工程材料第七章 40-6學時-文九巴

第一節(jié)合金元素在鋼中的作用。一、合金元素與鐵、碳的作用1．與鐵的作用：

①幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中，形成合金鐵素體或合金奧氏體——強化了F,基體強度提高。②

Mn、Ni、Cr、Si——韌性↗2．與碳的作用—形成碳化物

碳化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe第七章合金鋼

(金屬材料)上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁強弱二、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響：1、改變了γ相區(qū)位置:

如Ni或Mn類元素，均擴大Fe-Fe3C相圖中的奧氏體存在相區(qū)，使

r相區(qū)向左、向下移；

Cr、Mo：使

r相區(qū)向左、向上移。2、臨界點S點、E點左移，意味著：

S點和E點的碳含量下降（幾乎所有的合金元素）,P量↑,……GS線、ES線左移……上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁三、合金元素對鋼熱處理的影響1．合金元素對加熱時組織轉(zhuǎn)變的影響：(1)對A形成速度有影響:

形成均勻A都伴隨C的擴散，也希望盡可能多的合金元素在加熱時溶入A中，強碳化物形成元素使C的擴散能力降低，減慢A的形成

?！嗪瑥娞蓟镄纬稍氐匿?，只有當T加↑或τ?！拍艿玫骄鶆駻

。(2)對A晶粒大小的影響:

除（Mn、B）外，大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用，但影響程度不同。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁2．合金元素對冷卻轉(zhuǎn)變的影響：除Co外，幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，即淬透性↑。

作用最強的元素：Mo、Mn、Cr、其次Ni、Si、B。

碳化物形成元素和非…的Si，都減慢回火過程中M的分解，使回火穩(wěn)定性↑;

強碳化物形成元素V、W、Mo，析出彌散細小碳化物——產(chǎn)生二次硬化。除Co、Al外，幾乎所有合金元素都使Ms↓，Mf↓。A殘↑上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁①對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響：②．對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響：③．對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響：1．合金鋼的分類：按含合金元素多少分為：

低合金鋼＜5％

中合金鋼5％～l0％

高合金鋼＞l0％按所含主要合金元素種類可分為：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等按用途可分為：結構鋼工具鋼特殊性能鋼上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁2．合金鋼的編號數(shù)字＋元素＋數(shù)字＋質(zhì)量級別碳的質(zhì)量分數(shù)：結構鋼—用兩位數(shù)表示含碳萬分之幾工具鋼—＜1％時，用一位數(shù)表示含碳干分之幾，

＞1％時，不標含碳量。（但高速鋼含碳多少都不標，它含鎢高。）特殊性能鋼—用一位數(shù)表示含碳干分之幾，

（不銹鋼）但當含碳少時：≤0、08%C用0表示；≤0、03%C用00表示.合金元素的質(zhì)量分數(shù)：（除滾動軸承鋼中的Cr表示干分之幾外）都表示含百分之幾≤1.5％時，不標；

1.5％-2.49％—標2；

2.5％-3.49％—標3……碳的質(zhì)量分數(shù)合金元素質(zhì)量分數(shù)合金元素上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁二、工程結構用鋼這種鋼含合金元素較低，在3％以下，屬于低合金高強度鋼(稱：低合金結構鋼)主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。用它來代替普通碳素結構鋼，可大大減輕結構自重，保證使用可靠、耐久。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁工程結構用鋼有以下特點：(1)高強度；

(2)高韌度；(3)良好的焊接性能和冷成形性能。

化學成分特點：(1)低碳:≤0.20％，韌度、焊接和冷成形性能要求高。(2)加入Mn（資源豐富），強、韌↑。(3)加入少量Nb、Ti或V等附加元素。細化晶粒。使用：熱軋、空冷狀態(tài)下使用（組織：F+P）

，強度現(xiàn)己達800MPa。

常用材料：16Mn、15MnTi、15MnNb上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁三、合金滲碳鋼合金滲碳鋼主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等。工作中它們遭受強烈的摩擦和磨損，同時承受較高的交變載荷特別是沖擊載荷。

