合金钢的分类、牌号和应用.doc

课题名称】 §4-1.2 合金钢的分类、牌号和应用【教学目标与要求】1、了解合金钢的分类及牌号表示方法、性能和应用场合2、熟悉常用合金钢牌号的含义、特点及应用场合3、读懂合金钢牌号的含义 4、熟悉常用合金钢的牌号的表示方法及其性能特点和应用教学重点】常用合金钢的牌号及性能特点和应用场合教学难点】常用合金钢的性能和应用场合教学方法】 叙述性教学方法，例举实例【教学安排】3 学时【教学过程】一、 合金元素对钢性能的影响1、 合金钢的定义：在碳钢的基础上加入其他元素的钢加入的其他元素就叫做合金元素２、常加入的合金元素：硅（Ｓｉ）锰（Ｍｎ）铬(　Ｃｒ　)镍（Ｎｉ）钨（Ｗ）钼（Ｍｏ）钒（Ｖ）钛（Ｔｉ）铝（Ａｌ）硼（Ｂ）及稀土元素（Ｒｅ）３、合金元素在钢中的作用，是通过与钢中的铁和碳发生作用、合金元素之间的相互作用提高了钢的力学性能，改善钢的热处理工艺性能二、合金钢牌号表示方法1、合金结构钢的牌号：采用“两位数字＋元素符号＋数字”表示前面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，而后面数字表示该元素平均含量的质量分数当合金元素含量小于 1.5%时，牌号中只标明元素符号，而不标明含量，如果含量大于 1.5%、2.5%、3.5%等，则相应地在元素符号后面标出 2、3、4 等。

例如 60Si2Mn，表示平均碳含量为 0.6%；含硅量约为 2%，含锰量小于 1.5%2、合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢相似，其区别在于：用一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等于 1.00%时则不予标出如：9SiCr，其中平均碳含量为 0.9%，Si、Cr 的含量都小于 1.5%；Cr12MoV，表示平均碳含量大于 1.00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小于 1.5%的合金工具钢3、 除此之外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用途在钢号前面冠以汉语拼音，而不标出含碳量如 GCr15 为滚珠轴承钢，“G”为“滚”的汉语拼音字首还应注意，在滚珠轴承钢中，铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他元素仍用百分数表示如 GCr15SiMn，表示铬含量为 1.5%，硅、锰含量均小于 1.5%的滚珠轴承钢三、合金钢结构钢1. 工程结构用钢：工程结构用钢主要用于制造各种工程结构，如桥梁、建筑、船舶、车辆、高压容器等这类钢是在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素制成的钢，故名普通低合金结构钢（简称普低钢） 由于合金元素的作用，普低钢比相同含量的普通碳素结构钢强度高得多，而且还具有良好的塑性、韧性、焊接性和较好的耐磨性。

因此，采用普低钢代替普通碳素结构钢可减轻结构重量，保证使用可靠，节约钢材如用普低钢 16Mn 代替 Q235 钢，一般可节约钢材 25%～30%以上普低钢大多数是在热轧状态下使用加工过程中经常采用冷弯、冷卷和焊接成构件后不再进行热处理主加元素为锰（0.8%～1.8%） ，为了某些需要，还加入钒、钛、铌、铜或铬、钼、硼等元素，合金元素总量一般不超过 3%常用普低钢的性能和用途见表 4-52. 机械制造用钢机械制造用钢主要用于制造各种机械零件它是在优质或高级优质碳素钢结构钢的基础上加入合金元素制成的合金结构钢这类钢一般都要经过热处理才能发挥其性能因此，这类钢的性能与使用都与热处理相关机械制造用合金结构钢按用途和热处理特点，可以分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢等(1)合金渗碳钢在机械制造中有许多零件是在高速、重载、较强烈的冲击和受磨损条件下工作的，如汽车、拖拉机的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等，要求零件的表面具有高硬度、高耐磨性，而心部有足够的韧性，为了满足这样的性能要求，可采用合金渗碳钢所谓合金渗碳钢，就是用于制造渗碳零件的合金钢合金渗碳钢的碳含量一般在 0.1%～0.25%之间，加入的主要合金元素是铬、镍、锰、硼等，还加入少量的钒、钛等元素。

经过渗碳处理后，再进行淬火和低温回火处理，达到表面高硬度、高耐磨性和心部高强度并有足够韧性20CrMnTi 是应用最广泛的合金渗碳钢2)合金调质钢合金调质钢一般指经过调质处理（淬火后高温回火）后使用的合金结构钢这种钢经调质处理后具有高强度和高韧性相结合的良好的综合力学性能为了获得综合力学性能，必须具有合理的化学成分合金调质钢的碳含量在 0.25%～0.50%之间，主加合金元素为锰、铬、硅、镍、硼等，还加入少量的钼、钨、钒、钛等元素合金调质钢主要用于那些在重载荷、受冲击条件下工作的零件，如机床主轴、汽车后桥半轴、连杆等40Cr 钢是合金调质钢中最常用的一种，其强度比 40 钢高 20%，并有良好的韧性3)合金弹簧钢合金弹簧钢是用于制造各种弹簧的专用合金结构钢要求合金弹簧钢具有高的弹性极限、高疲劳强度、足够的塑性和韧性、良好的表面质量因此，合金弹簧钢具有合理的化学成分，并进行适当的热处理合金弹簧钢碳含量一般在 0.45%～0.75%之间，加入主要元素有锰、硅、铬等，有些弹簧钢还加入钼、钨、钒等元素合金弹簧钢经淬火后进行中温回火处理常用合金渗碳钢、合金调质钢和合金弹簧钢的性能和用途见表 4-63、滚珠轴承钢滚珠轴承钢是制造各种滚动轴承的滚动体和内、外套圈的专用钢。

