第11章 合金钢精选文档.ppt

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1、第11章 合金钢本讲稿第一页，共七十二页第一节第一节 分类及编号分类及编号一、合金钢介绍一、合金钢介绍 为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，在冶炼时为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素特意往钢中加入的一些化学元素(即通常称为合金元素即通常称为合金元素)，所，所得到的钢称为合金钢。得到的钢称为合金钢。改善对象改善对象1.1.提高强度提高强度2.2.提高淬透性提高淬透性3.3.提高高温强度、热硬性提高高温强度、热硬性4.4.提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、电提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、电磁等特殊性能磁等特殊性能本讲稿第二页，共七十二页一、合金钢介绍一

2、、合金钢介绍第一节第一节 分类及编号分类及编号钢中常用合金元素钢中常用合金元素钢的成分中含有的元素一般除钢的成分中含有的元素一般除FeFe、C C外，还包括：外，还包括：常存合金元素常存合金元素 SiSi、Mn Mn 未清除净的杂质未清除净的杂质 S S、P P、H H、O O 主要元素主要元素(含量较高含量较高)CrCr、NiNi、W W、Mo Mo 强碳化物元素强碳化物元素 V V、NbNb、TbTb、ZrZr、B B 其他元素其他元素 Re(Re(稀土稀土)、Al Al 本讲稿第三页，共七十二页二、合金钢分类二、合金钢分类第一节第一节 分类及编号分类及编号1 1按用途分类按用途分类 结构

3、钢结构钢 主要用来制造承受力结构零部件，其中就热处理或专门主要用来制造承受力结构零部件，其中就热处理或专门构件的类型可分别称呼为调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢构件的类型可分别称呼为调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢等。等。工模具工模具钢钢 主要用来制造加工其它零件的工具或模具，其中又主要用来制造加工其它零件的工具或模具，其中又分分为为刃具刃具钢钢、模具、模具钢钢、量具、量具钢钢等。等。特殊特殊钢钢 具有特殊性能而作某具有特殊性能而作某项专项专用的用的钢钢，其中又分，其中又分为为不不锈钢锈钢、耐、耐热钢热钢、电电工工钢钢等。等。2 2按钢的成分分类按钢的成分分类 碳碳钢钢 仅仅含有一定量非人含有一定

4、量非人为为特意加入的常存元素特意加入的常存元素SiSi、MnMn等。等。合金合金钢钢 为为达到某种性能要求，人达到某种性能要求，人为为加入了必要的合金元素。按其加入加入了必要的合金元素。按其加入的量的量较较多元素又有多元素又有铬钢铬钢、锰钢锰钢、铬锰钢铬锰钢、钨钼钢钨钼钢等等；按其总量分为；按其总量分为低、中、高合金钢低、中、高合金钢。10%本讲稿第四页，共七十二页二、合金钢分类二、合金钢分类第一节第一节 分类及编号分类及编号 主要用途主要用途 本讲稿第五页，共七十二页二、二、常用常用合金合金钢钢的牌号的牌号第一节第一节 分类及编号分类及编号 各个国家钢的牌号命名的方法各不相同，仅介绍各个国家

5、钢的牌号命名的方法各不相同，仅介绍我国冶金部统一命名我国冶金部统一命名的一般规定。的一般规定。（碳钢以前已经介绍过）（碳钢以前已经介绍过）合金合金结结构构钢钢(合合结钢结钢)牌号的牌号的组组成成为为：数字数字元素符号和数字元素符号和数字字母字母，其中第一部分用两位数字表示其中第一部分用两位数字表示钢钢的含碳量的万分之几；第二部的含碳量的万分之几；第二部分用化学元素符号表示分用化学元素符号表示钢钢中的所含主要或关中的所含主要或关键键合金元素，元素合金元素，元素含量超含量超过过1.51.5的将含量的百分数用数字的将含量的百分数用数字标标注在元素符号的后面；注在元素符号的后面；第三部分的字母第三部分

6、的字母为级别标为级别标志，注明特殊要求或志，注明特殊要求或专门专门用途。例如用途。例如20CrMnTi20CrMnTi、40Cr40Cr、40MnB40MnB、60Si2Mn60Si2Mn等。等。合金工具合金工具钢钢(合工合工钢钢)牌号的牌号的组组成和合成和合结钢结钢基本相同，基本相同，仅仅第一部分第一部分用一位数字表示用一位数字表示钢钢的含碳量的千分之几，含碳量大于的含碳量的千分之几，含碳量大于1.01.0的将的将这这部分数字略去，如部分数字略去，如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、5CrNiMo5CrNiMo、9CrSi9CrSi、Cr12MoVCr12MoV、W18Cr4VW18

