合金钢及特殊钢

1、第7章合金钢和特种钢7-1建筑用合金钢7-2合金工具钢7-3耐腐蚀钢7-4其他特种钢，第7章合金钢和特种钢，合金钢是在碳钢中添加一种或多种金属或非金属元素，以改变碳钢的机械和物理性能，如镍和铬。添加合金元素后，新钢可获得以下主要特性：1。强化钢的机械性能，如强度、硬度、冲击值、韧性、弹性、硬化能力等。2.延长钢的使用寿命。3.提高钢材的耐腐蚀性和防锈性，保持钢材表面光洁美观。第七章合金钢和特殊钢根据合金钢的用途，合金钢可分为两类：(1)结构合金钢；(2)特种合金钢。合金钢的详细分类见表7-1。从表7-1可以看出，根据添加的合金元素类型，结构合金钢可细分为以下类型：1。高强度低合金钢。2.热处理

2、用中合金钢。3.弹簧钢。4.渗碳钢。5.氮化钢。第7章合金钢和特殊钢，第7章合金钢和特殊钢。特殊合金钢根据其所含金属元素的类型可分为以下钢种：1。工具钢，如切割钢、抗冲击钢、耐磨钢和热加工钢。2.轴承钢。3.耐腐蚀钢，如不锈钢和耐酸钢。4.耐热钢。5.电磁钢，如无磁钢和硅钢。6.磁钢，如高磁导率钢和永磁钢。第7章合金钢和特殊钢，特殊合金钢的介绍将在第7-3和7-4节中详细解释。在进入结构合金钢的描述之前，我们将重点描述钢中所含元素对其特性的影响，以便学生在接下来的章节中进行介绍时，能够提前掌握组成金属的特性，并系统地吸收和理解它们的本质。在第七章合金钢和特殊钢中，虽然碳不是合金钢的一种添加元素

3、，但它对钢的性能有最大的影响。主要影响因素有：(1)强度增加，抗冲击性降低。(2)提高钢的硬化深度和耐磨性。(3)韧性和延展性降低，加工变得更加困难。第7章合金钢和特种钢，(1)增加韧性。(2)促进钢的石墨化，提高强度。(3)使钢耐高温耐磨。(4)钢的耐蚀性提高，不易变形和生锈。第七章合金钢和特殊钢，(1)耐腐蚀性强。(2)提高钢的硬度和强度。(3)提高耐磨性和耐热性。(4)晶粒细化。第七章合金钢和特殊钢，(1)提高钢的强度和韧性。(2)晶粒细化。(3)提高合金的高温强度和抗蠕变性。(4)提高不锈钢的耐蚀性和镍铬钢的回火脆性。(5)保持钢在红热温度下的强度和硬度，并具有良好的可加工性。第七章合

4、金钢和特殊钢，(1)提高钢的耐热性和耐磨性。(2)钢的硬度和强度可以通过在肥铁中的固溶来提高。(3)当钴含量超过20%时，它能抵抗高温软化。(4)提高合金钢的淬火温度。(5)能提高钢的剩磁，是制造磁钢的主要元素。(6)钨和碳元素结合形成碳化钨刀具。第七章合金钢和特殊钢，(1)提高钢的抗冲击性和抗反复振动性。(2)具有脱酸和脱氧能力，使钢的断面呈固态。(3)使晶粒结构致密。(4)提高钢的高温强度和刀具的切削能力。第七章合金钢和特殊钢：(1)当含量超过12%时，钢的耐磨性和强度增加。(2)提高钢的硬化能，降低淬火温度。(3)钢零件的变形温度降低，变形速度变慢。(4)具有去除氧化硫的作用。第七章合金

5、钢和特殊钢，(1)增加钢的硬化能量，使其耐磨和坚硬。(2)增加钢的矫顽力并使其永久化(2)具有脱酸脱氧功能，防止气孔产生，使钢结构牢固。(3)当含量高时，会增加钢的脆性，而适量会有助于钢的流动性。(4)提高钢的淬火温度。(5)大多数电机专用钢材是硅钢。第七章合金钢和特殊钢，(1)改善钢的可加工性，增加切削时的润滑效果。(2)钢在高温下容易变脆。(1)改善钢的可加工性。(2)提高钢的耐腐蚀性。(3)在常温下容易使钢变脆，降低抗冲击性能。第七章合金钢和特殊钢的优点，合金钢满足工业需要，但价格昂贵，制造困难，需要特殊的热处理工序，这是它的主要缺点。合金钢的主要化学成分和分类见表7-2，这是美国自动化

