材料性能及其加工第4章合金钢.ppt

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1、第第4章章 合金钢合金钢本章知识点本章知识点先导案例先导案例第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类及牌号低合金钢和合金钢的分类及牌号第三节第三节 低合金钢低合金钢第四节第四节 合金钢合金钢知识拓展知识拓展先导案例解决先导案例解决本章小结本章小结思考题思考题本章知识点本章知识点1.掌握低合金钢和合金钢的性能特点及应用情况。掌握低合金钢和合金钢的性能特点及应用情况。2.掌握低合金钢和合金钢的分类及牌号。掌握低合金钢和合金钢的分类及牌号。3.了解合金元素在钢中的作用。了解合金元素在钢中的作用。返回先导案例先导案例请想想该图片的挖机履带和铲斗零件材料

2、应具有什么性能请想想该图片的挖机履带和铲斗零件材料应具有什么性能?为为什么什么?在冶炼碳钢时有目的地加入一种或几种合金元素所得到的具在冶炼碳钢时有目的地加入一种或几种合金元素所得到的具有特定性能的钢，称为合金钢。合金钢具有较高的力学性能、有特定性能的钢，称为合金钢。合金钢具有较高的力学性能、工艺性能或化学、物理性能。工艺性能或化学、物理性能。下一页返回先导案例先导案例目前碳钢成本低，能满足许多生产上的需要，应用广泛。但目前碳钢成本低，能满足许多生产上的需要，应用广泛。但随着现代工业的不断发展，对金属材料提出了越来越高的要随着现代工业的不断发展，对金属材料提出了越来越高的要求。有的要求高的力学性

3、能，如高强度、高韧性求。有的要求高的力学性能，如高强度、高韧性;有的要求良有的要求良好的化学性能，如耐热性、杭氧化性、耐腐蚀性好的化学性能，如耐热性、杭氧化性、耐腐蚀性;有的要求良有的要求良好的物理性能，如高磁性、无磁性好的物理性能，如高磁性、无磁性;有的要求良好的工艺性能，有的要求良好的工艺性能，如良好的切削性能等。而碳钢往往不能满足这些要求。如良好的切削性能等。而碳钢往往不能满足这些要求。碳钢的性能较差，主要表现在以下几个方面。碳钢的性能较差，主要表现在以下几个方面。(1)淬透性差。碳钢在水中淬火时，临界淬透直径为淬透性差。碳钢在水中淬火时，临界淬透直径为1520mm。直径大于。直径大于2

4、5mm时，芯部就淬不透。时，芯部就淬不透。(2)强度低。使工程结构或机器零件尺寸增大，造成设备粗强度低。使工程结构或机器零件尺寸增大，造成设备粗大而笨重。大而笨重。上一页 下一页返回先导案例先导案例(3)高温强度低。碳钢在高温强度低。碳钢在200以上温度使用时，强度和硬以上温度使用时，强度和硬度会大大下降。度会大大下降。(4)不具有特殊性能。如不具有耐腐蚀性、高磁性等。不具有特殊性能。如不具有耐腐蚀性、高磁性等。因此，生产上许多零件往往要求选用合金钢。在合金钢中常因此，生产上许多零件往往要求选用合金钢。在合金钢中常加入的合金元素有锰、硅、铬、镍、铂、钨、钒、钦、铝、加入的合金元素有锰、硅、铬、

5、镍、铂、钨、钒、钦、铝、硼、稀土等。硼、稀土等。上一页返回第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的存在形式及作用一、合金元素在钢中的存在形式及作用1.合金元素与铁作用形成固溶体合金元素与铁作用形成固溶体合金元素可以溶入合金元素可以溶入-Fe或或-Fe中，形成含合金元素的铁素中，形成含合金元素的铁素体或奥氏体。合金元素的溶入，将导致铁素体或奥氏体的品体或奥氏体。合金元素的溶入，将导致铁素体或奥氏体的品格畸变，产生固溶强化，如格畸变，产生固溶强化，如图图4-1所示。所示。由图可知，硅、锰、镍等元素对铁素体的强化效果显著，但由图可知，硅、锰、镍等元素对铁素体的强化效

6、果显著，但超过某一数值后，将降低铁素体的韧性，因此在常用的低合超过某一数值后，将降低铁素体的韧性，因此在常用的低合金钢和合金钢中，对合金元素的含量要做一定的限制。金钢和合金钢中，对合金元素的含量要做一定的限制。下一页返回第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2.合金元素与碳作用形成合金碳化物合金元素与碳作用形成合金碳化物大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物，如大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物，如TiC、VC、等。与渗碳体相比，合金碳化物具有熔点高、硬等。与渗碳体相比，合金碳化物具有熔点高、硬度高、不易分解，通常呈颗粒状分布在品界上，可细化品粒，度高、不易分解，通常呈颗粒

