合金钢的基础知识课件

1、第七章 合金钢,合金钢的基础知识 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢,1 合金钢的基础知识,碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，不能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。 合金钢 ：在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。,合金元素对钢中基本相的影响 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 合金元素对钢的热处理的影响。,合金元素对钢中基本相的影响,溶于基体中形成合金 F 或合金 A,合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。,与碳作用形成合金碳化物如 (Fe， Mn)3C,弱碳化物元素: Fe、Mn。 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。,单独形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC，具有高熔点、高硬度、高耐磨的性能，且稳定性极高。,合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,影响A和F存在的范围 Mn、Ni、Co等扩大相区，扩大A存在的区域，如1Cr18Ni9和ZGMn13，室温下单相A Cr、Mo、W、V、Ti、Si缩小相区均缩小A存在区域，如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢,Mn对奥氏体

2、区的影响,Cr对奥氏体区的影响,使S、E点左移，并使A1线的温度变化。,合金元素对 S 点成分的影响,合金元素对A1线的影响,合金元素对钢的热处理的影响,加热时对奥氏体形成的影响 减缓A化过程（Ni、Co除外） 合金碳化物熔点高、难分解，障碍C的扩散，热处理时要提高加热温度或延长保温时间。 影响A晶粒长大 强烈阻止A晶粒长大的元素：铝、钛、铌、锆 中等阻止A晶粒长大的元素：钨、钼、铬 促进A晶粒长大的元素：锰、磷、碳,冷却时对过冷A转变的影响,除Co外，合金元素的加入使C曲线右移。即增大过冷A的稳定性，提高钢的淬透性。增强淬透性常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。 合金元素还可能使C曲线形状发生改变，甚至出现两组C曲线 除 Co、Al 元素外， 所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。,合金元素对回火转变的影响,提高钢的回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si 产生二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使钢在500600回火时硬度升高 回火脆性: 第一类： 250400 不可逆 防止方法：就是避开这一温度范围回火。 第二类： 500600可逆 防止方法：在500600

3、快速冷却。 加入合金元素W、Mo。,W、Mo、V 等碳化物在550时，使钢达到最高硬度， 产生二次硬化。,Cr-Ni 钢的回火脆性示意图,2 合金钢的分类与牌号,3 合金结构钢,低合金高强度结构钢 成分：Wc0.2%，Me%3%，主加元素Mn 用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 性能：较高的强度、屈强比、塑、韧性（Me）； 良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）； 含有耐大气和海水腐蚀的元素（Cu、P）。,Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度最高，用于石化中温高压容器。,东风号远洋轮船Q345,南京长江大桥Q345,高压容器,渗碳钢,成分： 低 碳：0.1%0.25%，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷； 合金元素：主加Cr、Mn、Ni、B等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。,用途：

4、制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。 性能：表层高硬度（58HRC）和高耐磨性； 心部良好强韧性； 高的淬透性以保证渗碳件的心部性能，以便于渗 碳后直接淬火。,热处理 渗碳淬火 + 低温回火（180200）,低淬透性合金渗碳钢：合金元素总量3 %，15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。 中淬透性合金渗碳钢：合金元素总量在4 %左右。20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性合金渗碳钢：合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,活塞销( 20Cr ),柴油机曲轴,柴油机凸轮轴,20 CrMnTi齿轮制造工艺,工艺路线： 下料锻造正火齿形加工渗碳预冷淬火 低温回火喷丸精磨,热处理工艺曲线,预先热处理：正火，改善锻造组织，利于切削加工 最终热处理：淬火低回,最终组织： 表层：高碳M回+Cm+A残 心部：低碳M回 +F,调质钢,成分 中碳： 0.25%0.5%（一般为0.4%左右）。 合金元素 ：,主加元素Mn、

5、Si、Cr、Ni、B等，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。 辅加元素Mo、W、V等强碳化物形成元素，其中Mo、W的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强化和弥散强化作用。,用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。 性能：具有优良的综合力学性能，即既强又韧 热处理： 预先热处理：正火处理（Me含量低） 或正火高温回火（Me含量高） 最终热处理 ：调质，即淬火高温回火。 组织：S回,连杆,40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线,弹簧钢,成分： 中高碳：碳素弹簧钢0.60.9%C，合金弹簧钢0.450.70%C，经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，能较好地保证弹簧的性能要求。 合金元素 主加元素为Si、Mn等，其主要作用是提高淬透性、回火稳定性、强化F基体；辅加元素为Mo、W、V等强碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷，并细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。,用途：制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件 性

6、能：高的弹性极限e和屈强比s/b，高的疲劳极限； 热处理 热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火 喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸,热成形弹簧 对截面尺寸10mm各种大型和形状复杂的弹簧均采用热成形(如热轧、热卷)，如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺旋弹簧。其加工路线：下料加热压弯或卷绕淬火中温回火喷丸，使用状态组织为回火托氏体。喷丸可强化表面并提高弹簧表面质量，显著改善疲劳性能。（也可采用等温淬火获得下贝氏体、或形变热处理，提高弹簧的性能和寿命）。,汽车板簧,热卷大弹簧,冷成形弹簧 截面尺寸10mm的各种小型弹簧可采用冷成形(如冷卷、冷轧)，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉（轧）强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，故在其后应进行低温去应力退火（一般200400）。,弹簧丝,发条,滚动轴承钢,成分 高碳：0.95%1.15%C，保证轴承钢高硬度和高耐磨性； 低铬：0.40%1.65%Cr，增加钢的淬透性，并形成合金渗碳体(Fe、Cr)3C提高接触疲劳