6、工程学会SAE的分类描述。从表7-2可以看出，合金钢的常见成分是镍、铬、钼等元素，主要类别有碳钢、镍钢、镍铬钢、钼钢、铬钢、铬钒钢、钨钢、镍铬钼钢、硅锰钢等。这些类型的合金钢可以通过以下公式记忆：一个碳、两个镍、三个镍和铬、四个钼、五个铬、六个铬和钒、七个钨、八个镍和铬、钼、九个硅和锰。第7章合金钢和特殊钢，第7章合金钢和特殊钢，7-1结构合金钢，结构合金钢的主要优点是易于淬火和回火后机械性能的提高。它用于制造各种机械的重要零件，不仅具有优异的机械性能如抗拉强度、弹性极限、伸长率、冲击值和疲劳极限，而且具有优异的可加工性如铸造性、可锻性和可加工性。根据添加的合金元素不同，结构合金钢大致可分为：

7、7-1结构合金钢，一般为大型结构框架，不能通过淬火或回火热处理来提高其强度和韧性，但只能用轧制或正火钢代替。此外，当焊接高碳含量的钢时，焊接冷却后，马丁公司的结构变成硬脆的疏松铁结构，容易受到外力破坏。因此，为了改善上述现象，合金元素通常可以添加到低碳钢中，此时，合金元素将溶解在肥铁中，这将增加肥铁的硬度和抗拉强度。7-1根据添加的合金元素的类型和含量，结构合金钢具有不同的硬度和抗拉强度。添加的合金元素主要包括硅、锰、铍、钛、钼、钴、铬等。其中，硅、锰、铍、钛、钼等。对提高硬度和抗拉强度有明显效果。将这些合金元素渗入钢中并溶解在粒状铁中以强化粒状铁，然后改变其机械性能的钢称为高强度低合金钢。7

8、-1结构合金钢，如图7-1所示，是在钢中单独加入各种合金元素后的抗拉强度曲线分布。7-1结构合金钢。从图7-1可以看出，铍、钛、硅、钼和锰的强化效果显著。一般来说，低锰钢和低硅锰钢中的肥铁含量约为75%，具有较好的强化效果，并能改善焊接性。此外，由于所用钢的碳含量低，不会出现硬化和脆性现象，可以避免焊接过程中的淬火裂纹和热应力集中现象。结构合金钢和高强度低合金钢的成分具有以下主要特征：1。碳含量低于一般结构合金钢。2.添加铍、钛、硅、钼、锰等元素能明显强化肥料颗粒的铁结构。3.添加铬、镍和其他元素可以提高钢的耐腐蚀性。高强度低合金钢的主要用途有：公路桥梁、车厢、压力容器、建筑钢架、工业机械等。

9、和不能热处理的大型结构。7-7-1结构合金钢，根据Jominy曲线，钢的表面由于快速冷却速度而获得极高的硬度，并且其结构是马丁的疏松铁结构，并且由于缓慢冷却速度而获得更靠近中心的较软结构，例如疏松铁或粗铁。图中，材料A和B中合金元素的种类和含量不同，硬化能也明显不同。材料A的组成是0.3%碳、0.6%锰、0.7%铬、3.5%镍、0.26%硅和0.35%钼。材料b由0.3%碳、0.7%锰、0.1%铬、0.14%镍和0.26%硅组成。甲材料的硬化能高于乙材料，甲材料的芯部硬度高于乙材料。因此，在向碳钢中添加合金元素之后，可以增加硬化深度并增加硬化能量。7-1结构合金钢，在合金元素中，锰最能增加硬化

10、能，其次是钼、铬、硅、镍等；如果同时加入两种以上的合金元素，硬化能会增加得更明显。此外，晶粒较大的钢的硬化能大于晶粒较小的钢。7-1结构合金钢淬火后易碎。回火后，虽然韧性增加，但强度和硬度也降低。为了避免这一缺点，适当添加合金元素可以有效地改善它。如图7-3所示，显示了铬和钼对回火后钢的硬度的影响。7-1结构合金钢和7-1结构合金钢。从图7-3可以看出，铬和钼含量越多，钢的HRC硬度值越高，钼的影响比铬更明显。因此，铬和钼在高温回火时都能提高钢的硬度、强度和韧性。此外，钼能充分改善淬火镍铬钢或锰铬钢在500650回火时韧性大幅度降低的现象(称为高温回火脆性)。对于300350回火的一般结构钢，

11、韧性降低(称为低温回火脆性)，可加入铝、钛、钒等元素来减少这种现象。建筑用7-1合金钢和热处理用中合金钢可分为镍钢、铬钢、镍铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢等。解释如下：建筑用镍钢具有很强的韧性、耐磨性和耐腐蚀性，主要是因为镍不会与铁形成碳化物，而是完全溶解在肥铁中。7-1结构合金钢，镍钢的转变点温度随着镍含量和碳含量的增加而降低。当镍含量为25%时，加热和冷却之间的转变温度差为500。即使在大气中冷却，也能得到马丁的松散铁结构。这种现象被称为自硬化特性或空气硬化特性。因此，镍含量为530%的镍钢通常被称为不可逆钢，因为加热和冷却之间的差别很大。如图7-4所示，这是镍钢的机械性能。7-1结构合金钢，7-