7、Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2等。等。其他其他专用专用牌号牌号 对对于某些于某些专门专门用途或特殊性能的用途或特殊性能的钢钢有些牌号，如有些牌号，如滚动轴滚动轴承承钢钢GCr15GCr15、GCr6GCr6，铸钢铸钢件件ZG45ZG45、ZGMn13ZGMn13，易切削钢，易切削钢 Y40CrSCa Y40CrSCa 等等。等等。本讲稿第六页，共七十二页第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响 合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶解合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，

8、存在形式决定到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的亲和力。于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的亲和力。1.1.非碳化物形成元素非碳化物形成元素 这类这类元素与碳的元素与碳的亲亲合力比合力比铁铁弱，弱，常用元素主要有常用元素主要有NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B等。它等。它们们在低温在低温时时溶解在溶解在铁铁素体中，高温素体中，高温时时溶解于奥氏体中。所有元溶解于奥氏体中。所有元素的溶入，由于固溶素的溶入，由于固溶强强化的化的结结果，均提高材料的果，均提高材料的强强度度和硬度。和硬度。CrCr、NiNi、MnMn少量溶入少量

9、溶入时时，对对塑性影响不大，塑性影响不大，而因而因强强度的提高了材料的度的提高了材料的韧韧性；当数量性；当数量过过多或其他一多或其他一些元素的加入会些元素的加入会对对材料的塑性材料的塑性带带来少量的下降来少量的下降。本讲稿第七页，共七十二页一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2.2.碳化物形成元素碳化物形成元素 这类这类元素与碳的元素与碳的亲亲合力比合力比铁铁强强，常，常用元素主要有用元素主要有MnMn、CrCr、W W、MoMo、V V、ZrZr、NbNb、TiTi等。量等。量少少时时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体溶入渗碳体中，形成

10、合金渗碳体(Fe,M)(Fe,M)3 3C C，一般，一般合金渗碳体都比合金渗碳体都比FeFe3 3C C稳稳定，在奥氏体中的溶解和聚集定，在奥氏体中的溶解和聚集长长大比大比FeFe3 3C C难难。当。当钢钢中合金元素和碳量都中合金元素和碳量都较较高高时时，可，可形成形成稳稳定性更高的合金碳化物，常定性更高的合金碳化物，常见见的有的有MnMn3 3C C、CrCr7 7C C3 3、CrCr2323C C6 6、FeFe4 4W W2 2C C、WCWC、MoCMoC、VCVC、TiCTiC等，它等，它们们具有比渗具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度碳体更高的熔点和更高的硬度。3.3.与碳、碳

11、之外的其他元素的与碳、碳之外的其他元素的结结合合 合金元素与非金属合金元素与非金属元素元素N N、O O、S S结结合，生合，生产夹杂产夹杂物，物，钢钢中常中常见见的有的有TiNTiN、AlNAlN、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、MnSMnS、NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi等。此外等。此外PbPb、CuCu、C C(石墨石墨)以游离以游离态态的方式存在于的方式存在于钢钢中。中。本讲稿第八页，共七十二页一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用本讲稿第九页，共七十二页二、对铁碳相图的影响二、对铁碳相图的影响

12、 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1.1.扩扩大大相区相区 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3线线下移，而下移，而A4A4上上扬扬，扩扩大大了了相区相区。这类这类元素有元素有MnMn、NiNi、CoCo、N N等，也称等，也称为为相相稳稳定化元素。碳也是属定化元素。碳也是属于于扩扩大大相区的元素。当它相区的元素。当它们们的含量增加，的含量增加，A1A1线线也下移。当它也下移。当它们们的含量的含量超超过过一定量后，以致在室温下只有一定量后，以致在室温下只有单单相的奥氏体存在，即相的奥氏体存在，即A1A1点降到室温点降到室温以下或根本不出以下或根本不出现现fccfc

