合金钢全部3学习.pptx

2023/3/151长江发源于青藏高原唐古拉山脉主峰各拉丹冬雪山的西南侧（北纬3328，东经9108），源头冰川未端在海拔5400余米。干流流经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海11个省、自治区、直辖市，于崇明岛以东注入东海，全长6300余公里.第1页/共62页2023/3/152Alloy Steel第2页/共62页2023/3/153合金钢：为了改善钢的力学性能、工艺性能或 理化性能，有意往钢中加入一些合金元素，这种 钢称为合金钢。第3页/共62页2023/3/154 长 江 上 的 三 座 桥 武汉大桥 50年代 碳素结构钢 强度低 主跨128米 南京大桥 60年代 主跨160米 16Mn 较碳钢节约20 九江大桥 80年代 主跨216米 15MnVN 较16Mn节约20 合金钢的发展，促进了工业技术的进步第4页/共62页2023/3/155武汉长江大桥第5页/共62页2023/3/156南京长江大桥 第6页/共62页2023/3/157九江长江大桥第7页/共62页2023/3/158各个国家都投入大量的人力、物力，用于高性能材料的研究开发，抢占材料研究的制高点。我国的863、973科研计划，材料学科都占据了重要的位置。合金钢用量占钢铁材料的比例，反映 了 一个国家工业技术的水平。第8页/共62页2023/3/159Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强 钢 中 的 合 金 元 素第9页/共62页2023/3/1510 一是溶解碳钢原有相中；二是形成新相。存在形式决定于元素与碳的亲和力、数量和性质。溶入F(相）：非碳化物元素和部分弱碳化物元素；例如：Mn、Ni、Co、Si、Al、B 产生固溶强化 1、溶入原有相：合金元素对钢基本相的影响第10页/共62页2023/3/1511合金元素对铁素体相性能的影响 第11页/共62页2023/3/1512 多是碳化物形成元素，与碳的亲合力比较强，形成合金碳化物。它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。这些元素提高钢的强硬度、耐磨性，降低塑、韧性。2、形 成 合 金 碳 化物：几种化合物的性能化合物化合物NbCTiCZrCVCFe3C熔点37703410380530231227硬度(HV)2050285028402010800第12页/共62页2023/3/1513非碳化物形成元素溶入F固溶强化弱碳化物形成元素形成合金渗碳体较硬，耐磨，比Fe3C更稳定强碳化物形成元素形成特殊碳化物高熔点，硬，耐磨，最稳定第13页/共62页2023/3/1514扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数作用:使A3线温度下降,A4线温度上升。例如：ZGMn13 含 Mn 13%，1Cr18Ni9 含 Ni9%得到单相A组织与-Fe形成无限固溶体 Mn Ni Co与-Fe形成有限固溶体 N Cu 1、扩大奥氏体区：Mn 元素对奥氏体区的影响 四、合金元素对铁碳相图的影响 第14页/共62页2023/3/1515Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等。作用:使A3线温度上升,A4线温度下降。与-Fe形成无限固溶体 Cr、V与-Fe形成有限固溶体 Mo、W、Ti、Al、Si例如：1Cr17 含 Cr17%得到单相F 2、缩小奥氏体区：Cr 对奥氏体区的影响第15页/共62页2023/3/1516v 几乎所有的合金元素。v 作用:S点和E点的成分向左移。使A1线的温度变化。例如：3Cr2W8V 0.3%C 出现二次渗碳体 W18Cr4V 0.7-0.8%C 出现共晶莱氏体 3、使 S.E 点 左 移：元素对 S 点成分的影响第16页/共62页2023/3/1517 Cr 元素对S、E点的影响 Mn 元素对S、E点的影响 第17页/共62页2023/3/1518 合 金 钢 的 分 类 及 牌 号按用途分类：合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢按合金元素含量分类：低合金钢 高合金钢第18页/共62页2023/3/1519数字+化学元素+数字1、前面(两位）数字表示钢平均含碳量的万分数；2、后面的数字表示合金元素含量。合金元素含量小于1.5%时，不标含量；等于或大于1.5%、2.5%时，以2、3表示。4、特殊标注：滚珠轴承钢，注明“G”，铬含量千分数为单位；3、S、P量较低的高级优质钢，加A 结 构 钢 编 号 原 则 第19页/共62页2023/3/15合金结构钢的牌号 60 Si2 Mn（合金结构钢）平均含硅量为2平均含碳量为0.60主要合金元素为锰，含量小于1.5第20页/共62页2023/3/15特殊专用钢的牌号 GCr15滚动轴承钢主要合金元素为铬，平均含量为15%第21页/共62页2023/3/1522数字+化学元素+数字1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数；含碳量1时，不写数字。2、后面的数字表示合金元素含量。合金元素含量小于1.5%时，不标含量；等于或大于1.5%、2.5%时，以2、3表示。