第六章 合金钢精选文档.ppt

第六章 合金钢本讲稿第一页，共五十四页6.1 概论 合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺 性能或物理、化学性能，在冶炼 时特意往钢中加入一些合金元素，这种钢称为合金钢碳钢的缺点：淬透性低；回火抗力差；基本相软 本讲稿第二页，共五十四页 一、Me对基本相的影响基本相：铁素体；碳化物合金元素：分为碳化物形成元素和 非碳化物形成元素非碳化物形成元素：Ni Si Al Co Cu等碳化物形成元素：Mn Cr Mo W V Ti Nb Zr本讲稿第三页，共五十四页对铁素体：合金元素溶于铁素体，形成合 金铁素体，提高基体的强度。对碳化物：弱和较强碳化物形成元素形成 合金渗碳体，如（Fe,Cr)3C等 合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高 合金元素还可以形成特殊碳化物 如，Cr7C3 WC TiC等特殊碳化物比合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高本讲稿第四页，共五十四页 二、对Fe-Fe3C相图的影响 1.Ni Mn Co N等合金元素扩大A区 2.Cr V Mo等合金元素缩小A区 3.合金元素使相图的S点和E点左移本讲稿第五页，共五十四页 三、对加热和冷却转变的影响 （一）对加热转变的影响 除了Ni，Co以外的合金元素，均减慢A的 形成过程；除了Mn以外，合金元素阻碍A晶粒的长大本讲稿第六页，共五十四页 （二）对过冷A转变的影响 1.除了Co以外的合金元素使C曲线右移 2.除了Co，Al以外，合金元素降低Ms点，并增加残余奥氏体量本讲稿第七页，共五十四页 四、对回火转变的影响 1.提高回火抗力（回火稳定性）合金元素阻碍原子的扩散，使马氏体不易分解，且分解后碳化物不易聚集长大，从而使钢的硬度随回火温度的升高而 下降的程度减弱。本讲稿第八页，共五十四页 2.产生二次硬化现象 在某一回火温度范围内，随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高 一般 在含碳化物形成元素较多的合金钢中出现。本讲稿第九页，共五十四页 3.产生回火脆性 钢的韧性明显降低 第一类回火脆性：250400范围内产生 产生后无法消除，所以称不可逆的 避免在此温度范围内回火 本讲稿第十页，共五十四页第二类回火脆性：550650范围内产生 产生以后可消除，所以称可逆的预防措施：回火后快速冷却 加入合金元素，如Mo W等 五、合金钢的分类按用途分为三大类：合金结构钢；合金工具钢；特殊性能钢本讲稿第十一页，共五十四页6.2 合金结构钢结构钢：用于制造机械零件以及工程构件 一、分类及编号6类化学符号：平均含碳量，1/10000：所含元素的含量，1.5以下不标含量本讲稿第十二页，共五十四页 二、普通低合金钢 1.用途：制造桥梁，船舶，车辆，管道等 2.性能要求：高屈服极限，高s/b 良好的塑性和焊接性能 一定的耐腐蚀性 3.成分特点：低碳，0.2；保证塑性 和韧性；焊接性能 主加元素：Mn 固溶强化，提高强度本讲稿第十三页，共五十四页 辅加元素：Ti V Nb Cu等 Ti V Nb细化晶粒 Cu提高钢对大气的抗腐蚀能力4.常用钢 16Mn 15MnV 16MnCu5.热处理 热轧或正火本讲稿第十四页，共五十四页 三、易切钢加入合金元素，使其成为容易被切削的钢 1.附加元素 S Pb Ca 等 S：形成（Mn,Fe）S夹杂物，中断基体 的连续性 Pb：孤立呈细小颗粒 Ca：形成高熔点硅酸盐（13001600）附在刀刃上，起减磨作用的保护膜本讲稿第十五页，共五十四页 2.钢号 Y12 Y40Mn Y40CrSCa 四、渗碳钢用于制造渗碳零件的钢 1.用途 表面承受强烈的磨损，并承受动载荷 的零件。如，齿轮 本讲稿第十六页，共五十四页 2.性能要求 表面具有较高的硬度、疲劳强度 中心具有较高的韧性和足够的强度 3.成分特点 C：低碳，保证心部的韧性。0.10.25 主加元素：Cr,Ni,Mn等，淬透性 强化铁素体，提高心部性能本讲稿第十七页，共五十四页 辅加元素：W,Mo,V,Ti等 细化晶粒，提高韧性和强度 4.