13、c向向bccbcc的的转变转变，这时这时的的钢钢称称为为奥氏体奥氏体类类型型钢钢。2.2.缩缩小小相区相区 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3线线上移，而上移，而A4A4下移，下移，为缩为缩小小相区，相区，这类这类元素有元素有CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、AlAl、SiSi等，也称等，也称为为相相稳稳定化元素。当碳的含量定化元素。当碳的含量较较低，低，缩缩小小相区的合金元素使相区的合金元素使A3A3线线在在G G点以上，点以上，A4A4线线在在N N点以下，两点以下，两线线相遇，造成相遇，造成相区封相区封闭闭，含量超含量超过过一定量后，致在室温下的一定量后，致在室温下

14、的铁铁素体升温直到溶化也不出素体升温直到溶化也不出现现bccbcc向向fccfcc的的转变转变，即，即相和高温的相和高温的相区相通。另外，相区相通。另外，B B、NbNb、ZrZr只能只能缩缩小小相区，而达不到封相区，而达不到封闭闭。本讲稿第十页，共七十二页二、对铁碳相图的影响二、对铁碳相图的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用3.3.影响共析点影响共析点S S的成分的成分 合金元素的加入，随着合金元素的加入，随着对对相区的相区的缩缩小或小或扩扩大，大，除除造成造成A1A1温度的上升或下降外，温度的上升或下降外，对对S S点点还还会造成左右移会造成左右移动动，即改，即改

15、变变S S点的点的成分。成分。统计统计表明，几乎所有的元素都使表明，几乎所有的元素都使S S点左移，同点左移，同时时E E点也随之左移。点也随之左移。例如在例如在MoMo、W W、TiTi含量高的含量高的钢钢中，中，0.30.30.4%0.4%的碳量已是的碳量已是过过共析共析钢钢，而含，而含碳量达到碳量达到0.80.81.01.0就超就超过过了了E E点，在点，在钢钢的的组织组织中出中出现现了莱氏体。了莱氏体。本讲稿第十一页，共七十二页二、对铁碳相图的影响二、对铁碳相图的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用本讲稿第十二页，共七十二页三、对相变过程的影响三、对相变过程的影

16、响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1加加热转变热转变 奥氏体形成速度奥氏体形成速度 合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速度。其中合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速度。其中非碳化物元素中部分，非碳化物元素中部分，CoCo、NiNi可加速奥氏体化，另一些作用不明显，但不可加速奥氏体化，另一些作用不明显，但不会减慢；碳化物元素中部分，会减慢；碳化物元素中部分，CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi大大减慢奥氏体的形成，大大减慢奥氏体的形成，另一些作用不明显，但不会加速。所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故另一些作用不明显，但不会加速。所有元素在奥氏体中的需要

17、均匀化，故奥氏体化的时间必需加长。有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的时间必需加长。有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温度有的要求奥氏体化的温度有的要求1000100011001100或更高。或更高。奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 奥氏体化中的晶粒奥氏体化中的晶粒长长大大过过程，随着与碳的程，随着与碳的结结合力合力的增加，表的增加，表现现出阻碍作用。出阻碍作用。强强碳化物形成元素，如碳化物形成元素，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr就可以就可以强强烈阻止奥氏体晶粒生烈阻止奥氏体晶粒生长长；一般碳化物形成元素，如；一般碳化物形成元素，如W W、MoMo、CrCr可

18、以一定程度的阻止奥氏体晶粒生可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长长；非碳化物形成元素，；非碳化物形成元素，如如SiSi、NiNi、CuCu对对奥氏体晶粒几乎不奥氏体晶粒几乎不发发生影响；而生影响；而MnMn、P P会促会促进进奥奥氏体晶粒的氏体晶粒的长长大。大。本讲稿第十三页，共七十二页三、对相变过程的影响三、对相变过程的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1对对过过冷奥氏体分解冷奥氏体分解 合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的TTTTTT曲线曲线的影响。的影响。1.1.淬透性淬透性 CoCo使使C C曲曲线线左移

19、，降低左移，降低钢钢的淬透性，其它元素都使的淬透性，其它元素都使C C曲曲线线右移，提高淬透性。右移，提高淬透性。2.2.马氏体点马氏体点 除除SiSi、AlAl外，外，这这些元些元素素还还会使会使钢钢的的马马氏体点的温度下氏体点的温度下降。降。降低钢的马氏体点，在淬火到降低钢的马氏体点，在淬火到室温时的残余奥氏体增加。室温时的残余奥氏体增加。本讲稿第十四页，共七十二页三、对相变过程的影响三、对相变过程的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1对对过过冷奥氏体分解冷奥氏体分解 3.3.对对C C曲曲线线的形状的形状 其中主要其中主要表表现为现为C C曲曲线线弯曲出弯曲