7、状分布在品界上，可细化品粒，提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。由于合金元素、铁和碳的相互作用，其合金状态图将会更加由于合金元素、铁和碳的相互作用，其合金状态图将会更加复杂，主要表现在相区的大小、复杂，主要表现在相区的大小、S点和点和E点的碳的质量分数变点的碳的质量分数变化、相变点的变化。这些变化均将影响到钢的热处理及其相化、相变点的变化。这些变化均将影响到钢的热处理及其相关的热加工工艺。关的热加工工艺。上一页 下一页返回第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用二、合金元素对钢热处理的影响二、合金元素对钢热处理的影响1.合金元素对加热时奥氏体化的影响合金元素对加热时奥氏体化的

8、影响低合金钢和合金钢的奥氏体化过程与碳钢相同，奥氏体的均低合金钢和合金钢的奥氏体化过程与碳钢相同，奥氏体的均匀化与碳的扩散能力有关系，合金碳化物稳定、难溶解，会匀化与碳的扩散能力有关系，合金碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度，故减慢了奥氏体化过程。显著减慢碳及合金元素的扩散速度，故减慢了奥氏体化过程。因此，大多数低合金钢和合金钢与相同含碳量的碳钢相比，因此，大多数低合金钢和合金钢与相同含碳量的碳钢相比，需更高的加热温度、更长的保温时间。需更高的加热温度、更长的保温时间。大多数合金元素大多数合金元素(除锰、磷外除锰、磷外)形成的碳化物，在高温下较稳形成的碳化物，在高温下较稳定，

9、目分布在奥氏体的品界上，能有效阻止奥氏体品粒的长定，目分布在奥氏体的品界上，能有效阻止奥氏体品粒的长大，起到细化奥氏体品粒的作用。大，起到细化奥氏体品粒的作用。上一页 下一页返回第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2.合金元素对冷却时奥氏体转变得影响合金元素对冷却时奥氏体转变得影响增加过冷奥氏体的稳定性，固溶于奥氏体中的合金元素增加过冷奥氏体的稳定性，固溶于奥氏体中的合金元素(除钻除钻以外以外)，均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性，均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性(C曲线右移曲线右移)，使钢的淬透性增加。，使钢的淬透性增加。降低马氏体点降低马氏体点(Ms)，除钻、铝以外，大

10、多数合金元素均会，除钻、铝以外，大多数合金元素均会降低马氏体点，如降低马氏体点，如图图4-2所示，使合金钢淬火后的残余奥氏所示，使合金钢淬火后的残余奥氏体量增加。体量增加。3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响1)提高钢的耐回火性提高钢的耐回火性(回火稳定性回火稳定性)耐回火性是工件回火时抵抗软化的能力。大多数合金元素有耐回火性是工件回火时抵抗软化的能力。大多数合金元素有延缓回火转变的作用，延缓回火转变的作用，上一页 下一页返回第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用因此，在同样的回火温度下，低合金钢和合金钢与相同含碳因此，在同样的回火温度下，低合金钢和合金钢与相同

11、含碳量的碳钢相比，具有较高的强度和硬度量的碳钢相比，具有较高的强度和硬度;在相同的强度和硬度在相同的强度和硬度条件下，低合金钢和合金钢可以在更高的温度下回火，具有条件下，低合金钢和合金钢可以在更高的温度下回火，具有更好的塑性和韧性，如更好的塑性和韧性，如图图4-3所示。所以低合金钢和合金钢所示。所以低合金钢和合金钢的综合力学性能比碳钢好。的综合力学性能比碳钢好。2)产生一次硬化产生一次硬化二次硬化是一些含有较多量钨、钳、钒、钦等合金元素的高二次硬化是一些含有较多量钨、钳、钒、钦等合金元素的高合金钢，在合金钢，在500600回火时，高硬度的特殊碳化物以回火时，高硬度的特殊碳化物以高度弥散的颗粒析

12、出，使钢的硬度再次升高的现象，如高度弥散的颗粒析出，使钢的硬度再次升高的现象，如图图4-4所示。二次硬化对要求有较高热硬性的工具钢具有重要的意所示。二次硬化对要求有较高热硬性的工具钢具有重要的意义。义。上一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号一、低合金钢的分类及牌号一、低合金钢的分类及牌号1.低合金钢的分类低合金钢的分类1)按主要质量等级分类按主要质量等级分类(1)普通质量低合金钢。指不规定生产过程中需要特别控制质普通质量低合金钢。指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢（量要求的供作一般用途的低合金钢（Ws0.045%、WP 0.

