第4章-合金鋼課件

1、4.1 合金鋼的分類和牌號(hào)合金鋼的分類和牌號(hào)4.2 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼4.3 合金工具鋼合金工具鋼4.4 特殊性能鋼特殊性能鋼第四章 合金鋼知識(shí)回顧知識(shí)回顧 碳素鋼碳素鋼主要元素C：0.0218-2.11%有益常存元素Si、Mn：產(chǎn)生固溶強(qiáng)化有害常存元素P：冷脆 S：熱脆 O、H、N：強(qiáng)度、塑性、韌性1. 成分成分按含碳量分類2. 分類分類低碳鋼：0.0218-0.25%中碳鋼：0.25-0.6%高碳鋼：0.6-2.11%按質(zhì)量（S、P含量）分類普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼3.碳素鋼總結(jié)碳素鋼總結(jié) 碳素鋼品種齊全，冶煉、加工成型比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。經(jīng)過(guò)一定

2、的熱處理后，其力學(xué)性能得到不同程度的改善和提高，可滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中許多場(chǎng)合的需求。 但是碳素鋼的淬透性比較差，強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和磁性等也都比較低，它的應(yīng)用受到了限制。 為了提高鋼的某些性能，滿足現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的需要，人們?cè)谔妓劁摰幕A(chǔ)上，有目的地加人了錳、硅、鎳、釩、鎢、鉬、鉻、鈦、硼、鋁、銅、氮和稀土等合金元素，形成了合金鋼合金鋼4.1 合金鋼4.1 4.1 合金鋼合金鋼2. 常加入的合金元素有哪些？3. 為什么要加入這些合金元素？1. 什么是合金鋼？Mn、Si、Ni、V、Mo、Cr、Ti、B、Al等有針對(duì)性地改善鋼的淬透性、強(qiáng)硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨

3、性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和磁性等性能。在冶煉碳素鋼時(shí)有目的的加入一種或幾種合金元素所得到的具有特定性能的鋼。合金鋼的種類繁多，根據(jù)選材、生產(chǎn)，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分類方法： 1. 按合金鋼的用途分類按合金鋼的用途分類 1) 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 2) 合金工具鋼合金工具鋼 3) 特殊性能用鋼特殊性能用鋼 2. 按合金元素的含量分類按合金元素的含量分類 低合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe5。 中合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)中合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe：510。 高合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4、WMe10。 3. 按正火后的組織分類按正火后的組織分類 珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼。珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼。（一）（一） 合金鋼的分類合金鋼的分類4.1 合金鋼我國(guó)合金鋼的牌號(hào)是按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的種類及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量等級(jí)等來(lái)編制的： 1. 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字兩位數(shù)字+元素符號(hào)元素符號(hào)+數(shù)字?jǐn)?shù)字2. 合金工具鋼合金工具鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別僅在于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示方法不同，當(dāng)平與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別僅在于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示方法不同，當(dāng)平均均 時(shí)，牌號(hào)前用一位數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍時(shí)，牌號(hào)前用一位數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍3. 特殊性能鋼

5、特殊性能鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，只是當(dāng)其平均與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，只是當(dāng)其平均 時(shí)，牌號(hào)時(shí)，牌號(hào)前加前加00，當(dāng)其平均，當(dāng)其平均 時(shí)，牌號(hào)前加時(shí)，牌號(hào)前加0。（二）（二） 合金鋼的牌號(hào)合金鋼的牌號(hào)4.1 合金鋼%03. 0C%08.0C%1 . 0C牌號(hào)及其表示方法一般表示方法一般表示方法：“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字+”表示含碳量，萬(wàn)分之一為單位表示合金含量，百分之一為單位，四舍五入取整，當(dāng)含碳量低于1.5%時(shí)，數(shù)字省略高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在最后加A表示舉例60Si2Mnw(C)=0.6%, w(Si)=1.5-2.4%, w(Mn) 1.5%18Cr2Ni4WAw(C)=0.18%, w(Cr)=1.

