金屬材料及熱處理知識第6章

1、國家職業(yè)資格培訓教材國家職業(yè)資格培訓教材編審委員會 編姜敏鳳 主編依據(jù)依據(jù)勞動和社會保障部勞動和社會保障部 制定的制定的國家職業(yè)標準國家職業(yè)標準要求編寫要求編寫 了解合金元素對鋼性能的影響,了解鋼的分類；熟悉常用低合金鋼與合金鋼的牌號、性能、熱處理方法及應用。第六章 低合金鋼與合金鋼目目 錄錄一、合金元素對鋼力學性能的影響二、合金元素對鋼工藝性能的影響一、分類二、鋼號的表示方法一、低合金高強度結構鋼二、易切削結構鋼三、低合金耐候鋼第六章 低合金鋼與合金鋼一、合金滲透鋼二、合金調(diào)質(zhì)鋼三、合金彈簧鋼四、高碳鉻軸承鋼五、高錳耐磨鋼一、合金工具鋼二、高速工具鋼一、不銹鋼二、耐熱鋼目目 錄錄 常用的合金

2、元素有硅（Si）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈷（Co）、鈦（Ti）、鋁（Al）、硼（B）、氮（N）和稀土元素等。第六章 低合金鋼與合金鋼1.合金元素溶于鐵素體、奧氏體，起固溶強化作用2.合金元素形成碳化物，起第二相強化、硬化作用3.合金元素使珠光體增加，起強化結構鋼的作用第六章 低合金鋼與合金鋼1.對熱處理性能的影響（1）對加熱過程奧氏體化的影響 除Mn外的所有合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。 除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都使過冷奧氏體的穩(wěn)定性增大，使等溫轉變曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高，使合金鋼在較小的冷卻速度下即能淬

3、成馬氏體組織，可減小淬火變形。（2）對過冷奧氏體轉變的影響（3）對回火轉變的影響 在相同溫度下回火時，合金鋼的強度和硬度比相同含碳量的非合金鋼為高。反之，當回火成相同硬度時，合金鋼因回火溫度高而具有較高塑性、韌性，其內(nèi)應力也小。第六章 低合金鋼與合金鋼2.對焊接性能的影響 淬透性良好的合金鋼在焊接時，容易在接頭處出現(xiàn)淬硬組織，使該處脆性增大，容易出現(xiàn)焊接裂紋；焊接時合金元素容易被氧化，形成氧化物夾雜，使焊接質(zhì)量下降。3.對熱處理性能的影響 合金鋼鍛造需要施加更大的壓力，合金鋼鍛后一般應控制終鍛溫度和冷卻速度。第六章 低合金鋼與合金鋼 按照化學成分、主要質(zhì)量等級和主要性能及使用特性，將鋼分為非合

4、金鋼、低合金鋼、合金鋼三大類。（1）低合金鋼 合金元素的種類和含量低于國家標準規(guī)定范圍的鋼（2）合金鋼 合金元素的種類和含量高于國家標準規(guī)定范圍的鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼普通質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)低合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼第六章 低合金鋼與合金鋼（1）含碳量數(shù)字當含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的萬分數(shù)；當含碳量數(shù)字為一位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)。（2）合金元素符號與含量數(shù)字表示該合金元素平均含量的百分數(shù)。當合金元素平均含量小于1.5%時不標數(shù)字。（3）當采用漢語拼音字母表示產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表產(chǎn)品名稱的漢語拼音中選取第一個字母，加在牌號首或尾部。 牌號是由含

5、碳量數(shù)字、合金元素符號及合金元素含量數(shù)字順序及漢語拼音字母組成的。第六章 低合金鋼與合金鋼1.低合金高強度結構鋼的化學成分 低碳鋼的基礎上加入少量合金元素Mn、Si、Ti、Nb、V等形成的鋼。2.低合金高強度結構鋼的牌號、性能及用途 牌號表示方法與碳素結構鋼相同。常用低合金高強度結構鋼的牌號、力學性能及用途見表6-1。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-1 常用低合金高強度結構鋼的牌號、力學性能及用途第六章 低合金鋼與合金鋼表6-1 常用低合金高強度結構鋼的牌號、力學性能及用途（續(xù)）第六章 低合金鋼與合金鋼 具有小的切削抗力，對刀具的磨損小，切屑易碎，便于排除等特點，主要用于成批大量生產(chǎn)的螺柱、螺母