13、045%）。这类钢主要包括一般用途低合金钢、低合金。这类钢主要包括一般用途低合金钢、低合金钢筋钢、铁道用一般低合金钢等。钢筋钢、铁道用一般低合金钢等。(2)优质低合金钢。指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金优质低合金钢。指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，生产过程需特别控制质量钢以外的低合金钢，生产过程需特别控制质量(Ws,WP均比均比普通质量低合金钢低、控制品粒度、改善表面质量等普通质量低合金钢低、控制品粒度、改善表面质量等)。这类钢。这类钢主要包括可焊接的低合金高强度结构钢、锅炉和压力。主要包括可焊接的低合金高强度结构钢、锅炉和压力。下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金

14、钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号容器用低合金钢、造船用低合金钢、汽车用低合金钢、桥梁用容器用低合金钢、造船用低合金钢、汽车用低合金钢、桥梁用低合金钢、易切削结构钢、铁道用低合金钢等。低合金钢、易切削结构钢、铁道用低合金钢等。特殊质量低合金钢。指在生产过程中需要特别控制质量和性能特殊质量低合金钢。指在生产过程中需要特别控制质量和性能的低合金钢（的低合金钢（Ws0.020%、WP 0.020%）。这类。这类钢主要包括低温用低合金钢、核能用低合金钢、舰船等专用特钢主要包括低温用低合金钢、核能用低合金钢、舰船等专用特殊低合金钢。殊低合金钢。2)按主要性能和使用特性分类按主要性能和使用特性分类

15、分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其他低合金钢等。筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其他低合金钢等。2.低合金钢的牌号低合金钢的牌号1)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢这种钢的牌号表示方法与碳素结构钢相同。例如，这种钢的牌号表示方法与碳素结构钢相同。例如，Q345表示表示s 345MPa的低合金高强度结构钢。的低合金高强度结构钢。上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号2)易切削结构钢易切削结构钢牌号以牌号以“易易”字的汉语拼音字首

16、字的汉语拼音字首“Y”为首，其后数字表示平为首，其后数字表示平均碳含量的万分数，若钢中含锰量较高时标出均碳含量的万分数，若钢中含锰量较高时标出“Mn”。例如，。例如，Y40Mn表示表示Wc=0.4%锰含量较高的易切削结构钢。锰含量较高的易切削结构钢。二、合金钢的分类及牌号二、合金钢的分类及牌号1.合金钢的分类合金钢的分类1)按主要质量等级分类按主要质量等级分类(1)优质合金钢。指在生产过程中需要特别控制质量和性能优质合金钢。指在生产过程中需要特别控制质量和性能的合金钢。这类钢主要包括一般工程结构用合金钢、合金钢的合金钢。这类钢主要包括一般工程结构用合金钢、合金钢筋钢、铁道用合金钢、硫和磷含量大

17、于筋钢、铁道用合金钢、硫和磷含量大于0.035%的耐磨钢和的耐磨钢和硅锰弹簧钢等。硅锰弹簧钢等。上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号(2)特殊质量合金钢。指在生产过程中需特别严格控制质量和特殊质量合金钢。指在生产过程中需特别严格控制质量和性能的合金钢。除优质合金钢以外的所有其他合金钢都为特殊性能的合金钢。除优质合金钢以外的所有其他合金钢都为特殊质量合金钢。这类钢主要包括压力容器用合金钢、合金结构钢、质量合金钢。这类钢主要包括压力容器用合金钢、合金结构钢、合金弹簧钢、不锈钢、耐热钢、合金工具钢、高速工具钢、轴合金弹簧钢、不锈钢、耐热钢、合金工具

18、钢、高速工具钢、轴承钢等。承钢等。2)按主要性能和使用特性分类按主要性能和使用特性分类分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。2.合金钢的牌号合金钢的牌号1)机械结构用合金钢和工程结构合金钢机械结构用合金钢和工程结构合金钢调质处理合金结构钢、表面硬化合金结构钢、合金弹簧结构钢。调质处理合金结构钢、表面硬化合金结构钢、合金弹簧结构钢。上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号这些钢的牌号用这些钢的牌号用“

19、两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字”表示。为首的表示。为首的两位数字表示碳含量的万分数，其后的元素符号表示钢中所两位数字表示碳含量的万分数，其后的元素符号表示钢中所含的合金元素，随后的数字表示该合金元素含量的白分数含的合金元素，随后的数字表示该合金元素含量的白分数(若若WMe1.5%,其后不标出数字其后不标出数字;若若1.5%WMe2.49%,其后标注其后标注2;若若2.5%WMe3.49%,，其后标注，其后标注3;)。若牌号末尾加若牌号末尾加“A”，则表示钢中的硫、磷含量少，钢的质量，则表示钢中的硫、磷含量少，钢的质量高。例如，高。例如，18Cr2Ni4 WA表示表示Wc=0.18

20、%、WCr=2%、WNi=4%、WW1.4%、硫、磷含量少的合金渗碳钢。、硫、磷含量少的合金渗碳钢。高锰耐磨钢。这种钢的牌号用高锰耐磨钢。这种钢的牌号用 ZG+Mn+数字数字”表示。式表示。式中中“ZG是是“铸钢铸钢”的汉语拼音字首，数字表示平均含锰量的的汉语拼音字首，数字表示平均含锰量的白分数。例如，白分数。例如，ZGMn13-1表示表示WMn=13%序号为序号为1的高的高锰耐磨钢。锰耐磨钢。上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号2)轴承钢轴承钢这种钢的牌号用这种钢的牌号用“G+Cr+数字数字+(其他元素其他元素+数字数字)”表示。表示。式中

