第4章-合金鋼

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

2、全，冶煉、加工成型比較簡單，價(jià)格低廉。 經(jīng)過一定的熱處理后，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

3、、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)W

4、Me：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)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 數(shù)、質(zhì)量等級(jí)等來編制的： 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)，

5、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. 0 C %08.0 C %1 . 0 C 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 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60S

6、i2Mnw(C)=0.6%, w(Si)=1.5-2.4%, w(Mn) 1.5% 18Cr2Ni4WAw(C)=0.18%, w(Cr)=1.5-2.4%, 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

7、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 ，MPa 5 ，% Q295 09MnNb 12Mn 0.16 0.80 1.50 0.5529557023

8、Q345 16Mn 16MnRe 0.18 0.20 1.00 1.60 0.553456302122 Q390 16MnNb 15MnTi 0.20 1.00 1.60 0.553906501920 Q420 14MnVTiRe 15MnVN 0.20 1.00 1.70 0.554206801819 Q460 14MnMoV 18MnMoNb 0.20 1.00 1.70 0.5546072017 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

9、 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

10、、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)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

11、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)%，中碳鋼 Si、Mn提高淬透性和屈強(qiáng)比，但易引起脫碳和過熱 Cr、V、W減小脫碳和過熱傾向同時(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

12、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（潤滑介質(zhì)條件下） 化學(xué)成分化學(xué)成分： w(C) = 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

13、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 HRC GCr4 0.95 1.05 0.65 0.0 0.15 0.60 0.15 0.60 800 820 150 170 6266 GCr15 0.95 1.05 1.40 1.65 0.15 0.65 0.25 0.45 820 840 150 160 6266 GCr15SiMn 0.95 1.05 1.40 1.65 0.45 0.75 0.95 1.25 820 840 170 200 62 GMnMoVRE 0.95 1.05 0.15 0.40 1.10 1.40 770

14、 810 170562 GSiMoMnV 0.95 1.10 0.45 0.65 0.75 1.05 780 820 175 200 62 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

15、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 用來制造各用來制造各 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

16、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 常用的低合金刃具鋼常用的低合金刃具鋼 板牙板牙 絲錐絲錐 9SiCr、9Mn2

17、V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)及用途常用鋼號(hào)及用途 常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為 W18Cr4

18、V 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。 大型模具 6Cr2W8V等，淬透

19、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。 化學(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9Cr18

20、 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

21、體電極電位，減小電極電位差 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

22、肥工業(yè)的設(shè)備、容器、管道和食品工廠設(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