力學

表面:高硬度、高耐磨、高（接觸、彎曲）強度。性能:心部:較高強度、適當塑，韌性。良好的熱處理工藝性能。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁加Cr、Mn、Ni、淬↑，強↑韌↑；另外Cr形成碳化物，耐磨性↑。加入強碳化物形成元素V、W、Mo，細化晶粒。最終熱處理：滲C+淬火+低溫回火，保證性能。表面組織：M回+K（碳化物）+少A殘，HRC60～62

成分：低碳：0.10～0.25%C，保證心部足夠塑、韌性；滲C后表面高碳(0.85～1.05%C)。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁常用滲碳鋼：⑴低淬，低強---用于尺寸小、載荷輕、表面耐磨件；

15、20、20Cr、20Mn小齒輪，小軸。⑵中淬，中強--用于尺寸大、交變載荷、表面高硬高耐磨的重要件；

20CrMn、20CrMnTi—汽車、拖拉機的變速齒輪。⑶高淬，高強—用于尺寸大、高載、高磨、高強韌的極重要件。

18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4WA

內(nèi)燃機的主動牽引齒輪，坦克上的齒輪和軸。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁四、調(diào)質(zhì)鋼1、經(jīng)調(diào)質(zhì)（淬火+高回）處理后使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。

2、用于受復雜應力作用的零件，如柴油機連桿螺栓、汽車底盤上的半軸、機床主軸…最常見的失效形式為疲勞斷裂。結束放映下一頁上一頁

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結束放映下一頁本章首頁教程首頁性能：①具有良好綜合力學性能，有些工件表面和局部還要求一定的耐磨性（需：調(diào)質(zhì)+氮化或表面淬火處理）；②良好淬透性（否則屈服強度、疲勞強度會明顯下降）；③避免高溫回火脆性。3、調(diào)質(zhì)鋼成分：0.25～0.5%C；加合金元素：Cr、Ni、Mn、Si、B

。主要：淬↑，基體強度↑，且韌↑，配合使用效果↑↑。加V—細化晶粒；W、Mo—防止或減輕回火脆性4、常用鋼：45、40Cr、38CrMoAlA…結束放映下一頁上一頁

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教程首頁對于精密機床主軸：38CrMoAlA調(diào)質(zhì)+滲碳；

對于航空發(fā)動機曲軸：重要件—還…氮化5、預先熱處理：正火、退火

最終熱處理：淬+高溫回火；得到組織：S回上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁五、彈簧鋼彈簧鋼是一種專用結構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。彈簧利用彈性變形來傳遞力，儲存能量和減緩震動和沖擊。彈簧鋼應有以下性能

(1)高的彈性極限，高屈強比（σs／σb），保證有足夠彈性變形，并能承受大的載荷。

(2)高的疲勞極限，足夠的塑、韌性。

(3)有些工件，還要求有耐蝕性。結束放映下一頁上一頁

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結束放映下一頁本章首頁教程首頁合金彈簧鋼的化學成分有以下特點：(1)中、高碳：0.5％-0.75％，目的提高彈性極限和疲勞極限。(2)加入以Si、Mn、Cr、V為主的合金元素，提高淬透性和回火穩(wěn)定性，強化F和細化晶粒。質(zhì)量要求嚴（即，S和P少），否則會成為疲勞源，造成疲勞破壞。結束放映下一頁上一頁

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教程首頁合金彈簧鋼大致分為兩類：(1)以Si、Mn元素合金化的彈簧鋼：有65Mn、60Si2Mn

(2)含Cr、v等的彈簧鋼：50CrVA等。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁彈簧鋼按加工和熱處理分為2類：

(1)熱成形彈簧：用熱軋的鋼絲或鋼板制成，然后熱處理，這類彈簧一般是用于較大型彈簧的制作。

(2)冷成形彈簧：用于小尺寸彈簧的制作，一般用冷拔彈簧鋼絲(片)卷成。熱處理：淬火+中溫回火，獲得:T回組織。具有很高的屈服強度特別是彈性極限，并有一定的塑性和韌度。結束放映下一頁上一頁