4、特殊标注：高速钢，例如：W18Cr4V；3、S、P量较低的高级优质钢，加A 工 具 钢 编 号 原 则第22页/共62页2023/3/15合金工具钢的牌号 第23页/共62页2023/3/1524合金结构钢合金结构钢(Alloy Constructional Steel)普普 通通 低低 合合 金金 结构结构 钢钢合合 金金 渗渗 碳碳 钢钢 合合 金金 调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚滚 动动 轴轴 承承 钢钢 第24页/共62页2023/3/1525一一.低合金结构钢低合金结构钢(common low alloyed steel)又称“低合金高强度钢”用途：工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁。1、用途及性能：第25页/共62页2023/3/1526性能要求：1）高强度，300Mpa以上；省料和减少自重；2）高的塑性和韧性；3）好的焊接性和冷变形性，有利于成型。1）低碳，WC0.25%，以保证足够的韧性；2）以Mn为主强化元素，价格较廉；3）加入少量Nb、V强碳化物元素，达到细化晶粒的效果；2、成分特点：低碳细化晶粒、弥散强化元素 第26页/共62页2023/3/1527300MPa 12Mn350MPa 16Mn450MPa 15MnVN供货状态：热轧空冷 一般不单独热处理 3、热处理及典型钢种：第27页/共62页2023/3/1528二、渗碳钢二、渗碳钢 用途：承受强的磨擦、磨损及交变应 力，一定冲击载荷。例如：汽车中传递动力的齿轮。性能：1）心部足够的强度及优良的韧性；2）良好的淬透性；3）表面处理后，有高的硬度；4）能适应高温渗碳工艺。1、用途及性能：活塞销(20Cr)第28页/共62页2023/3/1529 1）低碳，0.100.20%C，保证足够塑性和韧性；2）加入提高淬透性的元素，Cr、Mn、Ni、B 等；3）加入少量强碳化物形成元素，如Ti、V、Mo等，阻止奥氏体的晶粒长大。渗碳淬火低温回火 15Cr、20Cr、20Mn212CrNi4A、18Cr2Ni4WA 低碳提高淬透性元素强碳化物元素 2、成分特点：3、热处理及典型钢种：第29页/共62页2023/3/1530三、调质钢三、调质钢 用途：齿轮、轴、连杆、高强度螺栓。性能：1）高的强韧性配合；2）好的淬透性。1）中碳，0.3-0.50%C之间，强韧性的合理配合；2）提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、Si、B等；2、成分特点：中碳提高淬透性元素 1、用途及性能：第30页/共62页2023/3/1531 淬火高温回火（调质）3、热处理及典型钢种：第31页/共62页2023/3/1532四、弹簧钢四、弹簧钢 用途：制造各类弹簧。弹簧的作用是吸收和释放能量。性能：1）高的比例极限；2）足够的韧性，硬度适中。热卷大弹簧 1、用途及性能：第32页/共62页2023/3/1533 1）偏高的含碳量，0.50.70%C之间；2）Cr、Si、Mn 可提高淬透性；3）Si、V的使用可以提高回火稳定性。淬火中温回火1）热成型弹簧 65Mn、60Si2Mn。2）冷成型弹簧 T10等大型热卷弹簧 2、成分特点：3、热处理及典型钢种：高碳提高淬透性元素提高回火稳定性元素 第33页/共62页2023/3/1534五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 用途：制造滚动轴承 性能：1）高强度和硬度；2）高的接触疲劳抗力，接触应力可达3000-3500MPa；3）高的耐磨损能力。高碳提高淬透性元素 0.951.15%C Cr、Si、Mn 2、成分特点：1、用途及性能：第34页/共62页2023/3/1535球化退火淬火低温回火GCr9 小轴承GCr15 多数轴承GCr15SiMn 壁厚14的大轴承 3、热处理及典型钢种：第35页/共62页2023/3/1536超级钢超级钢 新一代钢铁材料 “新一代钢铁材料”，就是使用现有的设备（或略加改造），用一种便宜的办法（不是加入合金元素，增加成本的办法），也不是大变形量，低温扎制的办法，在比较高的温度下轧制钢材，在轧制过程钢材产生相变，“形变诱导铁素体相变”，通过改变钢材物理性能和显微组织，得到超细显微组织，提高钢材的力学性能，在性能价格比提高和经济性优良的情况下，保持钢材韧性和塑性的同时，把现在钢材的强度提高一倍，使用寿命提高一倍，从而得到良好的经济效益和社会效益第36页/共62页2023/3/1537 国家973项目“新一代钢铁材料”重大基础研究首席科学家翁宇庆教授。项目由国家冶金工业局统一组织，参加此项目的有五个大专院校（北京科技大学、清华大学、东北大学等），四个研究院所（钢铁研究总院、中科院沈阳金属所等），九个钢铁企业（宝钢、首钢、鞍钢、武钢、攀钢、唐钢、淮钢、珠江钢厂、大连钢厂）三个汽车厂。涉及的品种有：螺纹钢、薄 板、中厚板、薄板坯、特殊钢等（还未见 钢管品种的报导）。第37页/共62页2023/3/1538 项目的设想是把占全国钢材总产量 70%的三类钢，即碳素、低合金、合金结构钢的强度或使用寿命提高一倍。在前期研究的基础上，研究人员提出了碳素结构钢的屈服强度由目前的200MPa提高到400MPa，低合金结构钢的屈服强度由目前的400MPa提高到800MPa，合金结构钢抗拉强度由800MPa提高到1500MPa。