6、5-2.4%, w(Ni) =3.5-4.4%, w(W)1.5%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特例特例：滾動(dòng)軸承鋼（GCr15），G表示滾動(dòng)軸承，Cr是常加元素， 15表示含鉻量千分之一為單位 易切削鋼（Y40Mn），Y表示易切削鋼，后面部分與一般表示方法相同GCr25與與Cr12的含鉻量？的含鉻量？返回返回4.2 4.2 合金合金結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鋼鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（普低鋼）普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（普低鋼）：在低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少 量合金元素（3%）獲得的鋼種低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼含碳量含碳量：0.2%主加元素主加元素：Mn（1.25-1.5）%，溶入鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用 細(xì)化珠光

7、體，起細(xì)晶強(qiáng)化作用輔加元素輔加元素：Nb、V、Ti，形成穩(wěn)定碳化物，起第二相彌散強(qiáng)化作用， 并阻礙A晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)晶強(qiáng)化作用性能性能：強(qiáng)度、韌性高，焊接、冷成形性能好熱處理、組織熱處理、組織：熱軋空冷，F(xiàn)+S鋼號(hào)鋼號(hào)舊鋼號(hào)舊鋼號(hào)主主 要要 化化 學(xué)學(xué) 成成 分，分，%機(jī)械性能機(jī)械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiR

8、e15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑直徑)16mm，AKV 34J）普通低合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用：常用于工程機(jī)械領(lǐng)域，如高壓容器高壓容器橋梁橋梁船舶船舶車輛車輛普通低合金結(jié)構(gòu)鋼返回返回滲碳鋼滲碳鋼滲碳鋼：是指經(jīng)滲碳，淬火，低溫回火后使用的鋼。性能要求性能要求：表面具有較高的硬度和耐磨性 心部具有良好的塑性和韌性外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌成分成分：w(C)= (0.1-0.25)%，保證心部具有良好的塑性和韌性 合

9、金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，改善表面 和心部的組織和性能 Ni：提高心部強(qiáng)度，提高韌性和淬透性 少量Mo、W、V、Ti：穩(wěn)定的合金碳化物，細(xì)化晶粒， 提高表層硬度和耐磨性滲碳鋼牌號(hào)的前兩滲碳鋼牌號(hào)的前兩位數(shù)字應(yīng)該是？位數(shù)字應(yīng)該是？滲碳鋼常用滲碳鋼：常用滲碳鋼：低淬透性滲碳鋼，20Cr、15Cr、20Mn2、20Mn2V等 中淬透性滲碳鋼，20CrMnTi、20CrMnMo等 高淬透性滲碳鋼，18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A滲碳鋼應(yīng)用：應(yīng)用：低淬透性滲碳鋼，活塞銷、小齒輪等 中淬透性滲碳鋼，汽車變速齒輪、連軸節(jié)等 高淬透性滲碳鋼，內(nèi)燃機(jī)的牽引齒輪、柴油機(jī)的曲軸等調(diào)質(zhì)鋼調(diào)

10、質(zhì)鋼：經(jīng)調(diào)制處理后使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。淬火淬火+高溫回火高溫回火性能要求性能要求：較高的強(qiáng)度強(qiáng)度和良好的塑韌性塑韌性相配合 良好的綜合機(jī)械性能成分成分： w(C)=0.30.50%，中碳鋼，保證強(qiáng)硬度和塑韌性的搭配 Zr、Ni、Si、Mn：提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體 V、Ti、Mo、W：細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性常用調(diào)質(zhì)鋼常用調(diào)質(zhì)鋼： 低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：40Cr、40MnB等中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：35CrMo等高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：40CrNiMoA等調(diào)質(zhì)鋼牌號(hào)的前兩調(diào)質(zhì)鋼牌號(hào)的前兩位數(shù)字應(yīng)該是？位數(shù)字應(yīng)該是？調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼彈簧鋼：用于制造各種彈性零件的鋼。成分成分：w(C) = (0.45-0.7)%

11、，中碳鋼 Si、Mn提高淬透性和屈強(qiáng)比，但易引起脫碳和過(guò)熱 Cr、V、W減小脫碳和過(guò)熱傾向同時(shí)，提高淬透性和強(qiáng)度彈簧鋼常用彈簧鋼常用彈簧鋼：Si、Mn系列彈簧鋼：65Mn、60Si2Mn等，用于制作大截面的彈簧Cr、V、W、Mo系列彈簧鋼：50CrVA、60Si2CrVA，制作較高溫 度下使用的承重彈簧 汽車板簧汽車板簧火車螺旋彈簧火車螺旋彈簧彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼：用于制造各種滾動(dòng)軸承零件如軸承內(nèi)外套圈，滾動(dòng)體的專用鋼。性能要求性能要求：具有較高的淬透性 具有高而且均勻的硬度和耐磨性 具有良好的韌性、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度 具有良好的耐腐蝕性（潤(rùn)滑介質(zhì)條件下）化學(xué)成分化學(xué)成分： w(C)

12、 = 0.951.10%， 合金元素Cr：提高淬透性和回火穩(wěn)定性，形成細(xì)小合金滲碳體 Si、Mn、V：進(jìn)一步提高淬透性、強(qiáng)度、耐磨性和回火穩(wěn)定性常用軸承鋼常用軸承鋼： 鉻軸承鋼GCr15 其它軸承鋼GCr15SiMn、GSiMnV等滾動(dòng)軸承鋼鋼號(hào)鋼號(hào)主要化學(xué)成分，主要化學(xué)成分，w / %熱處理規(guī)范及性能熱處理規(guī)范及性能CCrSiMn淬火淬火回火回火回火后回火后 HRCGCr40.951.050.650.00.150.600.150.608008201501706266GCr150.951.051.401.650.150.650.250.458208401501606266GCr15SiMn0.