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結束放映下一頁本章首頁教程首頁六、滾動軸承鋼:軸承鋼主要用來制造滾動軸承的滾動體(滾珠、滾柱、滾針)、內(nèi)外套圈等。成分特點是，含碳高。所以也用于制造—要求耐磨性好的其它工件。性能要求：(1)高的接觸疲勞強度—防止產(chǎn)生麻點或硬化層剝落；(2)高的硬度和耐磨性—HRC達62～64，要有碳化物；(3)足夠的韌性和淬透性。此外，在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁成分特點：(1)高碳：一般為0.95％～1.10％C；(2)Cr為基本的合金元素：0.40％-1.65％Cr提高淬透性、組織細小、均勻分布。(3)大型軸承為進一步提高淬，還要加入Si、Mn；加入V，形成VC，耐磨性↑，并防止過熱。(4)純度要求極高（S、P少）。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁軸承鋼的熱處理：

(1)球化退火——預先熱處理。硬度↓，以利于切削加工；更重要的是形成了P粒和細粒狀碳化物，為零件的最終熱處理作組織準備。(2)淬火和低溫回火

——作為最終熱處理。

使用態(tài)組織：M回＋碳化物＋微量A’(3)常用軸承鋼:GCr6、GCr9、GCrl5，GCr9SiMn和GCr15SiMn（用于制造大型軸承）。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁低合金結構鋼含低碳:

≤0.20％合金元素？高強、高韌、好的焊接和冷成形性.熱軋、空冷狀態(tài)下使用（相當正火處理）使用狀態(tài)組織：T(S)+F常用鋼:16Mn、15MnTi、15MnNb滲碳鋼含低碳：0.10～0.25%C,滲C后表面達0.85～1.05%C表面:高硬、耐磨、高強心部:較高強度適當塑，韌性。最終熱處理：滲C+淬火+低回。表面組織：M回+K+少A’20、20Cr、20Mn、20CrMn20CrMnTi18Cr2Ni4WA調(diào)質(zhì)鋼含碳：0.25～0.5%C綜合力學性能好最終熱處理：淬+高回S回45、40Cr、38CrMoAlA彈簧鋼含碳：

0.5-0.70％C高σe、σs／σb、σ-1足夠塑和韌最終熱處理淬火+中回T回65Mn、60Si2Mn、

50CrVA滾動軸承鋼含高碳：0.95～1.1％C高接觸σ-1、硬、耐磨性、足夠的韌度和淬透性最終熱處理：淬火+低回預先熱處理：球化退火M回＋ｋ＋微量A’GCr6、GCr9、GCrl5和GCr9SiMnGCr15SiMn七、刃具鋼（工具鋼有：刃、模、量）

主要用于制造車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削工具。刃具切削時受工件的壓力，刃部與鐵屑之間發(fā)生強烈的摩擦，由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達500-600℃。此外，還承受一定的沖擊和震動。因此對刃具鋼性能提出如下基本要求。刃具鋼性能要求:

⑴高硬度達HRC60-65.⑵高耐磨⑶高熱（紅）硬性⑷足夠塑、韌性。各種工具鋼都可制作刃具鋼上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13T7A、T8A……T13A

含C量依次增加↑，硬度變化不大，而耐磨性依次↑，塑韌性依次↓。1.碳素工具鋼：

碳素工具鋼缺點：淬透性低：水中能淬透直徑20mm；紅硬性差：使用溫度200℃以下。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁只能做低速、小進刀量、形狀簡單、小尺寸的工具或手用工具。2.低合金工具鋼：

是在碳素工具鋼的基礎上添加合金元素而成的。成分特點：

①高C，②加入Cr,Mn,Si提高淬透性③加入Si提高回火穩(wěn)定性④加入W,V細化晶粒、提高耐磨性。性能特點：①高硬度:HRC＞60②高耐磨性③熱硬性④足夠塑性和韌性

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結束放映下一頁本章首頁教程首頁典型鋼號及其應用：

①9SiCr,如:板牙,絲錐,冷沖模,木工工具,低速切削刃具；②Cr06,如:樣板,鉸刀,插刀,剃刀,刀片,刮刀,銼刀等；③CrWMn，如拉刀,沖模,樣板,量規(guī)。熱處理：最終：淬火+低溫回火預先：球化退火上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁使用態(tài)組織：