21、式中“G”是是“滚滚”的汉语拼音字首，铬后面的数字表示平均的汉语拼音字首，铬后面的数字表示平均含铬量的丁含铬量的丁分数，若还含其他元素时，表示方法和合金弹分数，若还含其他元素时，表示方法和合金弹簧钢相同。例如，簧钢相同。例如，GCr15SiMn表示表示WCr=1.5%,WSi1.5%,WMn1.5%的轴承钢。的轴承钢。3)合金工具钢合金工具钢这类钢主要有量具刃具用钢、冷作模具钢、热作模具钢，其这类钢主要有量具刃具用钢、冷作模具钢、热作模具钢，其牌号表示方法与合金弹簧钢类似，差别在于牌号表示方法与合金弹簧钢类似，差别在于:若钢中的若钢中的WC1%时，牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几时，牌号前

22、的数字表示平均含碳量的千分之几;若若钢中的钢中的WC1%时，牌号前不标出含碳量，例如，时，牌号前不标出含碳量，例如，9Mn2V表示表示WC=0.9%,WMn=2%,WV1.5%的合金工具钢的合金工具钢;上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号CrWMn表示表示WC1%,WCr1.5%,WW1.5%,WMn1.5%的合金的合金工具钢。工具钢。4)高速工具钢高速工具钢这种钢的牌号表示方法与合金工具钢类似，主要差别是无论这种钢的牌号表示方法与合金工具钢类似，主要差别是无论钢中的含碳量多少，均不在牌号前标出数字。例如，钢中的含碳量多少，均不在牌号前标出数

23、字。例如，W18Cr4V表示表示WW=18%,WCr=4%,WV1.5%的高速工具钢，其的高速工具钢，其 WC=0.7%0.8%不标出。不标出。5)不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 上一页 下一页返回第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类低合金钢和合金钢的分类及牌号及牌号这类钢的表示方法与合金工具钢类似，只是当这类钢的表示方法与合金工具钢类似，只是当WC0.03%或或WC0.08%时，其牌号前的数字分别用时，其牌号前的数字分别用“00”或或“0”代代替。例如，替。例如，3Cr13表示平均表示平均WC=0.3%,WCr=13%的不的不锈钢锈钢;OOCr17Ni14Mo2表示平均表示平均 WC0.03%

24、,WCr=17%,WNi=14%,WMo=2%的不锈的不锈钢。钢。上一页返回第三节第三节 低合金钢低合金钢一、常用低合金高强度结构钢一、常用低合金高强度结构钢1.低合金高强度结构钢的成份和性能特点低合金高强度结构钢的成份和性能特点低合金高强度结构钢是在低碳钢低合金高强度结构钢是在低碳钢(WC0.2%)的基础上加入的基础上加入少量的锰、硅、钦、钒、妮等合金元素而制成的钢，钢中合少量的锰、硅、钦、钒、妮等合金元素而制成的钢，钢中合金元素总量不超过金元素总量不超过3%。低碳是为了获得好的塑性、韧性和冷变形能力。加入的合金低碳是为了获得好的塑性、韧性和冷变形能力。加入的合金元素起固溶强化、细品强化和弥

25、散强化作用。因此，低合金元素起固溶强化、细品强化和弥散强化作用。因此，低合金高强度结构钢具有强度高，塑性、韧性好，焊接性好、冷成高强度结构钢具有强度高，塑性、韧性好，焊接性好、冷成形性好、耐蚀性好、冷脆转变温度低、成本低等性能特点。形性好、耐蚀性好、冷脆转变温度低、成本低等性能特点。下一页返回第三节第三节 低合金钢低合金钢2.常用的低合金高强度结构钢常用的低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的强度比低碳钢高出低合金高强度结构钢的强度比低碳钢高出10%30%，在，在某些情况下，代替碳素结构钢，可大大减轻机件或结构件的某些情况下，代替碳素结构钢，可大大减轻机件或结构件的质量。例如，南京长江大桥的桥

26、梁采用质量。例如，南京长江大桥的桥梁采用Q345比用比用Q235节节省钢材省钢材15%以上以上;载重汽车的大梁采用载重汽车的大梁采用Q345后，载重比由后，载重比由1.05提高到提高到1.25。低合金高强度结构钢广泛用于船舶、车辆、桥梁、压力容器、低合金高强度结构钢广泛用于船舶、车辆、桥梁、压力容器、锅炉等工程结构件以及低温下工作的构件等。有关常用低合锅炉等工程结构件以及低温下工作的构件等。有关常用低合金结构钢的力学性能用途见金结构钢的力学性能用途见表表4-1、表表4-2。上一页 下一页返回第三节第三节 低合金钢低合金钢二、其他低合金结构钢简介二、其他低合金结构钢简介1.易切削结构钢易切削结构