6、、螺釘?shù)葮藴始?，也可用于輕型機械，如自行車、縫紉機、計算機零件等。 具有良好的耐大氣腐蝕的能力，此類鋼主要加入的合金元素有少量的銅、鉻、磷、鉬、鈦、鈮、釩等，使鋼的表面生成致密的氧化膜，可提高耐候性。第六章 低合金鋼與合金鋼1. 化學成分 合金滲碳鋼為低碳成分，一般鋼中w(C)=0.100.25，以保證零件心部具有足夠的塑性、韌性。主要合金元素是Cr，還可加入Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等。2.常用的合金滲碳鋼 合金滲碳鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途見表6-2。3.熱處理及性能 合金滲碳鋼零件的預先熱處理為正火，最終熱處理一般是滲碳后淬火加上低溫回火。第六章 低合金鋼與合

7、金鋼表6-2 合金滲碳鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途 （摘自GB/T 3077-1999）第六章 低合金鋼與合金鋼表6-2 合金滲碳鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途（續(xù)）第六章 低合金鋼與合金鋼1. 化學成分 合金調(diào)質(zhì)鋼為中碳成分，碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)=0.250.50，主加合金元素有Cr、Ni、Mn、Si、B等。2.常用的合金調(diào)質(zhì)鋼 部分合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途見表6-3。其中，40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoA等為常用的合金調(diào)質(zhì)鋼。3.熱處理及性能 合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理為調(diào)質(zhì)處理，對于某些受沖擊的表面耐

8、磨零件，也可在調(diào)質(zhì)后進行表面淬火并低溫回火，或調(diào)質(zhì)后氮化處理。而對于大截面的碳素調(diào)質(zhì)鋼零件，往往使用正火代替調(diào)質(zhì)處理。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-3 常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途 (摘自GB/T 3077-1999)第六章 低合金鋼與合金鋼表6-3 常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途（續(xù)）第六章 低合金鋼與合金鋼1. 化學成分 合金彈簧鋼為中、高碳成分，一般w(C)=0.50.7，以滿足高彈性、高強度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是強化鐵素體、提高淬透性和耐回火性。2.常用合金彈簧鋼 常用合金彈簧鋼的牌號、化學成分

9、、熱處理工藝、力學性能及用途見表6-4。常用的合金彈簧鋼有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。3.熱處理 彈簧的熱處理可根據(jù)成形方法確定，對直徑或板簧厚度大于10mm的大彈簧，常采用熱成形，對直徑或板簧厚度小于810mm的小彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷卷成形，成形后需進行200300去應力退火。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-4 常用合金彈簧鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途第六章 低合金鋼與合金鋼1. 化學成分 滾動軸承鋼為高碳成分，w(C)=0.951.10%，以保證高硬度和高耐磨性。主要合金元素為Cr，w(Cr)=0.401.65%。2.牌號表示及常用鋼號 牌號前用

10、字母“G”表示滾動軸承鋼的類別，后附元素符號Cr和其平均含量的千分數(shù)及其他元素符號。常用滾動軸承鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝及用途見表6-5。3.熱處理 預先熱處理為球化退火，最終熱處理是淬火和低溫回火。 主要用于制造滾動軸承的內(nèi)、外圈以及滾動體。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-5 常用滾動軸承鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝及用途第六章 低合金鋼與合金鋼 高錳耐磨鋼的含碳量高，碳的質(zhì)量分數(shù)w(C)=0.9%1.45%，錳的質(zhì)量分數(shù)w(Mn)=11%14%。 牌號由字母“ZG”（表示鑄鋼）后附元素符號Mn及其含量百分數(shù)表示。 將鋼加熱到1 0001 050高溫，保溫一段時間，使鋼中碳化物全部溶入

11、奧氏體中，然后在水中快冷，使碳化物來不及析出，得到單相奧氏體組織。1. 化學成分2.牌號表示及常用鋼號3.熱處理第六章 低合金鋼與合金鋼 量具刃具鋼主要用于制造低速切削刃具及測量工具。1.量具刃具鋼 合金工具鋼包括量具刃具鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼等。（1）化學成分 具有高碳成分，w(C)=0.81.50，以保證高的硬度和耐磨性。加入的合金元素有Cr、Si、Mn、W等，用以提高鋼的淬透性、耐回火性、熱硬性和耐磨性。（2）常用合金刃具鋼 9SiCr是應用廣泛的刃具鋼。（3）常用量具鋼 高精度量具（如量塊）可采用Cr2、CrWMn等量具刃具鋼制造；簡單量具多用碳素工具鋼（如T10A）。

12、常用量具刃具鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途見表6-6。第六章 低合金鋼與合金鋼（4）熱處理 量具刃具鋼的預先熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火加低溫回火，熱處理后硬度達6065HRC。 冷作模具用于冷態(tài)下金屬的成形加工，如冷沖模、冷擠壓模、剪切模等。2.冷作模具鋼（1）化學成分 具有高的含碳量，加入合金元素Cr、Mo、W、V等。（2）常用的冷作模具鋼 Cr12型鋼包括Cr12、Cr12MoV等，常用冷作模具鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途見表6-7。（3）熱處理 Cr12型鋼屬于萊氏體鋼，加工前應進行反復鍛打并退火，最終熱處理一般為淬火和回火。第六章 低合金鋼與合金鋼 表6-6 常