M回＋合金碳化物ｋ＋少量A，

3.高速鋼：制造高速切削或形狀復雜的刃具。

在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達600℃以上，硬度仍保持HRC60以上。高速鋼刀具的切削速度可增加1～3倍（比碳素工具鋼和合金工具鋼刀具），而耐用性增加7～14倍，因此，高速鋼在機械制造工業(yè)中被廣泛地采用。例：

W18Cr4V車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、拉刀、

W6Mo5Cr4V2絲錐、鉸刀、鉆頭等耐磨性和韌性好上一頁

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①性能—和其它工具鋼比，有高淬透性、高紅硬性（高溫下HRC＞60）、高耐磨性；足夠塑性和韌性。

②成分—0.7～1.4%C;

加入的合金元素，要全部溶入γ中

:

Cr—主要淬透性↑

W、Mo—主要紅硬性↑∵回火穩(wěn)定性↑。

V—細化晶粒，彌散細小K.耐磨性↑；紅硬性↑.

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結束放映

③鍛造：擊碎鑄態(tài)中粗大魚骨狀碳化物，呈均勻細小顆粒分布.

④熱處理特點：

退火組織：S+細粒狀K

淬火—T加在1200～1300℃，

使合金元素全部溶入γ中，各性能才能保證。

回火—T加在550～570℃，保1h冷到室溫，重復至少三次（使γ殘發(fā)生轉(zhuǎn)變）。析出彌散碳化物WC、VC--二次硬化；殘γ→M二次硬化。

回火組織：M回+粒狀碳化物+少量A殘八、合金模具鋼：冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。冷模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下成型的各種模具用鋼。如：冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200-300℃。熱作模具鋼用于制造對加熱金屬或液態(tài)金屬成型的各種模具用鋼。如：熱鍛模、熱壓模（壓鑄模）、熱擠壓模，工作時型腔表面溫度可達600℃上。上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁冷、熱模具鋼性能：冷作模具鋼性能：(1)高硬度和紅硬性，一般為58—62HRC；(2)高耐磨性；(3)足夠的韌度與疲勞抗力(4)熱處理形變小。熱模具鋼性能：(1)高溫下足夠的硬度(35-52HRC)、耐磨性、強，韌度(2)高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞。(3)有高的淬透性和導熱性。（由于熱模具一般較大）結束放映下一頁上一頁

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結束放映下一頁本章首頁教程首頁1．冷模具鋼：成分特點：典型鋼號及其應用：①高C:②加入大量Cr提高耐磨性和淬透性③加入W、Mo、V，細化晶粒，提高耐磨性。冷作模具鋼中國Cr12Cr12MoVCrWMn9SiCr主要用途小動載、高耐磨、簡單形狀沖裁模下料模、沖頭、滾絲輪、冷鐓模、剪刀片等下料模、沖頭、成型模、搓絲板及小型塑料模下料模、搓絲板、壓印模、頂出桿、刀片等上一頁

結束放映下一頁本章首頁教程首頁常用冷作模具鋼有：

Cr12、Cr12MoV、

T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15和W18Cr4V。熱處理：※

球化退火＋950～1000℃淬火＋低溫回火耐磨性和韌性好，用于重載模具※

球化退火＋1100～1150℃淬火＋510～520℃回火（3次）耐磨性和紅硬性好，400～450℃下工作的模具。組織：M回+碳化物K+殘余A。上一頁

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工作條件—大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)所引起的熱應變和熱應力，以及高溫氧化。2.熱作模具鋼

用以制造在高溫下，使金屬材料塑性成形的一類模具。如熱鍛模、熱擠壓模、熱沖裁模和金屬壓鑄模。成分特點：

①中C:0.3～0.6%C，以保證高強度、韌性、熱疲勞抗力和較高的硬度。②加入Cr、Ni、Mn、Si

：淬↑、回火穩(wěn)定性和熱疲勞抗力③加入W,Mo、V提高熱硬性和熱強性.熱