27、钢易切削结构钢是硫、锰、磷含量较高或含微量铅、钙的低碳易切削结构钢是硫、锰、磷含量较高或含微量铅、钙的低碳或中碳结构钢。加入的硫、锰、铅、钙元素主要起润滑作用，或中碳结构钢。加入的硫、锰、铅、钙元素主要起润滑作用，减轻刀具磨损、易于断屑减轻刀具磨损、易于断屑;磷的作用是强化铁素体，适当降低磷的作用是强化铁素体，适当降低塑性，以改善切削加工性。很显然，钢中的硫、磷含量不能塑性，以改善切削加工性。很显然，钢中的硫、磷含量不能过高，否则会产生过高，否则会产生“热脆热脆”和和“冷脆冷脆”。易切削结构钢主要用于成批、大批生产，制造对力学性能要易切削结构钢主要用于成批、大批生产，制造对力学性能要求不高的小

28、零件。求不高的小零件。上一页 下一页返回第三节第三节 低合金钢低合金钢2.低合金耐候性钢低合金耐候性钢低合金耐候性钢即耐大气腐蚀钢，是在低碳非合金钢的基础低合金耐候性钢即耐大气腐蚀钢，是在低碳非合金钢的基础上加入少量合金元素，如铜、磷、铬、镍、侧、妮、饥等，上加入少量合金元素，如铜、磷、铬、镍、侧、妮、饥等，使其在金属表面形成一层致密的保护膜，以提高钢材耐大气使其在金属表面形成一层致密的保护膜，以提高钢材耐大气腐蚀的能力。腐蚀的能力。常用的牌号有常用的牌号有12MnCuCr,09CuPCrNi-A,09CuPCrNi-B,09CuP等，主要用于铁道车辆、农业等，主要用于铁道车辆、农业机械、建筑

29、和塔架等钢结构件。机械、建筑和塔架等钢结构件。3.汽车用低合金钢汽车用低合金钢汽车用低合金钢主要用于制造汽车大梁、车壳、托架等结构汽车用低合金钢主要用于制造汽车大梁、车壳、托架等结构件，件，常用的牌号有常用的牌号有09MnREL,06TiL,08TiL等。等。上一页 下一页返回第三节第三节 低合金钢低合金钢4.低合金钢筋钢低合金钢筋钢低合金钢筋钢主要用于建筑使用的钢筋结构，低合金钢筋钢主要用于建筑使用的钢筋结构，常用的牌号常用的牌号有有20MnSi,20MnTi,20MnSiV等。等。5.铁道用低合金钢铁道用低合金钢铁道用低合金钢主要用于贡轨、轻轨和异型轨，铁道用低合金钢主要用于贡轨、轻轨和异

30、型轨，常用的牌常用的牌号有号有U71Cu,U71Mn,U71MnSi,45SiMnP,09V等。等。6.矿用低合金钢矿用低合金钢矿用低合金钢主要用于矿用结构件，矿用低合金钢主要用于矿用结构件，常用的牌号有常用的牌号有20MnK,20MnVK,25MnK等。等。上一页返回第四节第四节 合金钢合金钢一、常用机械结构和工程结构用钢一、常用机械结构和工程结构用钢1.合金调质钢合金调质钢1)用途及性能要求用途及性能要求要求具有良好的综合力学性能齿轮、轴等零件，一般采用合要求具有良好的综合力学性能齿轮、轴等零件，一般采用合金调质钢制造。合金调质钢又称调质处理合金结构钢。金调质钢制造。合金调质钢又称调质处理

31、合金结构钢。2)成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点合金调质钢的合金调质钢的 (中碳中碳)。含碳量太低，调质处理。含碳量太低，调质处理后强度不足后强度不足;含碳量过高，则塑性和韧性较差，所以调质钢都含碳量过高，则塑性和韧性较差，所以调质钢都是典型的中碳钢。是典型的中碳钢。下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、镍、硼、钳、钒、钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、镍、硼、钳、钒、钨等，起到提高淬透性、强化铁素体、细化品粒、提高耐回钨等，起到提高淬透性、强化铁素体、细化品粒、提高耐回火性等作用。火性等作用。合金调质钢预先热处理常采用正火或退火，以改善毛坯的切

32、合金调质钢预先热处理常采用正火或退火，以改善毛坯的切削加工性。最终热处理是调质处理，只有通过正确的热处理削加工性。最终热处理是调质处理，只有通过正确的热处理才能获得优于碳钢的性能，特别是在正火状态下使用时，其才能获得优于碳钢的性能，特别是在正火状态下使用时，其力学性能和相同含碳量的碳钢差不多。力学性能和相同含碳量的碳钢差不多。一些零件除要求有良好的综合性能以外，还要求工作表面有一些零件除要求有良好的综合性能以外，还要求工作表面有较高的耐磨性，这时在调质处理后，应对工件进行表面淬火，较高的耐磨性，这时在调质处理后，应对工件进行表面淬火，最后低温回火，表面硬度可达到最后低温回火，表面硬度可达到HR