20、出现现两个鼻两个鼻尖，珠光体尖，珠光体转变转变和和贝贝氏体氏体转变转变各各对应对应一个，一个，严严重的造成重的造成这这两两个个转变转变曲曲线线分离，中分离，中间间出出现现一一亚稳亚稳区，有的区，有的对对其中某一种其中某一种转转变变有抑制作用，两个鼻尖一前有抑制作用，两个鼻尖一前一后，而一后，而严严重重时时，其中的某一，其中的某一中中转变转变受抑制，而只能受抑制，而只能发发生一生一种种转变转变，如出，如出现贝现贝氏体氏体钢钢 。本讲稿第十五页，共七十二页四、对回火转变的影响四、对回火转变的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1提高了提高了钢钢的回火的回火稳稳定性定性

21、回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。提高回火稳定性表现为许多合金元素可以使回火过程中各个转变速提高回火稳定性表现为许多合金元素可以使回火过程中各个转变速度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度。这是由于它度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度。这是由于它们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被减缓。同样温度下回火的硬度就较高。减缓。同样温度下回火的硬度就较高。2 2产产生二次硬化效果生二次硬化效果 一些含一些含W W、MoMo、V

22、 V较较高的高的钢钢中，回火温度升高到一定程度后，中，回火温度升高到一定程度后，出出现现硬度上升，一般在硬度上升，一般在500500600600中出中出现现一硬度的高峰一硬度的高峰值值，这这种种现现象称象称为为“二次硬化二次硬化”。淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生马氏体转变，材料的硬度得到提高；生马氏体转变，材料的硬度得到提高；在在500500600600下，马下，马氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度氏

23、体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。高，同时强化了铁素体的基体。本讲稿第十六页，共七十二页四、对回火转变的影响四、对回火转变的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用3 3出出现现第二第二类类回火脆性回火脆性 回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内，韧性回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内，韧性出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。一般的碳一般的碳钢钢和合金和合金钢钢在在350350附近附近回火都出回火都出现这现这种种现现象，称象，称为为第一第一类类回回火脆性

24、，通常是不可避免的，所以回火脆性，通常是不可避免的，所以回火不宜在火不宜在这这个温度个温度进进行。部分合金行。部分合金钢钢在在500500650650回火后回火后缓缓冷冷时时，也出，也出现现韧韧性下降，称性下降，称为为第二第二类类回火脆性，通回火脆性，通常常认为认为是部分合金元素如是部分合金元素如NiNi、CrCr、MnMn或或杂质杂质S S、P P等在晶界等在晶界处处出出现现偏聚有关，偏聚有关，只要在回火后采用只要在回火后采用较较快的速度冷却，快的速度冷却，如在水或油中冷却，就可以避免第二如在水或油中冷却，就可以避免第二类类回火脆性的回火脆性的产产生。生。本讲稿第十七页，共七十二页第三节第三

25、节 合金结构钢合金结构钢 一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢 结结构构钢钢主要用来制造工程构件，是机械、交通、石化、建筑用主要用来制造工程构件，是机械、交通、石化、建筑用金属材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。金属材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。用途：用途：工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁、建筑等工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁、建筑等。性能要求：性能要求：高强度，高强度，300Mpa300Mpa以上，受力省料和减少自重；以上，受力省料和减少自重；高韧高韧性，性，2020，直到，直到4040，a ak k24J24J，安全性和防止冷脆；，安全性和防止冷脆；好的焊接

26、性和冷变形性，有利成形。好的焊接性和冷变形性，有利成形。成分特点：成分特点：低碳，低碳，W WC C0.20%Wt0.20%Wt，以保证足够的韧性；，以保证足够的韧性；以以MnMn为主为主强化元素，提高强度，元素来源方便，且价格较廉强化元素，提高强度，元素来源方便，且价格较廉,一般含量在一般含量在1.21.21.5%1.5%，个别低碳的可到，个别低碳的可到1.8%1.8%；部分钢中加入少量部分钢中加入少量NbNb、V V强碳化物形成元素，防止热轧加热过程中晶粒长大，达到细化强碳化物形成元素，防止热轧加热过程中晶粒长大，达到细化晶粒的效果；晶粒的效果；针对特殊用途，可加入针对特殊用途，可加入Cu