13、951.051.401.650.450.750.951.2582084017020062GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062滾動(dòng)軸承鋼4.3 4.3 合金工具鋼合金工具鋼 在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加人一定種類和數(shù)量的合金元素，用來(lái)制造各種刃具、模具、量具等用鋼就稱為合金工具鋼。4.3 合金工具鋼回顧碳素工具鋼的牌號(hào)、用途、熱處理、室溫組織等！牌號(hào)牌號(hào)：T8、T12A用途用途：鑿子、銼刀、量具等熱處理熱處理：淬火 + 低溫回火室溫組織室溫組織：回火M + 球狀

14、滲碳體 + 殘余A牌號(hào)的一般表示方法牌號(hào)的一般表示方法合金元素合金元素：表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同高速鋼高速鋼，不論含碳量多少都不標(biāo)，W18Cr4V牌號(hào)表示方法含碳量含碳量：W(C) 1.0%，不標(biāo)； W(C) 1.0%，以一位數(shù)表示，千分之一為單位合金結(jié)構(gòu)鋼中合金元素是怎么表示的？含碳量又合金結(jié)構(gòu)鋼中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？是如何表示的？特例特例返回返回 用來(lái)制造各用來(lái)制造各種切削刀具種切削刀具的鋼種。的鋼種。切削加工一、刃具鋼刃具鋼刃具鋼：刃具鋼：用來(lái)制造車刀、銑刀、銼刀、絲錐、鉆頭、板牙等刃具的鋼。工作條件：工作條件：強(qiáng)摩擦，磨損嚴(yán)重，刃部高溫至500-600，常受沖擊

15、和振動(dòng)性能要求：性能要求：高硬度高硬度，一般都在60HRC以上 高耐磨性高耐磨性，嚴(yán)重影響刃具的使用壽命和使用效率 高紅硬性高紅硬性，高溫度下保持高硬度的能力 良好配合的強(qiáng)度、塑性和韌性良好配合的強(qiáng)度、塑性和韌性，防止沖擊和振動(dòng)載荷一、低合金刃具鋼：一、低合金刃具鋼：在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入（3-5%）合金元素 就形成低合金刃具鋼化學(xué)成分：化學(xué)成分： 含碳量含碳量：（0.75-1.5）%之間 Si、Mn、Cr ：提高淬透性，Si還能提高回火穩(wěn)定性 W、V：細(xì)小彌散的合金碳化物，提高硬度和耐磨性， 細(xì)化晶粒，進(jìn)一步增加回火穩(wěn)定性性能：性能： HRC60以上，使用溫度200-600刃具鋼常用的低合

16、金刃具鋼常用的低合金刃具鋼板牙板牙絲錐絲錐9SiCr、9Mn2V等，用于幾何形狀復(fù)雜、加工精度要求較高、切削速度不大的板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板等刃具鋼二、高速鋼：二、高速鋼：合金元素總量超過(guò)10%的的高合金工具鋼化學(xué)成分：化學(xué)成分： 含碳量含碳量： w(C) = 0.7 1.2 % W：提高紅硬性的主要元素，“二次硬化”現(xiàn)象 Cr：提高淬透性、硬度和耐磨性 V：細(xì)化晶粒，提高硬度和耐磨性性能：性能： 高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性 VC等彌散硬化 高熱硬性高熱硬性 600 時(shí)HRC62 ，W2C等提高熱硬性。 高淬透性高淬透性 尺寸不大時(shí)可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。刃具鋼常用鋼號(hào)及用途常

17、用鋼號(hào)及用途 常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W9Mo3Cr4V 用于高速切削刃具，如車刀、刨刀用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。、銑刀、鉆頭等。車刀銑刀高速鋼銑刀鉆頭二、熱作模具鋼：二、熱作模具鋼：用于制造在受熱（400-600）狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行 變形加工的模具性能要求：性能要求：較高的溫度下具有良好的強(qiáng)韌性、較高的硬度、 耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能力，較高的淬透性 和尺寸穩(wěn)定性化學(xué)成分：化學(xué)成分：w(C) =（0.3-0.6）%， Cr、Ni、Mn 提高淬透性和強(qiáng)度 W、Mo、V 產(chǎn)生二次硬化，提高紅硬性應(yīng)用：應(yīng)用：中小型模具 5CrMnMo 等。