33、C5558。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢3)常用合金调质钢常用合金调质钢合金调质钢按淬透性的高低分为低淬透性合金调质钢合金调质钢按淬透性的高低分为低淬透性合金调质钢(常用的常用的牌号为牌号为40Cr)、中淬透性合金调质钢、中淬透性合金调质钢(常用的牌号为常用的牌号为35CrMo,38CrMoA1)、高淬透性合金调质钢、高淬透性合金调质钢(常用的牌常用的牌号为号为40CrNiMo,40CrMnMo)二类。应根据零件的受力情二类。应根据零件的受力情况和尺寸合理选用，达到最佳的经济效益。常用合金调质钢况和尺寸合理选用，达到最佳的经济效益。常用合金调质钢的牌号、热处理、性能及用途见的牌

34、号、热处理、性能及用途见表表4-3。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢2.合金渗碳钢合金渗碳钢1)用途及性能要求用途及性能要求要求零件表面具有高的硬度、高的耐磨性和耐疲劳性能，芯要求零件表面具有高的硬度、高的耐磨性和耐疲劳性能，芯部要有高韧性和足够强度的齿轮、轴类零件，常采用合金渗部要有高韧性和足够强度的齿轮、轴类零件，常采用合金渗碳钢。碳钢。2)成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢，合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢，(低碳低碳)。这对于保证零件芯部有良好的塑性和韧性是非常必。这对于保证零件芯部有良好的塑性和韧性是非常必要的，渗碳钢的韧性要求比

35、调质钢高，因而含碳量更低些。要的，渗碳钢的韧性要求比调质钢高，因而含碳量更低些。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢钢中加入的合金元素主要有铬、锰、镍、钦、钒、钨、钳、钢中加入的合金元素主要有铬、锰、镍、钦、钒、钨、钳、硼等，以提高钢的淬透性、细化品粒、在渗碳层获得均匀细硼等，以提高钢的淬透性、细化品粒、在渗碳层获得均匀细小的耐磨碳化物，从而改善和提高零件的组织和性能。小的耐磨碳化物，从而改善和提高零件的组织和性能。合金渗碳钢的预先热处理一般采用正火，以改善毛坯的切削合金渗碳钢的预先热处理一般采用正火，以改善毛坯的切削加工性能。渗碳后一般采用淬火、低温回火。这样渗层的加工性能。渗碳后一

36、般采用淬火、低温回火。这样渗层的WC=0.85%1.0%，经淬火、低温回火后的组织是高碳，经淬火、低温回火后的组织是高碳回火马氏体、合金碳化物和少量的残余奥氏体，硬度可达到回火马氏体、合金碳化物和少量的残余奥氏体，硬度可达到HRC6062。芯部组织和性能与钢的淬透性及零件截面尺。芯部组织和性能与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，如淬透，为低碳回火马氏体，硬度为寸有关，如淬透，为低碳回火马氏体，硬度为HRC4048;若未淬透，大多数情况是托氏体、少量低碳回火马氏体和铁若未淬透，大多数情况是托氏体、少量低碳回火马氏体和铁素体的复相组织，硬度为素体的复相组织，硬度为HRC25 40,韧性韧性Ak48J。

37、上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢3)常用合金渗碳钢常用合金渗碳钢合金渗碳钢按淬透性的高低分为低淬透性合金渗碳钢合金渗碳钢按淬透性的高低分为低淬透性合金渗碳钢(常用的常用的牌号为牌号为20Cr,20MnV)、中淬透性合金渗碳钢、中淬透性合金渗碳钢(常用的牌号常用的牌号为为20CxMnTi)、高淬透性合金渗碳钢、高淬透性合金渗碳钢(常用的牌号为常用的牌号为18Cr2Ni4WA)3类。应根据零件的受力情况和尺寸合理类。应根据零件的受力情况和尺寸合理选用，达到最佳的经济效益。选用，达到最佳的经济效益。常用合金渗碳钢的牌号、热常用合金渗碳钢的牌号、热处理、性能及用途见处理、性能及用途见表表4

38、-4。3.合金弹簧钢合金弹簧钢1)用途及性能要求用途及性能要求合金弹簧钢主要用来制造机械和仪表中各种弹性元件，如圈合金弹簧钢主要用来制造机械和仪表中各种弹性元件，如圈簧、板簧等。簧、板簧等。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢弹簧是利用弹性变形来储存弹性能的零件，可以缓和振动和冲弹簧是利用弹性变形来储存弹性能的零件，可以缓和振动和冲击。这类零件要求弹簧钢应具有高的弹性极限和屈强比、较高击。这类零件要求弹簧钢应具有高的弹性极限和屈强比、较高的疲劳强度、足够的塑性和韧性。的疲劳强度、足够的塑性和韧性。2)成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点合金弹簧钢的合金弹簧钢的WC=0.5%0.