12、1结构合金钢，一般结构钢的镍含量低于5%，其主要优点是：1。镍可以提高粒状铁的强度和韧性，粒状铁是一种韧性钢。2.低温耐冲击性好。3.镍可以精炼钢的晶粒。4.镍能充分提高钢的抗锈性、弹性极限，增加钢的硬化深度和疲劳强度。镍钢的主要用途是：制造飞机和汽车上的齿轮、链轮、传动轴、曲轴和其他零件，其特点是表面坚硬耐磨，芯部柔软耐冲击。7-1结构合金钢，铬钢是添加约1%铬的碳钢，以获得更高的硬化能、更高的抗回火性和更坚韧的结构。铬钢通常在800-880油中淬火，然后在550-600回火。由于易产生高温回火脆性，回火后直接在水中或油中冷却，以避免回火脆性。从图7-5中可以看出，钢的直径越靠近中心，铬钢的

13、硬度将比碳钢大得多，水冷比油冷更硬7-1结构合金钢、7-1结构合金钢和结构铬钢的优点如下：1。优异的抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性；汽车气缸内壁涂有铬作为耐磨表面。2.低碳低铬合金的硬化能小，韧性强，热处理后无硬化现象。3.高铬含量的低碳钢具有良好的延展性。7-1结构合金钢，镍铬钢是在镍钢中加入铬元素制成的，其作用是将镍熔化成肥铁，使钢坚韧，并加入铬，使其产生碳化铬，从而提高其硬度和淬透性。镍铬钢是最早用于建筑的合金钢，用作枪身的合金钢。7-1结构合金钢和镍铬钢通常在820-880的油中淬火，然后回火至550-600，从而获得韧性。如果冷却温度低于550，镍铬钢将出现回火脆性，失去韧性。如图7-7

14、所示，回火温度越高，冲击值越大，但抗拉强度、屈服点和硬度都大大降低。7-1结构合金钢、7-1结构合金钢和结构镍铬钢的力学性能见表7-4。建筑用镍铬钢通常用于制造轴、齿轮、连杆、高强度螺栓和螺母。7-1结构合金钢，铬钼钢是在铬钢中加入少量钼制成的合金钢，其力学性能与镍铬钢大致相似，不会出现硬化脆性。焊接处的晶粒比镍铬钢更细小，因此具有更好的可焊性，不需要热处理。只有当温度升到400500左右时，这种钢才有很大的潜在强度，所以它更适合高温高压机械零件。7-1结构合金钢和铬钼钢的主要优点是具有优良的硬化能力，回火时抗软化能力强，回火时脆性小。因此，它被广泛使用，并可以取代镍铬钢，成为流行的钢种之一。

15、铬钼钢主要用于制造汽车曲轴、螺栓、薄板和管材。7-1结构合金钢。此外，铬钼钢中的钼元素具有提高回火温度的现象，可以获得较高的强度和韧性。如表7-5所示，是铬钼钢的力学性能。从表中可以看出，铬钼钢的屈服点、抗拉强度和硬度均高于镍铬钢，而延伸率和面积收缩率与镍铬钢相近。7-1结构合金钢、7-1结构合金钢、镍铬钼钢是在镍铬钢中加入1.0%以下的钼得到的韧性钢，是结构钢中最好的钢。钼具有很强的淬火和硬化能力，淬火有效直径超过200毫米，抗回火软化能力很强，因此可以回火到很高的温度，获得极高的强度和韧性。因此，钼可以改善镍铬钢的回火脆性。镍铬钼钢主要用于汽车曲轴、连杆、大型轴和齿轮、高强度螺栓和螺母等。相关机械性能如表7-6所示。7-1结构合金钢、7-1结构合金钢，添加铅、硫、磷等合金元素。变成钢可以使切削切屑变成细小或短的不连续切屑，同时，这些元素还具有润滑作用，增加了机械加工表面的可加工性和表面亮度。这种钢很容易通过添加铅、硫、磷和其他元素进行加工，称为易切削钢。根据添加元素的不同，易切削钢一般可分为两类：(1)硫基易切削钢；(2)铅基易切削钢。7-1结构合金钢在加入锰和硫时，很容易形成硫化锰，使碎片变薄。此外，硫化锰在高温下很粘，在加工过程中会沿加工方向拉伸。如果加入少量的磷，钢将变脆并形成带状结构，这可以增加加工表面的可加工性