27、Cu、P P，提高钢的抗腐蚀，提高钢的抗腐蚀能力。能力。本讲稿第十八页，共七十二页一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理：热处理：一般不需专门热处理，热轧空冷后一般不需专门热处理，热轧空冷后(相当于正火相当于正火)直接使用。直接使用。常用的钢号常用的钢号：本讲稿第十九页，共七十二页二、二、渗碳钢渗碳钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途：用途：工件的表面承受强的磨擦、磨损以及交变应力，经常承受高工件的表面承受强的磨擦、磨损以及交变应力，经常承受高的载荷，特别是冲击载荷。例如汽车、拖拉机、内燃机中传递的载荷，特别是冲击载荷。例如汽车、拖拉机、内燃机中

28、传递动力的齿轮。动力的齿轮。性能要求：性能要求：材料的主体或称心部需要足材料的主体或称心部需要足够够的的强强度及度及优优良的良的韧韧性，以保持性，以保持足足够够的支撑能力，的支撑能力，为为此同此同时时有良好的淬透性；有良好的淬透性；表面表面处处理后，要有高理后，要有高的硬度，来其耐磨性和接触疲的硬度，来其耐磨性和接触疲劳劳抗力；抗力；能适能适应应高温渗碳工高温渗碳工艺艺。成分特点：成分特点：低碳，低碳，0.100.100.20%C0.20%C，为为达到表面的硬度，零件需要淬火，达到表面的硬度，零件需要淬火，可以保可以保证证心部在表面淬火心部在表面淬火时时形成板条形成板条马马氏体，依然有足氏体，

29、依然有足够够塑性和塑性和韧韧性；性；加入提高淬透性的合金元素，常用加入提高淬透性的合金元素，常用CrCr、MnMn、NiNi、B B为为主主强强化化元素；元素；加入少量加入少量强强碳化物形成元素，如碳化物形成元素，如TiTi、V V、MoMo等，它等，它们们在在钢钢中形成大量中形成大量较细较细的碳化物，使的碳化物，使钢钢在渗碳在渗碳过过程，即程，即长时间长时间的高温下停的高温下停留，阻止奥氏体的晶粒留，阻止奥氏体的晶粒长长大。大。本讲稿第二十页，共七十二页二、二、渗碳钢渗碳钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理：热处理：锻造毛坯锻造毛坯正火正火机械加工机械加工渗碳、淬火、低回渗碳、淬火、

30、低回精加工。精加工。其中关键热处理工艺过程是渗碳。其中关键热处理工艺过程是渗碳。常用的钢号常用的钢号：低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 15Cr 15Cr、20Cr20Cr、16Mn216Mn2、20Mn220Mn2等，淬透性不算等，淬透性不算高，用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等，渗碳层较薄，但渗高，用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等，渗碳层较薄，但渗碳后晶粒尺寸可能较大，需空冷，二次淬火。碳后晶粒尺寸可能较大，需空冷，二次淬火。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 20CrMnTi 20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A、20CrMnMo20CrMnMo、20M

31、nVB20MnVB，这类，这类钢中合金元素总量较高钢中合金元素总量较高(4(4)，淬透性和韧性均较高，渗碳后一般预冷到，淬透性和韧性均较高，渗碳后一般预冷到870870左右直接在油中淬火，用于变速箱齿轮、十字轴等零件。左右直接在油中淬火，用于变速箱齿轮、十字轴等零件。高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 12Cr2Ni4A 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W等，这类钢中含有等，这类钢中含有的合金元素总量更高的合金元素总量更高(7.5(7.5)，淬透性很大，强韧性配合好，可，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，用于尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿承受重载，用于

32、尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿轮，它们淬火到室温往往残余奥氏体量还很多，需要进行冷处理或轮，它们淬火到室温往往残余奥氏体量还很多，需要进行冷处理或其他专门方式的热处理。其他专门方式的热处理。本讲稿第二十一页，共七十二页二、二、渗碳钢渗碳钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：本讲稿第二十二页，共七十二页三、调质钢三、调质钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途：用途：汽车、机床、内燃机等上的重要零件，如齿轮、轴、连杆、高汽车、机床、内燃机等上的重要零件，如齿轮、轴、连杆、高强度螺栓。强度螺栓。性能要求：性能要求：良好的良好的综综合力学性能，即高合力学性能，