常用钢号 20 20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W 5.热处理 渗碳+淬火+低温回火 本讲稿第十八页，共五十四页 五、调质钢经调质后使用的钢调质后钢具有良好的综合机械性能，因此调质钢用于制造重要零件。如，机床主轴等 1.成分特点 中碳，0.250.5C。含碳量过低，则强度、硬度不足；过高则韧性不足本讲稿第十九页，共五十四页 主加元素：Cr Ni Mn 等 淬透性；强化铁素体 辅加元素：W Mo Ti V 等 细化晶粒；提高回火抗力 W Mo：防止产生第二类回火脆性 2.常用钢号 40 40Cr 40CrMn 40CrMnMo 3.热处理：调质处理本讲稿第二十页，共五十四页 六、弹簧钢 弹簧作用：减振 驱动 1.性能要求 高的弹性极限（避免高载荷下发生塑性变形）高的疲劳极限（避免疲劳破坏）高的s/b（尽可能高的弹性极限）具有一定的塑性和韧性，较好的淬透性本讲稿第二十一页，共五十四页 2.成分特点 中高碳钢，0.60.75C，保证高的疲劳极限和屈服极限 合金钢：0.450.7 C 主加元素：Si Mn Cr 等 淬透性，固溶强化 Si：显著提高s/b1本讲稿第二十二页，共五十四页 辅加元素：Mo W V 等 减少脱碳倾向、过热倾向 3.钢号 65 65Mn 60Si2Mn 50CrVA 4.热处理尺寸不同，成形与热处理不同 1）热成形 大于1015mm 淬火加热成形利用余热淬火中温回火本讲稿第二十三页，共五十四页 2）冷成形 铅浴等温处理 冷拉加热A化500550铅浴等温 成形区应力退火（200300）组织转变：AS 淬火回火钢丝 冷拉淬火+中温回火成形区应力退火本讲稿第二十四页，共五十四页 七、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承内、外圈及滚动体 1.工作条件 滚动体和内外圈均受交变载荷；接触应力大；不但有滚动，而且有滑动，受强烈的磨损本讲稿第二十五页，共五十四页 2.性能要求 高而均匀的耐磨性；高的弹性极限和接触疲劳极限；足够的韧性和淬透性；一定的抗蚀性能 3.成分及牌号 高碳，0.951.15C。保证高的强度、硬度和耐磨性本讲稿第二十六页，共五十四页 主加元素：Cr 淬透性 形成Cr的碳化物，接触疲劳强度 和耐磨性 辅加元素：Si Mn 淬透性 牌号：GCr，Cr 含量以1/1000为单位 4.钢号 GCr15 GCr15SiMn本讲稿第二十七页，共五十四页 5.热处理 预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火本讲稿第二十八页，共五十四页6.3合金工具钢 用于制造刀具、模具、量具一、分类及编号 1.按成分分 1）碳素工具钢 2）合金工具钢 2.按用途分 1）刃具钢 3）模具钢 3）量具钢本讲稿第二十九页，共五十四页 3.编号 与合金结构钢类似形式：化学符号 前面的数字：平均含碳量 以1/1000 合金元素的表示方法与结构钢相同 如，9SiCr 高速钢不标旱碳量，如W18Cr4V合金工具钢都是高级优质钢，故不标A本讲稿第三十页，共五十四页 二、刃具钢（一）工作条件 其任务是进行切削 刀具承受压力；有相对摩擦，产生热量，切削速度越大，温度越高；承受一定的 冲击和振动本讲稿第三十一页，共五十四页 （二）性能要求 1.高的硬度和耐磨性 高硬度：主要取决于含碳量高耐磨性：不仅取决于高硬度，也与钢中 碳化物数量及分布状况有关 高碳马氏体+均匀细小碳化物 这种组织的硬度和耐磨性高 所以，刃具钢都是高碳钢本讲稿第三十二页，共五十四页 2.高的红硬性红硬性：在高温下刃具仍高硬度的能力 又称热硬性 回火稳定性越高，红硬性越好 3.一定的强度、塑性和韧性本讲稿第三十三页，共五十四页 （三）碳素刃具钢 T7T13 T7AT13A 含碳量越高，钢的耐磨性越好，韧性越差 热处理：淬火+低温回火 组织：细回火马氏体（M）+细小碳化物 +残余奥氏体（少量）缺点：淬透性低；热硬性差本讲稿第三十四页，共五十四页 （四）低合金刃具钢 Me5 1.