13574機(jī)械制造基礎(chǔ)-清第5章合金鋼

1、第5章 合金鋼 為了改善碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊的物理、化學(xué)性能，在冶煉時(shí)，有選擇地向鋼液中加入些合金元素，這類鋼就稱為合金鋼。 5.1 概 述5.1.1合金鋼的分類1. 按合金元素的含量分(1) 低合金鋼 鋼中全部合金元素總的含量小于等于5%。(2) 中合金鋼 鋼中全部合金元素總的含量大于5%小于10%。(3) 高合金鋼 鋼中全部合金元素總的含量大于等于10%。2. 按合金元素的種類分 有鉻鋼、鍺鋼、鉻鎳鋼、硅鍺鉬釩鋼等。 2. 按合金元素的種類分有鉻鋼、鍺鋼、鉻鎳鋼、硅鍺鉬釩鋼等。3. 按主要質(zhì)量等級(jí)分（1） 優(yōu)質(zhì)合金鋼 指在生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量和性能的合金鋼。（2） 特

2、殊質(zhì)量合金鋼 指在生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的合金鋼。4. 按主要用途分(1) 結(jié)構(gòu)鋼(2) 工具鋼(3) 特殊性能鋼第5章 合金鋼5.1.2 合金鋼的編號(hào)1. 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用“兩位數(shù)字十合金元素符號(hào)十?dāng)?shù)字”表示。前兩位數(shù)字表示鋼中碳的平均含量的萬分值；元素符號(hào)表示鋼中所含的具體合金元素；其后面的數(shù)字表示該合金元素平均含量的百分值。2. 合金工具鋼 合金工具鋼牌號(hào)表示方法與與合金結(jié)構(gòu)鋼相類似，不同之處僅在于采用1位數(shù)字表示平均含碳量的干分值，這樣從牌號(hào)的首位數(shù)字上就可以區(qū)分合金工具鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。3. 特殊性能鋼 特殊性能鋼的牌號(hào)的表示方法與合金工具鋼基本相同。第5章 合

3、金鋼5.2 合金元素在鋼中的作用5.2.1 合金元素與基本相（鐵、碳）的作用 圖5.1 合金元素對(duì)韌性的影響第5章 合金鋼圖5.2 合金元素對(duì)硬度的影響第5章 合金鋼5.2.2 合金元素對(duì)FeFe3C相圖的影響1. 合金元素對(duì)相區(qū)的影響 2. 合金元素對(duì)S點(diǎn)、E點(diǎn)的影響 a 擴(kuò)大相區(qū)；b 縮小相區(qū)圖5.3 合金元素對(duì)相區(qū)的影響第5章 合金鋼Mn的影響第5章 合金鋼Cr的影響圖5.4 合金元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響第5章 合金鋼圖5.5 合金元素對(duì)共析溫度的影響第5章 合金鋼5.2.3 合金元素對(duì)鋼熱處理的影響1. 對(duì)奧氏體化的影響 2. 合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 圖5.6 合金元素對(duì)C曲線的影

4、響a 鎳、硅、錳的影響；b 鉻、鎢、鉬的影響第5章 合金鋼 合金元素對(duì)馬氏體相變溫度也有顯著地影響，大多數(shù)合金元素（除鈷、鋁以外），都使Ms點(diǎn)和Mf點(diǎn)下降，從而增加了淬火后鋼中殘余奧氏體的含量，其中錳的作用最為顯著，如圖5.7所示。圖5.7 合金元素對(duì)Ms點(diǎn)的影響第5章 合金鋼5.3 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是用于制造各種機(jī)器零件和各類工程結(jié)構(gòu)的鋼。其用途最廣，用量最大，因此有必要對(duì)它的性能特點(diǎn)、合金元素的作用、熱處理特點(diǎn)以及用途等有所了解，以便于能夠較合理地選用。5.3.1 常用機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼和工程結(jié)構(gòu)用合金鋼1. 普通低合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素(合金元素總量