39、7%。高的弹性极限是弹簧钢。高的弹性极限是弹簧钢的主要要求，因此弹簧钢的含碳量比调质钢高，控制在中、高的主要要求，因此弹簧钢的含碳量比调质钢高，控制在中、高碳水平。含碳量过高时，将导致塑性、韧性和疲劳强度降低。碳水平。含碳量过高时，将导致塑性、韧性和疲劳强度降低。钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、钒、钨、钳、硼等，钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、钒、钨、钳、硼等，以提高钢的淬透性、细化品粒、耐回火性、强化铁素体、提高以提高钢的淬透性、细化品粒、耐回火性、强化铁素体、提高弹性和屈强比。但硅增加了钢的脱碳倾向、锰易使钢过热，加弹性和屈强比。但硅增加了钢的脱碳倾向、锰易使钢过热，加入钒、铬、钨

40、可克服这些弱点。入钒、铬、钨可克服这些弱点。弹簧钢的加工处理方法有以下两种。弹簧钢的加工处理方法有以下两种。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢(1)冷成形弹簧。当弹簧直径或板簧厚度小于冷成形弹簧。当弹簧直径或板簧厚度小于8 10mm时，时，一般用弹簧钢兹或弹簧钢带在冷态下制成。在成形前，弹簧一般用弹簧钢兹或弹簧钢带在冷态下制成。在成形前，弹簧钢兹需进行铅浴索氏体化处理，获得索氏体后再经多次拉拔钢兹需进行铅浴索氏体化处理，获得索氏体后再经多次拉拔至所需尺寸。这种钢兹有很高的强度和足够的韧性，制成弹至所需尺寸。这种钢兹有很高的强度和足够的韧性，制成弹簧后只进行消除应力的退火。簧后只进行消

41、除应力的退火。另一部分冷成形弹簧是用退火状态的弹簧钢兹冷成形制成，另一部分冷成形弹簧是用退火状态的弹簧钢兹冷成形制成，随后必须进行淬火、中温回火，以获得所要求的性能。随后必须进行淬火、中温回火，以获得所要求的性能。(2)热成形弹簧。当弹簧钢丝直径或板簧厚度大于热成形弹簧。当弹簧钢丝直径或板簧厚度大于10mm时，时，一般采用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火、中温回火。经这一般采用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火、中温回火。经这种处理可获得回火托氏体，具有很高的屈服强度和弹性极限、种处理可获得回火托氏体，具有很高的屈服强度和弹性极限、一定的塑性和韧性，硬度为一定的塑性和韧性，硬度为HRC4048。3)常用

42、合金弹簧钢常用合金弹簧钢 上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢合金弹簧钢按主加的合金元素分为硅锰系合金弹簧钢合金弹簧钢按主加的合金元素分为硅锰系合金弹簧钢(常用的常用的牌号为牌号为60Si2Mn)、硅铬系合金弹簧钢、铬锰系合金弹簧钢、硅铬系合金弹簧钢、铬锰系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢(常用的牌号为常用的牌号为50CrVA)。常用合金弹。常用合金弹簧钢的牌号、热处理、性能和用途见簧钢的牌号、热处理、性能和用途见表表4-5。4.高锰耐磨钢高锰耐磨钢1)用途及性能要求用途及性能要求高锰耐磨钢是指在巨大压力作用下和强烈冲击下才发生硬化高锰耐磨钢是指在巨大压力作用下和强烈冲击

43、下才发生硬化的钢，主要用于制造受强烈冲击和巨大压力并要求耐磨的零的钢，主要用于制造受强烈冲击和巨大压力并要求耐磨的零件，如坦克及拖拉机的履带板、铁道道岔、防弹板等。件，如坦克及拖拉机的履带板、铁道道岔、防弹板等。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢2)成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点高锰耐磨钢的高锰耐磨钢的WC=0.90%1.50%，WMn=11%14%。这类钢由于含有大量的碳和锰，铸态。这类钢由于含有大量的碳和锰，铸态组织为奥氏体和大量的碳化物，性能硬而脆。当加热到组织为奥氏体和大量的碳化物，性能硬而脆。当加热到1060 1 100 的高温时，碳化物全部溶入奥氏体，水的高

44、温时，碳化物全部溶入奥氏体，水冷可得到单一的奥氏体，这种处理称为水韧处理。经过水韧冷可得到单一的奥氏体，这种处理称为水韧处理。经过水韧处理的高锰钢强度、硬度处理的高锰钢强度、硬度(HBS180230)不高，塑性、韧不高，塑性、韧性好。使用时，受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面层性好。使用时，受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面层产生加工硬化，同时还发生奥氏体向马氏体的转变，硬度产生加工硬化，同时还发生奥氏体向马氏体的转变，硬度CHRC5256)和耐磨性大大提高，而芯部仍保持奥氏体的和耐磨性大大提高，而芯部仍保持奥氏体的良好的韧性和塑性，有较高的抗冲能力。良好的韧性和塑性，有较高的抗冲能力。上