常用低合金刃具钢 9SiCr 9Mn2V CrWMn 合金元素作用：淬透性，热硬性 比碳素刃具钢的好 本讲稿第三十五页，共五十四页 2.热处理预先热处理：球化退火最终热处理：淬火+低温回火 组织：细马氏体+碳化物（粒）+残余奥氏体本讲稿第三十六页，共五十四页 （五）高速钢 前两类钢的红硬性低，不能用于高速切削高速钢的红硬性的达 600，可长期保持 刃口锋利，又称“锋钢”本讲稿第三十七页，共五十四页 1.化学成分 高碳：0.71.65 保证形成足够数量的合金碳化物以及 高碳马氏体，保证高硬度、高耐磨性 和高红硬性 合金元素：含有大量的W Mo Cr V等碳 化物形成元素本讲稿第三十八页，共五十四页W：提高红硬性的主要元素 耐磨性，阻碍晶粒长大 退火以后，W在钢中以Fe4W2C的形式存在。淬火加热时，部分溶入A中，淬火后形成溶有W的马氏体，这种马氏体在 500600回火时析出弥散的W2C，造成二次硬化。本讲稿第三十九页，共五十四页 Cr：淬透性 Cr23C6 1100全部溶入 V：阻碍晶粒长大 V溶于马氏体时也能提高热硬性 Mo：作用与W相似，1代替2 Co：提高钢的临界点 因此，允许加热到更高的温度，充分 发挥合金元素的作用本讲稿第四十页，共五十四页 2.常用高速钢 W系：W18Cr4V 18-4-1 发展最早，应用最广W-Mo系：W6Mo5Cr4V2 6-5-4-2 高温塑性好本讲稿第四十一页，共五十四页 3.锻造及预先热处理 必须反复锻造原因：高速钢因含有大量的合金元素，使 E点显著左移，故高速钢属来氏体钢。其组织中具有鱼骨壮共晶碳化物，这些 粗大的碳化物不能用热处理方法消除，只能用锻造的方法将其击碎并均匀分布本讲稿第四十二页，共五十四页 预先热处理：退火或 退火+调质本讲稿第四十三页，共五十四页 4.高速钢的热处理特点 1）淬火加热温度很高 W18Cr4V 12601280 W6Mo5Cr4V2 12201240 因为温度越高，溶入A中的合金元素越多，淬火后马氏体中的合金元素越多，回火后具有高的红硬性 W18Cr4V 12701280，A中，78W，4Cr，1V本讲稿第四十四页，共五十四页 2）淬火加热时进行预热高速钢的导热性较差。加热时为了减少热应力，防止变形和开裂。必须进行预热 一般两次预热：第一次，550 第二次，850本讲稿第四十五页，共五十四页 3）在550570回火，回火三次淬火后组织：M+K+AR其中，过剩的K在回火时不发生变化，只有A和AR发生转变 550570回火时硬度达最大值 原因有二：本讲稿第四十六页，共五十四页 回火三次：高速钢的合金元素含量高，因此其MS点低，淬火后AR量多，因此硬度不高。为使AR转变为M，并从M中析出弥散的K 以产生弥散强化，要在550570回火 三次。一次回火后，减少至15 二次回火后，减少至35 三次回火后，减少至12本讲稿第四十七页，共五十四页 后一次回火可消除前一次回火时由于 ARM所产生的内应力 回火组织：回火马氏体（M）+K粒+AR本讲稿第四十八页，共五十四页 三、模具钢 模具钢种类：冷作模具钢 热作模具钢 （一）冷作模具钢 1.工作条件 在接近室温的状态对金属进行塑性变形，模具承受大的载荷，如剪力、压力弯力矩，且受冲击；同时模具与坯料之间发生强烈的摩擦本讲稿第四十九页，共五十四页 2.性能要求高硬度；高耐磨性，尺寸精度；足够的强度和韧性 3.成分与刃具钢相同，是高碳钢中小型模具：T10A 9SiCr 9Mn2V CrWMn大型模具：Cr12 Cr12MoV本讲稿第五十页，共五十四页 4.热处理淬火+低温回火本讲稿第五十一页，共五十四页（二）热作模具钢 1.性能要求（1）强度与韧性的良好的配合（2）高的回火抗力（3）抗热疲劳性 2.钢号 中碳钢：5CrMnMo 5CrNiMo 3.热处理 淬火+带温回火（中温或高温回火）本讲稿第五十二页，共五十四页四、量具钢 1.性能要求 1）高硬度、耐磨性 2）尺寸稳定性 3）足够的韧性及磨削加工性 2.常用钢 精度要求低且简单：T10 10 15 65Mn 高精度量具：CrWMn GCr15本讲稿第五十三页，共五十四页 3.热处理淬火+冷处理+回火+时效引起尺寸变化的因素：1）残余奥氏体的转变 ARM 2）马氏体的分解 3）应力本讲稿第五十四页，共五十四页