18、大型模具 6Cr2W8V等，淬透性好。模具鋼量具鋼三、量具鋼：三、量具鋼：用于制造卡尺、千分尺、樣板、塞規(guī)、塊規(guī)、螺旋測(cè)微 儀等各種測(cè)量工具的鋼性能要求：性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性?；瘜W(xué)成分：化學(xué)成分：w(C) =（0.9-1.5）%， Cr、W、Mn 提高淬透性和減小應(yīng)力應(yīng)用：應(yīng)用：簡(jiǎn)單量具 ：T10A、T12A 等。 高精度量具 ：GCr15、CrWMn 等。沒有專用的量具鋼沒有專用的量具鋼4.4 特殊性能鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼4.4.4 4 特殊性能鋼特殊性能鋼牌號(hào)表示方法牌號(hào)的表示方法牌號(hào)的表示方法 特殊性能鋼牌號(hào)表示方法與合金工具鋼基本相同！如9Cr

19、18 不銹鋼、耐熱鋼在含碳量很低時(shí)表示方法有所不同。 w(C) 0.03%，在最前面用“00”表示， w(C) 0.08%，在最前面用“0”表示00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9 耐磨鋼鑄造成型后使用，牌號(hào)前一般加“ ZG”， “ZG+元素符號(hào)+數(shù)字. ”百分之一為單位ZGMn13-1 不銹鋼不銹鋼：不銹鋼：某些在大氣和一般介質(zhì)中具有較高化學(xué)穩(wěn)定性的鋼一、金屬腐蝕：一、金屬腐蝕：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕金屬中不同相由于其電極電位不同而在電解質(zhì)溶液中形成原電池，并在腐蝕過(guò)程中有微電流產(chǎn)生常用的防護(hù)措施：常用的防護(hù)措施： 形成鈍化膜保護(hù)金屬 獲得單相組織，避免形成原電池 提高基體電極電位，減

20、小電極電位差二、常用不銹鋼二、常用不銹鋼1. 馬氏體不銹鋼 常用的馬氏體不銹鋼的含碳量（0.1-0.45）%，主要合金Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（12-14）%，通常稱為Cr13型鋼，如1Cr13、2Cr13，用作受沖擊載荷的汽輪機(jī)葉片等；3Cr13、4Cr13，用于弱腐蝕條件下有高硬度要求的醫(yī)療器具、彈簧、刃具等2. 鐵素體不銹鋼 這類鋼從室溫加熱到高溫9601100，不發(fā)生相變，始終都是單相鐵素體組織，因此被稱為鐵素體不銹鋼。常用鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于015C，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(12一32)Cr之間，鋼號(hào)有0Crl3、1Crl3、1Crl7Ti、1Cr28等。一般用于硝酸、氮肥工業(yè)的設(shè)備、容器、管道和食品工

21、廠設(shè)備等3. 奧氏體不銹鋼 這類鋼有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鎳，擴(kuò)大了奧氏體區(qū)域，室溫下能夠保持單相奧氏體組織，所以稱之為奧氏體不銹鋼，一般鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(1719)Cr之間，鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(811)Ni之間，又簡(jiǎn)稱為188型不銹鋼。鋼號(hào)有0Crl8Ni9、1CrNi9、0CrNi9Ti、1Crl8Ni9Ti等。返回返回耐熱鋼耐熱鋼：耐熱鋼：耐熱鋼是指具有良好的高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的鋼1. 金屬耐熱性的基本概念 金屬材料的耐熱性包含兩方面。 金屬的高溫抗氧化性金屬的高溫抗氧化性是指鋼在高溫條件下對(duì)氧化作用的抗力，是鋼能否持久地工作在高溫下的重要保證條件。 金屬的高溫強(qiáng)度金屬的高溫強(qiáng)度是指金屬材料在高溫下對(duì)機(jī)械載荷作用的抗力，即高溫下金屬材料抵抗塑性變形和破壞的能力。耐熱鋼2. 常用耐熱鋼 1) 抗氧化鋼抗氧化鋼：抗氧化鋼基本上是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁、稀土元素等形成的，常用的有3Crl8Mnl2Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Crl8Ni25Si2等鋼； 2) 熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼(1) 珠光體鋼