33、即高强强度和高度和高韧韧性的配合，以达性的配合，以达到安全到安全传递动传递动力，特力，特别别是存在不平衡的冲是存在不平衡的冲击载击载荷。荷。成分特点：成分特点：中碳，中碳，0.350.350.50%C0.50%C之之间间，韧韧性是性是强强度和塑性的合理配合，度和塑性的合理配合，碳含量低材料的碳含量低材料的强强度不足，度不足，过过高的碳因塑性低造成高的碳因塑性低造成韧韧性下降；性下降；加入加入提高淬透性的合金元素，常用提高淬透性的合金元素，常用CrCr、MnMn、NiNi、B B为为主，是主，是调质钢调质钢的主合的主合金元素，保金元素，保证证材料的心部性能来提高材料整体性能；材料的心部性能来提高

34、材料整体性能；部分部分钢钢中加入中加入MoMo，可以消除回火脆性的影响。，可以消除回火脆性的影响。本讲稿第二十三页，共七十二页三、调质钢三、调质钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：低淬透性低淬透性 4040、4545、40MnVB40MnVB、40Cr40Cr，用于直径，用于直径303040mm40mm。中淬透性中淬透性 40CrMn40CrMn、40CrNi40CrNi，用于直径，用于直径404060mm60mm。高淬透性高淬透性 40CrMnSi40CrMnSi、40CrNiMo40CrNiMo、40CrMnMo40CrMnMo等。等。MoMo消除高温二次回火脆消除

35、高温二次回火脆性的影响性的影响，用于直径，用于直径6060100mm100mm 。硼钢硼钢 B B尽管含量尽管含量仅仅0.0010.0010.0040.004，可以明，可以明显显提高提高钢钢的淬透性，的淬透性，这这是我国是我国自己开自己开发发的硼的硼钢钢，在，在50506060年代来年代来节节省省铬镍铬镍元素，但硼元素，但硼钢钢的的质质量控制量控制难难度度较较大。大。热处理：热处理：主体材料主体材料进进行行调质调质，即淬火后高温回火。如，即淬火后高温回火。如40Cr40Cr的典型的典型热处热处理工理工艺为艺为830830850850加加热热奥氏体化，油冷淬火，在奥氏体化，油冷淬火，在60060

36、0回火回火2 2小小时时，得到，得到较较高高强强度、高塑性、高度、高塑性、高韧韧性配合的回火索氏性配合的回火索氏体。体。以后以后对对局部要求高局部要求高硬度、耐磨的部位可用局部淬火或表面淬火。硬度、耐磨的部位可用局部淬火或表面淬火。本讲稿第二十四页，共七十二页三、调质钢三、调质钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：本讲稿第二十五页，共七十二页四、四、弹弹簧簧钢钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途：用途：顾顾名思名思义义用来制造用来制造弹弹簧，从小的簧，从小的转转簧到大的板簧。簧到大的板簧。性能要求：性能要求：弹弹簧的受力在簧的受力在弹弹性极限范性极限范围围内，内，

37、为为充分充分发挥发挥材料的作用，材料的作用，材料要有高的比例极限，即材料要有高的比例极限，即 s s/b b值值（屈（屈强强比）高；比）高；弹弹簧往往受簧往往受交交变应变应力作用，力作用，-1-1 大，有大，有较较高的疲高的疲劳劳抗力；抗力；足足够够的的韧韧性，防性，防止冲止冲击击脆断，硬度适中，一般在脆断，硬度适中，一般在393950HRC50HRC。成分特点：成分特点：中偏高的含碳量，中偏高的含碳量，0.450.450.70%C0.70%C之之间间，高的含碳量可以提高，高的含碳量可以提高屈服屈服强强度，若超度，若超过过过过共析共析则则是是韧韧性不足；性不足；主合金元素主合金元素SiSi可以

38、有效提可以有效提高高钢钢的比例极限，的比例极限，SiSi、MnMn的加入可提高淬透性，的加入可提高淬透性，SiSi、V V的使用可以提的使用可以提高回火高回火稳稳定性，定性，让弹让弹簧用到簧用到较较高的温度；高的温度；加入少量的加入少量的CrCr、V V、W W、MoMo可以帮助克服因可以帮助克服因SiSi、MnMn元素造成的元素造成的钢钢易脱碳、易脱碳、过热过热的弱点。的弱点。本讲稿第二十六页，共七十二页四、四、弹弹簧簧钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理：热处理：热热成型成型弹弹簧簧 用于尺寸用于尺寸较较大的大的弹弹簧，材料加簧，材料加热热到奥氏体到奥氏体进进行行成型，即成型后再

