高耐磨性、细化晶粒：W、V低合金工具钢制品六、合金工具钢2.刃具钢低合金工具钢：（2）热处理及组织：同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)。

（3）常用钢号及用途：应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。丝锥板牙低合金工具钢扳手六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）制造高速切削刃具用钢。（1）性能特点:高热硬性(600℃)、高淬透性（2）成分特点：⑴高碳:0.70-1.5%C⑵合金元素作用：①

提高淬透性：Cr②

提高热硬性、耐磨性：W、Mo、V高速钢冷轧钢带高速钢形材六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（3）加工与热处理：加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。W18Cr4V钢的铸态组织六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（3）加工与热处理：加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。

退火后组织：S+颗粒状碳化物淬火目的:获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：M+未溶碳化物(-10%)+A’(-20%)W18Cr4V钢的淬火组织六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（3）加工与热处理回火目的：主要为减少A’。消除内应力、稳定组织。常用560℃三次回火；回火时的组织变化：①析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。高速钢硬度与回火温度关系②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。W18Cr4V钢热处理工艺示意图六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（4）使用状态下组织：M回+颗粒状碳化物+A’（少量）。W18Cr4V钢淬火、回火后的组织六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（4）使用状态下组织：M回+颗粒状碳化物+A’（少量）。铸态淬火回火态淬火态退火态六、合金工具钢2.刃具钢高速钢（俗称锋钢/白钢）（5）常用钢号及用途常用钢号为W18Cr4V(18-0-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。六、合金工具钢3.模具钢用以制造冷热模具的钢种。（1）分类：冷作模具钢：制造金属冷成型模具钢种。热作模具钢：制造使加热金属或液态金属成型模具钢种。汽车冲压模具六、合金工具钢3.模具钢用以制造冷热模具的钢种。（1）分类：冷作模具钢：制造金属冷成型模具钢种。1）性能要求高硬度和耐磨性。足够的强度和韧性。良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）。汽车冲压模具六、合金工具钢3.模具钢3）常用钢种：小尺寸、形状简单、受力不大的模具，可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造。用于制造冷冲模、挤压模等。常用钢号为Cr12和Cr12MoV。2）成分特点：高碳(1.4-2.3%C)，高铬(11.5-13%Cr)合金元素作用：Cr提高淬透性；Mo、V提高耐磨性，细化晶粒。Cr12钢六、合金工具钢3.模具钢用以制造冷热模具的钢种。（1）分类：热作模具钢：制造使加热金属或液态金属成型模具钢种。1）性能要求：⑴高温下良好的综合力学性能。⑵抗热疲劳性能。⑶高的淬透性和良好的导热性。六、合金工具钢3.模具钢2）常用钢种：热锻模钢：5CrNiMo、5CrMnMo。前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。使用状态下的组织：S回。热镦模凸缘模合金结构钢类别含碳量典型牌号用途普通低合金钢≤0.2%CQ345(16Mn)Q390，Q460船舶、桥梁、车辆；中等压力的压力容器；温高压容器；易切削钢Y15、Y40Mn、T10Pb自动机床加工的承载不大的零件调质钢0.25~0.5%C40Cr40CrNi40CrNiMo齿轮、轴、螺栓；大中型零件；曲轴；渗碳钢0.1~0.25%C20Cr20CrMnTi18Cr2Ni4WA活塞销、凸轮轴；变速箱齿轮；柴油机曲轴；合金弹簧钢0.45~0.7%C65Mn、60Si2Mn50CrV大截面弹簧；大截面、大载荷、耐热的弹簧滚动轴承钢0.95~1.10%CGCr15GCr15SiMn大中型轴承；大型轴承合金工具钢类别含碳量典型牌号用途刃具钢低合金工具钢0.75~1.5%C9SiCr低速刃具，如丝锥、板牙高速钢0.70~1.5%CW18Cr4VW6Mo5Cr4V2高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等模具钢冷作模具钢高碳(1.4~2.3%C)高铬(11.5~13%Cr)Cr12、Cr12MoV冷冲模、挤压模热作模具钢5CrNiMo5CrMnMo大型热锻模；中小型热锻模重点内容1.合金结构钢和合金工具钢的分类，及其组成特点、性能、热处理工艺和用途2.根据金属材料牌号判断类别、性能特点和主要用途课堂练习任务实施16Mn合金渗碳钢20CrMnTi滚动轴承钢50CrVA普通低合金结构钢40Cr合金弹簧钢GCr15合金调质钢9SiCr易切削钢Y40Mn合金工具钢课堂