5、wMe3而得到的鋼。 第5章 合金鋼2. 合金滲碳鋼采用低碳鋼或低合金鋼進(jìn)行表面滲碳后經(jīng)淬火和回火處理，稱這類鋼為合金滲碳鋼。合金滲碳鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后，表面具有較高的硬度和耐磨性，心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。另外還具備良好的滲碳能力和淬透性。3. 合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼，大多數(shù)采用中碳鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織為回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能，即強(qiáng)度高、塑性和韌性好。調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造各種要求綜合力學(xué)性能好的重要的機(jī)器零件，如齒輪、連桿、軸及螺栓等。 第5章 合金鋼4. 合金彈簧鋼 彈簧一般是在動(dòng)負(fù)荷條件下使用，因此要求彈簧鋼必須具備高的彈性極限、高的屈強(qiáng)

6、比(s/b)、高的疲勞強(qiáng)度(尤其缺口疲勞強(qiáng)度)以及足夠的韌性。此外還要求具備良好的淬透性和低的脫碳敏感性，一些特殊用途的彈簧還要求有耐熱性和耐蝕性。合金彈簧鋼是制造各種彈性零件的主要材料特別是制造各種機(jī)器、儀表中的彈簧。第5章 合金鋼5.3.2 軸承鋼 軸承鋼主要用來制作各種滾動(dòng)軸承元件(滾珠、滾柱、軸承套等)以及其他各種耐磨零件(如柴油機(jī)油泵油嘴偶件)。滾動(dòng)軸承在工作時(shí)承受較大的局部交變負(fù)荷，滾動(dòng)體與套圈之間產(chǎn)生極大的接觸應(yīng)力。因此，要求軸承鋼具有很高的硬度、耐磨性以及良好的耐疲勞強(qiáng)度。此外還要有足夠的韌性及耐腐蝕性能。此外還要求材料具有一定的抗腐蝕能力。第5章 合金鋼5.4 合金工具鋼工具

7、鋼是用于制造刃具、模具、量具等各種工具用鋼的總稱。5.4.1 量具、刃具鋼1. 合金刃具鋼2. 合金量具鋼5.4.2 合金模具鋼1. 冷作摸具鋼2. 熱作模具鋼第5章 合金鋼5.4.3 高速工具鋼簡(jiǎn)介 高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含鎢、鉬、鉻、釩等合金元素其總量超過10。高速鋼除具有低合金工具鋼的性能外，主要特點(diǎn)是它具有良好的熱硬性，當(dāng)切削溫度高達(dá)6000C左右時(shí)硬度仍無明顯下降，因此可用于制造切削速度較高的工具，如車刀、銑刀、鉆頭等。常用的高速鋼按其所含的主要元素可分為以下兩類，即以W18Cr4V為代表的鎢系和一部分W被Mo所代替的W6Mo5Cr4V2為代表的鉬系。它們共同的特點(diǎn)是含碳量較

8、高并含有大量的碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩等。第5章 合金鋼圖5.11 淬火溫度對(duì)18Cr4V鋼奧氏體成分的影響 第5章 合金鋼思考題與習(xí)題1、 在合金鋼中，常加入的合金元素有哪些?碳化物形成合金元素有哪些？擴(kuò)大相的合金元素有哪些?縮小相的合金元素有哪些？2、合金元素對(duì)淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變有何影響?3、為什么合金鋼的淬透性比碳素鋼高?試比較20CrMnTi與T10鋼的淬透性和淬硬性。4、為什么同樣碳含量的合金鋼比碳素鋼奧氏體化加熱溫度高?5、有一根30mm的鈾，受中等的交變載荷作用要求零件表面耐磨，心部具有較高的強(qiáng)度和韌性，供選擇的材料有16Mn、20Cr、45、T8和Cr12，要求：（1）選擇合適的材料；（2）編制簡(jiǎn)單的熱處理工藝路線；（3）指出最終組織。第5章 合金鋼6、W18Cr4V鋼淬火后為什么要經(jīng)過三次5600C回火？回火后的組織是什么？回火后的組織與淬火組織有什么區(qū)別?能否用一次長(zhǎng)時(shí)間回火代替三次回火？7、為什么軸承鋼要具有較高的碳含量?在淬火后為什么需要冷處理？8、說明下列鋼號(hào)屬于何種鋼?數(shù)字的含意是什么?主要用途? T8、16Mn、20CrMnT