39、成型，即成型后再热处热处理。由于含碳量小于理。由于含碳量小于0.770.77，加，加热热到到Ac3Ac3以以上淬火，合金上淬火，合金钢钢可以用油冷，再可以用油冷，再进进行中温行中温(450-550)(450-550)回火，得到回火，得到的的组织为组织为回火屈氏体，尺寸回火屈氏体，尺寸较较大的大的还进还进行行喷喷丸丸，起到清理表面和表面，起到清理表面和表面加工硬化的目的。加工硬化的目的。冷成型冷成型弹弹簧簧 大多是尺寸大多是尺寸较较小的小的钢丝钢丝，为为了能了能连连续续生生产产，采用，采用铅铅淬，淬，钢丝钢丝在冷拔一定的在冷拔一定的变变形量后，穿形量后，穿过过900900950950炉内炉内加加

40、热热，再通，再通过过450-550450-550的的铅铅浴，直接得到屈氏体，最后浴，直接得到屈氏体，最后经过经过230230400400进进行去行去应应力回火，屈服力回火，屈服强强度可保度可保证证在在1000Mpa1000Mpa以上。（以承受拉力以上。（以承受拉力为为主的主的钢丝绳钢丝绳因不以因不以弹弹性考核，它的考核指性考核，它的考核指标标是断裂是断裂强强度，用料和度，用料和热处热处理与此理与此不同，例如可用不同，例如可用T10T10钢钢正火，正火，进进行大的冷拔。）行大的冷拔。）常用的钢号常用的钢号：65 65、7070、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMo50Cr

41、Mo、55SiMnMoV55SiMnMoV等。等。60Si2Mn60Si2Mn是是用来制造汽用来制造汽车车的的钢钢板板弹弹簧。簧。本讲稿第二十七页，共七十二页四、四、弹弹簧簧钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：本讲稿第二十八页，共七十二页五、五、滚动轴滚动轴承用承用钢钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途：用途：用来制造滚动轴承，简称轴承钢。用来制造滚动轴承，简称轴承钢。性能要求：性能要求：使用受力是点使用受力是点(滚滚珠珠)或或线线(滚滚柱柱)接触，接触接触，接触处处承受高的承受高的压压应应力，高力，高强强度和硬度，要求度和硬度，要求HRC60HRC60626

42、2；高的接触疲高的接触疲劳劳抗力，因抗力，因为为其接触其接触应应力可达力可达300030003500MPa3500MPa，在表面一定，在表面一定层层深深处处都要求高硬都要求高硬度；度；高的耐磨高的耐磨损损能力，也是要求高硬度。能力，也是要求高硬度。成分特点：成分特点：高的含碳量，高的含碳量，0.950.951.15%C1.15%C之之间间，高的含碳量可以确保，高的含碳量可以确保淬火后的硬度；淬火后的硬度；主合金元素主合金元素CrCr可以有效提高可以有效提高钢钢的淬透性，并且的淬透性，并且CrCr在在钢钢中形成中形成细细小的合金渗碳体，有效的提高材料的耐磨性和接触疲小的合金渗碳体，有效的提高材料

43、的耐磨性和接触疲劳劳性能；性能；对对于制造于制造较较大尺寸的大尺寸的轴轴承，承，钢钢中加入少量的中加入少量的MnMn、MoMo、V V可以可以进进一步提高淬透性；一步提高淬透性；材料的清材料的清洁洁度要求高，减少度要求高，减少S S、P P、H H、O O、N N等等杂质杂质含量来减少它含量来减少它们们的的夹杂夹杂物，保物，保证证接触疲接触疲劳劳性能，性能，优质优质的的轴轴承承钢还钢还需需进进行真空重溶，去行真空重溶，去夹杂夹杂物和脱其物和脱其处处理。此外，特大型理。此外，特大型轴轴承承采用高清采用高清洁洁度的高淬透性渗碳度的高淬透性渗碳钢钢来制造，原理和方向方法同渗碳来制造，原理和方向方法同

44、渗碳钢钢。本讲稿第二十九页，共七十二页热处理：热处理：毛坯成型毛坯成型球化退火球化退火机械加工机械加工淬火、低温回火淬火、低温回火磨削精加工磨削精加工产产品。其中品。其中预预先先热处热处理理为为球化退火球化退火，小尺寸可，小尺寸可以直接用以直接用钢钢厂的型材，出厂就是球状珠光体厂的型材，出厂就是球状珠光体组织组织，稍大的，稍大的经过锻经过锻造成型造成型则则要要进进行球化退火，保行球化退火，保证证便于加工，以及均匀便于加工，以及均匀组织组织来来进进行最行最终热处终热处理。理。轴轴承承钢钢淬火加淬火加热热一般在一般在840840860860加加热热，用，用油冷却淬火油冷却淬火，对对于大尺寸的于大尺