新一代钢铁材料性能的提高，还有望降低目前约占全国总能耗十分之一的钢铁工业对能源、资源的消耗。第38页/共62页2023/3/1539 新一代钢铁材料具有超细晶、高洁净、高均匀性的特征。该材料用于汽车钢板，使车身超轻，强度提高80，自重下降25；用于铁路，铁轨自重减少1025，称为瘦身工程；用于建筑，在不使用合金元素的情况下达到三级即400MPa建筑用钢强度，如果少用合金元素可达到四级即500M Pa建筑用钢强度；用于机械制造，具有抗延迟断裂、高疲劳寿命的特点，是高强（1300MPa）合金结构钢。第39页/共62页2023/3/1540合金工具钢Alloy Tool Steel第40页/共62页2023/3/1541用途：制造卡尺，量规、塞规等；量 具 钢 用途及性能：卡 尺量 规千分尺 第41页/共62页2023/3/1542 1）高硬度和耐磨性，HRC56；2）热处理变形小，尺寸稳定；3）好的加工工艺性。4）良好的耐蚀性;性能：第42页/共62页2023/3/1543 合金刃具钢alloy cutting tool steel第43页/共62页2023/3/1544 什么是合金刃具钢？用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用于制造各类切削刀具的合金钢。（alloy cutting tool steel）低合金 刃具钢 高合金 刃具钢 第44页/共62页2023/3/1545刃具钢 主要用途 车刀端面铣刀钻头丝锥板牙盘型铣刀齿轮滚刀 第45页/共62页2023/3/1546 2.性能要求（properties)（1）高硬度 (hardness)一般刃具钢60HRC，部分刃具钢70HRC （2）高的耐磨性（wearability)决定了刀具的耐用度；耐用度：刀具由开始切削到磨钝的时间。第46页/共62页2023/3/1547 模具钢Die steel 第47页/共62页2023/3/1548用途：在室温下对金属进行变形的模具；如冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。性能：1）高硬度；2）高的耐磨性；3）足够的韧性和疲劳抗力。汽车冲压模具 冷 作 模 钢(cold-working die steel)用途及性能：第48页/共62页2023/3/1549热作模钢(hot-working die steel)用途：高温下对金属进行变形的模具；如热锻模、热挤压模等。性能:1）高强度和韧性的配合；2）高的回火稳定性；3）高的抗热疲劳能力；4）好的淬透性。用途及性能：第49页/共62页2023/3/1550特殊性能钢Special Property Steel第50页/共62页2023/3/1551 一一.不锈钢不锈钢(stainless steel)在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。1、定义：第51页/共62页2023/3/15521)1)马氏体型不锈钢 -CrCr1313型钢牌号:1Cr134Cr13 2、常用不锈钢：第52页/共62页2023/3/15532)2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢牌号:1Cr17、1Cr28等。用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。硝酸生产装置 第53页/共62页2023/3/15543)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢牌号:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途:化工容器、管道等。管板换热器大型化工储罐 第54页/共62页2023/3/1555二二.耐热钢耐热钢在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢抗氧化性(热稳定性)高温强度(热强性)蠕变强度持久强度 1、定义：2、性能：汽车气门 第55页/共62页2023/3/1556 抗氧化钢(不起皮钢):奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti 热强钢珠光体型 15CrMo马氏体型1Cr13奥氏体型18-8型 3、钢种及用途：汽轮机叶片第56页/共62页2023/3/1557三三.耐磨钢耐磨钢 (wear-resistant steel)在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。球磨机挖掘机颚式破碎机 1、定义：第57页/共62页2023/3/1558牌号ZG Mn13 -1一号铸造高锰钢锰含量WMn 13%铸钢高硬度、耐磨性、韧性。2、性能：第58页/共62页2023/3/1559 既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。3、用途：铁路道岔履带球磨机衬板挖掘机铲齿第59页/共62页2023/3/1560See you next time!See you next time!读书消得人憔悴衣带渐宽 终不悔 再 见 第60页/共62页2023/3/1561材料科学与工程学院 第61页/共62页2023/3/1562感谢您的观看！第62页/共62页