45、一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢这类钢由于极易产生加工硬化，难以切削加工和压力加工成这类钢由于极易产生加工硬化，难以切削加工和压力加工成形，故采用铸造成形。形，故采用铸造成形。3)常用高锰耐磨钢常用高锰耐磨钢常用的高锰耐磨钢有常用的高锰耐磨钢有ZGMn 13-1、Z GMn 13-3等。等。二、轴承钢二、轴承钢1.用途及性能要求用途及性能要求轴承钢主要是用来制造各种滚动轴承的元件，如滚珠、滚柱轴承钢主要是用来制造各种滚动轴承的元件，如滚珠、滚柱和内外套圈等。滚动轴承是在高速转动和强烈摩擦的情况下和内外套圈等。滚动轴承是在高速转动和强烈摩擦的情况下工作，同时承受很大的局部交变应力，要求

46、轴承钢具有很高工作，同时承受很大的局部交变应力，要求轴承钢具有很高的强度、硬度、耐磨性，很高的接触疲劳强度，一定的韧性的强度、硬度、耐磨性，很高的接触疲劳强度，一定的韧性和耐润滑剂腐蚀的能力。和耐润滑剂腐蚀的能力。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢2.成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点轴承钢的轴承钢的WC=0.95%1.15%，属高碳，这是保证淬火，属高碳，这是保证淬火后具有高硬度、高耐磨性必不可少的条件。后具有高硬度、高耐磨性必不可少的条件。钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钳、钒等，以提高钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钳、钒等，以提高钢的淬透性、耐磨性和接触疲劳

47、强度。钢的淬透性、耐磨性和接触疲劳强度。轴承钢的预先热处理是球化退火，不仅仅是为了降低硬度，轴承钢的预先热处理是球化退火，不仅仅是为了降低硬度，便于机械加工，更重要的是要获得颗粒细小、分布均匀的碳便于机械加工，更重要的是要获得颗粒细小、分布均匀的碳化物，为淬火作组织准备。淬火和低温回火后的组织是回火化物，为淬火作组织准备。淬火和低温回火后的组织是回火马氏体、均匀细小的碳化物及少量残余奥氏体，硬度马氏体、均匀细小的碳化物及少量残余奥氏体，硬度HRC6264，达到使用要求。，达到使用要求。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢3.常用轴承钢常用轴承钢轴承钢种类很多，主要有高碳铬轴承钢轴承钢种

48、类很多，主要有高碳铬轴承钢(GCr15应用最广应用最广)和和无铬轴承钢。常用滚动轴承钢的牌号、成份、热处理及用途无铬轴承钢。常用滚动轴承钢的牌号、成份、热处理及用途见见表表4-6。三、合金工具钢三、合金工具钢1.量具刃具用钢量具刃具用钢1)合金刃具钢合金刃具钢用途及性能要求用途及性能要求合金刃具钢主要用来制造各种金属切削刃具，如钻头、车刀、合金刃具钢主要用来制造各种金属切削刃具，如钻头、车刀、丝锥等。刃具工作时受强烈地摩擦、磨损、冲击和振动。丝锥等。刃具工作时受强烈地摩擦、磨损、冲击和振动。上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢同时因摩擦发热，还要承受一定的工作温度。因此合金刃具同时因摩

49、擦发热，还要承受一定的工作温度。因此合金刃具钢应具有高的硬度、耐磨性、热硬性和足够的强度和韧性。钢应具有高的硬度、耐磨性、热硬性和足够的强度和韧性。成份、性能和热处理特点成份、性能和热处理特点合金刃具钢的合金刃具钢的WC=0.8%一一1.50%，高碳是保证高硬度和，高碳是保证高硬度和高耐磨性的必要条件。高耐磨性的必要条件。钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钨、钒等，以提高钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钨、钒等，以提高淬透性、耐磨性、耐回火性。淬透性、耐磨性、耐回火性。合金刃具钢的热处理与轴承钢类似，经淬火低温回火后，硬合金刃具钢的热处理与轴承钢类似，经淬火低温回火后，硬度为度为HRC6

50、065，达到使用要求。，达到使用要求。常用合金刃具钢常用合金刃具钢 上一页 下一页返回第四节第四节 合金钢合金钢常用合金刃具钢中，含有的合金元素总量一般不超过常用合金刃具钢中，含有的合金元素总量一般不超过3%，典型钢种是典型钢种是9SiCr，广泛用于制造各种低速切削的刀具和一，广泛用于制造各种低速切削的刀具和一些冷作模具。常用低合金刃具钢的牌号、成份、热处理、性些冷作模具。常用低合金刃具钢的牌号、成份、热处理、性能及用途见能及用途见表表4-7所列。所列。2)量具用钢量具用钢(1)用途及性能要求。量具用钢主要用来制造各种测量工具，用途及性能要求。量具用钢主要用来制造各种测量工具，如千分尺、游标卡