45、寸的钢钢球因形状球因形状简单简单也有可以用碱水冷却，回火温度常用也有可以用碱水冷却，回火温度常用180180回火回火2 2小小时时。对对于精密于精密轴轴承，承，为为保保证证尺寸和形状的尺寸和形状的稳稳定性，减少残余奥氏体量，防定性，减少残余奥氏体量，防止在使用中出止在使用中出现现相相变变引起引起变变形，形，还还需要需要进进行行冷冷处处理理，一般需要，一般需要经过经过冷冷处处理，理，这这是淬火是淬火时时在在180180进进行等温分行等温分级级，在冷却到室温后，在冷却到室温后继续继续冷冷冻冻到到-60-8060-80以下以下(用干冰或工用干冰或工业业冷冷冻冻机机)，取出后回升到室温再回火，并且，取

46、出后回升到室温再回火，并且在在进进行回火后和机械加工中，增加加行回火后和机械加工中，增加加热热到到130130150150时时效效(低温低温长时间长时间回回火火)6)62424小小时时的的时时效效处处理。理。经过经过精密精密处处理的理的轴轴承承钢钢可制造可制造针阀针阀、喷喷油嘴等油嘴等精密偶件。精密偶件。五、五、滚动轴滚动轴承用承用钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 本讲稿第三十页，共七十二页五、五、滚动轴滚动轴承用承用钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理举例：热处理举例：本讲稿第三十一页，共七十二页五、五、滚动轴滚动轴承用承用钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常

47、用的钢号：GCr6GCr6、GCr9GCr9、GCr9SiMnGCr9SiMn、GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn等。第一个字母等。第一个字母G G表示表示滚动轴滚动轴承用承用钢钢，碳含量通常在，碳含量通常在1.01.0左右，不用左右，不用标标注，元素符号注，元素符号CrCr后的数字后的数字为为其含量的千分数其含量的千分数(比一般比一般标标准合金牌号准合金牌号扩扩大大1010倍倍)。标标有有MnMn的含量在的含量在0.90.91.2%(1.2%(一般一般为为0.2-0.4%)0.2-0.4%)；标标有有SiSi的含量比的含量比不不标标的高的高0.3%0.3%左右。左右。

48、本讲稿第三十二页，共七十二页五、五、滚动轴滚动轴承用承用钢钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：本讲稿第三十三页，共七十二页六、其他合金结构钢六、其他合金结构钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 微合金非调质钢：微合金非调质钢：在碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素使之无须在碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素使之无须经调质处理便可达到性能要求的专用结构钢，称为非调质机械结构钢，经调质处理便可达到性能要求的专用结构钢，称为非调质机械结构钢，简称简称非调质钢非调质钢。微量元素的作用难一一论述。一般在热锻后直接使用，。微量元素的作用难一一论述。一般在热锻后直接使用，应用

49、对象范围同调质钢，详细标准参看应用对象范围同调质钢，详细标准参看GB/T15712-95GB/T15712-95与与ISO11692ISO11692。易切削钢：易切削钢：在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明显改在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明显改善的结构钢，可简称微善的结构钢，可简称微易切削钢易切削钢。常用的合金元素有。常用的合金元素有S S、CaCa等，切削摩等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、精密构件。精密构件。低淬透性钢：低淬透性钢：含含TiTi优质碳素结构钢，碳量中

50、偏高，如优质碳素结构钢，碳量中偏高，如55Ti55Ti、60Ti60Ti、70Ti70Ti等。等。用于感应加热达到表面高硬度，心部因不能淬透而保持强韧状态。部分用于感应加热达到表面高硬度，心部因不能淬透而保持强韧状态。部分代替渗碳钢。代替渗碳钢。本讲稿第三十四页，共七十二页第四节第四节 合金工具钢合金工具钢 一、刃具钢一、刃具钢 用用来来制造制造各类各类刀具、模具、量具等工具的刀具、模具、量具等工具的合金合金钢钢统统称称为为合金合金工具工具钢钢。用途：用途：刃具钢主要指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等切削刀具刃具钢主要指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等切削刀具的钢。刀具的工作任务就是将钢材