13、用量具刃具鋼的牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途 （摘自GB/T1299-2000）第六章 低合金鋼與合金鋼表6-7 常用冷作模具鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途 （摘自GB/T 1299-2000）第六章 低合金鋼與合金鋼（3）熱處理 熱鍛模坯料鍛造后需進行退火，最終熱處理為淬火、高溫（或中溫）回火。 熱作模具用于熱態(tài)金屬的成形加工，如熱鍛模、壓鑄型、熱擠壓模等。3.熱作模具鋼（1）化學成分 中碳成分，w(C)=0.30.6，加入合金元素有Cr、Mn、Ni、Mo、W、Si等。（2）常用熱作模具鋼 5CrMnMo和5CrNiMo是最常用的熱鍛模具鋼。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-8 常用熱

14、作模具鋼的牌號、化學成分、熱處理及用途 （摘自GB/T 1299-2000）第六章 低合金鋼與合金鋼 塑料模具鋼是指制造塑料模具用的鋼種。4.塑料模具鋼（1）塑料模具的性能要求（2）塑料模具鋼的牌號、性能及用途 如表6-9所示。良好的加工性能；良好的拋光性；較高的硬度，良好的耐磨性，足夠的強度和韌性；熱處理變形小，良好的焊接性。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-9 常用塑料模具鋼的牌號、性能及用途第六章 低合金鋼與合金鋼表6-9 常用塑料模具鋼的牌號、性能及用途（續(xù)）第六章 低合金鋼與合金鋼（3）熱處理 必須用反復鍛打的方法將其擊碎，W18Cr4V鋼鍛造后進行退火，W18Cr4V鋼的最終熱處理為高

15、溫淬火和多次回火。 高速工具鋼主要用來制造中、高速切削刀具，具有較高的熱硬性，在500600時硬度仍不降低。（1）化學成分 w(C)=0.70%1.25%，加入合金元素W、Mo、Cr、V等。（2）常用的高速工具鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V為較常用的高速鋼。第六章 低合金鋼與合金鋼 不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，應能夠抵抗空氣、蒸汽、酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。1.不銹鋼的化學成分 不銹鋼一般w(Cr)均在13%以上。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。2.常用不銹鋼及其熱處理（3）奧氏體不銹鋼 常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。（1）

16、馬氏體不銹鋼 常用牌號有1Cr13、3Cr13等。（2）鐵素體不銹鋼 常用牌號有1Cr17等。第六章 低合金鋼與合金鋼表6-11 常用的不銹鋼牌號、化學成分、熱處理、力學性能及用途 （摘自GB/T 1220-1992）第六章 低合金鋼與合金鋼 奧氏體耐熱鋼通常合金元素含量很高，常用的有1Cr18Ni9Ti、3Cr18Mn12Si2N等。 馬氏體耐熱鋼有兩類：一類是鉻鋼，常用鋼號有1Cr13、1Cr11MoV等；另一類是鉻硅鋼，常用鋼號有4Cr 9Si2等。 鐵素體耐熱鋼含Cr量較高，常用鋼號有00Cr12、2Cr25N等。 常用耐熱鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途見表6-12。第

17、六章 低合金鋼與合金鋼表6-12 常用耐熱鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝、力學性能及用途 （摘自GB/T 1221-1992）第六章 低合金鋼與合金鋼1.什么是低合金鋼和合金鋼？2.合金元素在鋼中的主要作用是什么？3.試解釋下列現(xiàn)象：（1）Q345鋼與Q235鋼的含碳量基本相同，但前者的強度明顯高于后者，為什么?（2）將20CrMnTi、20鋼同時加熱到950并保溫一段時間，發(fā)現(xiàn)前者的奧氏體晶粒很細小而后者的奧氏體晶粒粗大，為什么?4.為什么滲碳鋼采用低碳成分？為什么滲碳處理后要進行淬火和低溫回火？5.什么是調(diào)質(zhì)鋼？為什么調(diào)質(zhì)鋼大多采用中碳成分？6.彈簧鋼的化學成分有何特點？彈簧怎樣進行熱處理？7.有人說：“滾動軸承鋼是專用鋼，只能制作滾動軸承，而不能制作其他零件用”，這句話對嗎？為什么？第六章 低合金鋼與合金鋼8.耐磨鋼的使用場合有何特點？為什么耐磨鋼要進行“水韌處理”