7、极限和耐磨性。 大型轴承加入Si、Mn、Mo、 V等元素以进一步提高淬透性和强度。,用途：制造各种滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱）和内外套圈的专用钢种，也可用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杆及油泵油嘴的精密偶件如针阀体、柱塞等耐磨件。 性能：高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性;高的纯净度; 热处理 预先热处理：球化退火，以改善切削加工性并为淬火作组织准备； 最终热处理：淬火低温回火，决定轴承钢的性能，得到高硬度（6266HRC）和高耐磨性。 冷处理：消除A残与内应力、稳定组织、提高轴承的尺寸精度。,组织 ： M回细碳化物少量A残,4 合金工具钢,一、刃具钢,性能要求 高的硬度（6066HRC）和耐磨性。 高的热硬性，即钢在高温下（500600）保持高硬度（60HRC左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性能。 适当的韧性。,（一）碳素工具钢,成份 含碳量约 0.61.3 % 性能 常温硬度（HRC6062）及耐磨性较好。 但淬透性差、热硬性差。 热处理： 预先热处理：球化退火，降低硬度便于切削加工，并为淬火作组织准备 最终热处理：淬火低温回火 组织：回火马氏体细

8、粒状渗碳体少量残余奥氏体。,（二）低合金刃具钢,成分： 高碳，含 0.91.5 % C ，添加Si、Mn、Cr、等合金元素，提高钢的淬透性和回火稳定性，进一步改善刀具的硬度和耐磨性；强碳化物形成元素(如W、V等)所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外，还可提高钢的热硬性。 性能：低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，但由于其内的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素(W、Mo、V等)，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的工作温度一般不超过250，否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢属于低速切削刃具钢。,9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线,板牙,（三）高速钢,成分（W18Cr4V） 高碳 0.71.5%：保证高硬度 钨 18%：形成碳化物；在560左右回火时， 弥散析出W2C， 造成二次硬化，提高钢的红硬性。 钼 5%：1%Mo的作用等同于2%W。 铬 4%：形成碳化物；提高钢的淬透性。 钒1.5%：形成VC，硬度极高，提高钢的硬度和耐磨性，产生二次硬化。,性能：高硬度、高耐磨性、高的红硬性（600时，HRC63以上）、有一定的强度和韧性。,盘形铣刀,W1

9、8Cr4V钢的生产工艺及热处理特点,工艺路线：下料 锻造 退火 机加工 淬火 三次回火 喷砂 磨削,锻造：高速钢属于莱氏体钢，铸态组织中含有大量呈鱼骨状的粗大共晶碳化物，钢的韧性大幅下降。不能用热处理来消除，只能依靠反复多次锻打来击碎。 退火：消除应力，调整组织，便于机加工，为淬火作好组织准备。退火后的组织 : S + 粒状碳化物 淬火 : 1280；淬火后的组织：M+Cm+A残(2025%) 三次回火 ：消除A残；并产生二次硬化 弥散硬化：W2C、VC 弥散析出； 二次淬火： A残中析出合金碳化物，使A残中合金的浓度下降，MS 上升，在随后的冷却过程中转变为M。,W18Cr4V铸态组织 420 ,W18Cr4V锻造组织 210 ,W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 ,模具钢,（一）冷作模具钢 工作条件与性能要求：在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，工作温度200300；模具承受很大的载荷及摩擦、冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐,汽车车门模具,成分： 高碳 合金元素：Cr， Mo、W、V,磨性、高强度和足够的韧性；冷作模具对淬透性、耐磨性尤其是韧性方面的要求更高一些，冷作模具钢应是高碳成分并多在回火马氏体状态下使用。,（二）热作模钢,工作条件与性能要求：使热态金属成形的模具用钢。热锻模工作部分的温度会升高到300400、热挤压模可达500800、甚至近1000，因交替加热冷却的温,汽车曲轴模具,度循环产生交变热应力；热作模具常见的失效形式有变形、磨损、开裂和热疲劳等，要求模具钢应具有良好的高温强韧性、高的热疲劳和热磨损抗力、一定的抗氧化性和耐蚀性等。,成分：中碳 0.30.6 %； 合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。,量具钢,性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。 成分：高碳 ；合金元素：Cr， Mn、W。 应用 简单量具 T10A、T12A 等。 高精度量具 GCr15、9SiCr、CrWMn 热处理：淬火 + 冷处理 + 低温回火 + 时效处理 最终组织 ： M回+ 合金碳化物,千分尺,特殊性能钢,（一）不锈钢 金属腐蚀的种类: 化学腐蚀 金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如金属高温时的氧化，钢的脱碳 。 电化学腐蚀金属材料（合金或不纯的金属）与电

《合金钢的基础知识课件》由会员我***分享，可在线阅读，更多相关《合金钢的基础知识课件》请在金锄头文库上搜索。