滚珠轴承钢必须具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的疲劳强度，足够的韧性和淬透性，以及一定的耐蚀性等目前应用最广的是高碳铬钢，其碳含量在 0.95%～1.15%之间，铬含量在 0.6%～1.65%之间，其中 GCr15 和 GCr15SiMn 应用最多由于滚珠轴承钢的化学成分和主要性能特点与低合金工具钢相近，生产中常用它制造刃具、冷冲模具、量具以及性能要求与滚动轴承相似的零件4.合金工具钢碳素工具钢淬火后，虽能达到高的硬度和耐磨性，但因它的淬透性差、红硬性差（只能在 200 ℃以下保持高硬度） ，因此模具、量具及刃具大多都要采用合金工具钢制造合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢1）合金刃具钢：合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢1)低合金刃具钢：低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（一般为 3%～5%）形成的一类钢这类钢中常加入铬、锰、硅等元素，此外还加入钨、钒等元素，硬度、耐磨性、强度、淬透性均比碳素工具钢好但其红硬性略高于碳素工具钢，一般仅在 250　℃以下保持高硬度常用的低合金刃具钢是 9CrSi 和CrWMn，主要用于制造丝锥、板牙、铰刀等2)高速钢：高速钢是一种含钨、铬、钒等多种元素的高合金刃具钢。

经过适当热处理后，具有高的硬度、红硬性和耐磨性当其切削刃的温度高达 600 ℃ 时，仍能保持其高硬度和高耐磨性高速钢主要合金元素总量达到 10%～25%，具有较高的淬透性常用的高速钢有：钨系高速钢，其代表为 W18Gr4V；钼系高速钢，其代表为W6Mo5Cr4V2高速钢主要用于制造切削速度较高的刃具（车刀、钻头等）和形状复杂、负荷较重的成形刀具（铣刀、拉刀等） 此外，高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨零件为了使高速钢具有良好性能，必须经过正确锻造和热处理２）合金模具钢：模具钢是指用于制造冲压、热锻、压铸等成形模具的钢根据工作条件不同，可分为冷变形模具钢和热变形模具钢1)冷变形模具钢：冷变形模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷压模等2)热变形模具钢：热变形模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、压铸模等热模具在高温下工作并承受很大的冲击力，因此要求热模具钢要在高温下能保持足够的强度、韧性和耐磨性，以及较高的抗热疲劳性和导热性目前常采用５CrMnMo和 5CiNiMo 制作热锻模，采用 3Cr2W8 制作热挤压模和热铸模３）合金量具钢：合金量具钢是用于制造测量工具的钢。

测量尺寸的工具即量具，如千分尺等它们的工作部分要求高硬度、高耐磨性和高的尺寸稳定性，一般采用微变形合金工具钢制造，如CrWMn、GCr15 等5.特殊性能钢：特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢特殊性能钢的种类很多，在机械制造中常用的有不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢１）不锈耐酸钢：不锈耐酸钢是指在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀能力的钢，一般称不锈钢常用不锈钢有铬不锈钢和铬镍不锈钢铬不锈钢可抗大气、海水、蒸气等的锈蚀常用铬不锈钢为Cr13 型不锈钢，牌号有 1Cr13、2Cr13、3Cr13 和 4Cr13，钢中的铬含量约为 13%，碳含量为 0.1%～0.4%其中 1Cr13、2Cr13 用于制造汽轮机叶片、水压机阀等，3Cr13、4Cr13 用于制造弹簧、轴承、医疗器械及在弱腐蚀条件下工作而要求高强度的耐蚀零件铬镍不锈钢主要用于制造在强腐蚀介质（硝酸、磷酸、有机酸及碱水溶液等）中工作的设备，如吸收塔、贮槽、管道及容器等这些钢的化学成分为平均铬含量为 18%、镍含量为 8%～11%，其牌号为 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9，这些钢含碳量很低，前一牌号碳含量≤0.08%，后一牌号碳含量≤0.14%（２）耐热钢钢的耐热性是高温抗氧化性和高温强度（热强性）的总称。

耐热钢通常分为抗氧化钢和热强钢1)抗氧化钢：抗氧化钢又称不起皮钢，其特点是高温下有较好的抗氧化能力并有一定强度这类钢主要用于制造长期工作在高温下的零件，如各种加热炉底板、渗碳箱等常 用的抗氧化钢有4Cr9Si2、1Cr13SiAl 等2)热强钢：热强钢的特点是在高温下有良好的抗氧化能力并具较高的高温强度常用的热强度钢有 15CrMo、4Cr14Ni4WMo前者是典型的锅炉用钢，可以制造在 300 ℃～500 ℃下长期工作的零件；后者可以制造在 600 ℃以下工作的零件，如汽轮机叶片，大型发电机排气阀等耐热钢中加入合金元素铬、硅、铝等可提高抗高温氧化性，加入合金元素钨、钼、钒等可提高高温强度３）耐磨钢：耐磨钢是指高耐磨性的高锰钢它的主要化学成分是：碳含量 1.0%～1.3%，锰含量 11%～14%（锰/碳＝11～12） ，它的钢号写成 Mn13这种钢基本上都是铸造成型的高锰钢主要用于制造铁路道岔、拖拉机履带、挖土机铲齿等五、小结1）应当记住常用钢牌号的表示方法2）应记住常用钢的主要性能及应用场合，会查参考资料六、布置作业。