第六章-合金钢PPT课件
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合金钢(材料第六章)
图6-18 连杆螺栓及其热处理工艺 下料→锻造→退火（或正火） →机械加工（粗加工） →调质→ （预先热处理 ） （最终热处理）
机械加工（精加工） →装配
六、弹簧钢
1、弹簧钢的一般特点 根据弹簧的工作条件：要求弹簧钢必须具有高的抗拉强度、高 的屈强比（σs /σ b）、高的疲劳强度、并有足够的塑性和韧性以及 良好的表面质量、较好的淬透性、低的脱碳敏感性、冷热状态下 容易绕卷成型。
4、调质钢的热处理特点
淬火（850º C左右，>AC3 ） +高温回火（500~650º C）。通 常还需表面淬火或化学热处理，有时也低、中温回火。加 Mo(0.15~0.30%)、W(0.8~1.2%)抑制第二类回火脆性。
5、常用调质钢的性能特点 及用途。（表6-6、6-7、6-8）
例：用40Cr制作丰收—75拖拉机的连杆螺栓，其热处理工艺方法 的选定和工艺路线的安排如下：
(含量：o.15~0.25%)
3、Ca在钢中能形成高熔点（1300~1600º C之间）的钙-铝-硅的复合 氧化物（钙铝硅酸盐）附在刀具上。（含量：0.001~0.005%)
钢号：在前加“易”/“Y”。
四、渗碳钢
1、渗碳钢的化学成分 （表6-3）
C：0.1~0.25%之间。 合金渗碳钢主要合金元素：Cr(<2%)、Ni(<4.5%)、Mn(<2%)、 B(<0.005%)；少量V、W、Mo、Ti 2、渗碳钢的热处理特点 （表6-4）
破碎机主轴
4、合金弹簧钢
制造弹簧或类似性能零件 的钢种。
1、性能要求 弹簧是利用弹性变形储存 能量或缓和冲击的零件。 ⑴ 高的σs，σs/σb； 高的σ-1；足够的韧性 ⑵ 高的淬透性。
第六章 钢的热处理
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
教学辅导第六章合金钢资料
合金调质钢的平均ωc在0.25％～0.50％之间。碳含量过
低，不易淬硬，回火后达不到所需硬度；碳含量过高，则韧 性不足。主加元素有铬、镍、锰、硅、硼等，以增加钢的淬 透性，同时还强化铁素体。辅加元素有钼、钨、钒、钛等， 主要是防止淬火加热产生过热现象，细化晶粒和提高回火稳 定性，进一步改善钢的性能。
2、渗碳件心部具有高的韧性和足够高的强度；
3、具有良好的热处理工艺性能，在高的渗碳温度(900 ～950℃)下奥氏体晶粒不易长大，淬透性也较好。
合金渗碳钢的热处理，一般是渗碳后直接淬火和低温回 火。
热处理后渗碳层的组织由回火马氏体+粒状合金碳化物+ 少量残余奥氏体组成，表面硬度一般为58～64HRC。心部 组织与钢的淬透性及工件截面尺寸有关，完全淬透时为低 碳回火马氏体，硬度为40～48HRC；多数情况下，是由托 氏体+回火马氏体+少量铁素体组成，硬度为25～40HRC。
三、阻碍奥氏体晶粒长大 强碳化物形成元素钒、铌、锆、钛等容易形成特殊碳 化物，铝在钢中常以AIN、Al2O3的细小质点存在，它们都 弥散地分布在奥氏体晶界上，由于比较稳定，不易分解溶 入奥氏体，从而对奥氏体晶粒长大起机械阻碍作用。因此 ，合金钢 (除锰钢外) 在淬火加热时不易过热，有利于获 得细马氏体组织，同时也有利于提高加热温度，使奥氏体 中溶入更多的合金元素，以改善钢的淬透性和性能。这是 合金钢的重要特点之一。
机械制造基础
第六章
四、提高钢的淬透性 合金元素(除钴外)溶入奥氏体后，都能降低原子扩散速 度，增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线位置向右移动 (见图 6-3) ，临界冷却速度减 小，从而提高钢的淬透 性。 注意：若合金元素 未溶人奥氏体，将不能 增加奥氏体的稳定性， 因而也就不能提高钢的 淬透性，反而会降低钢 的淬透性。
低，不易淬硬，回火后达不到所需硬度；碳含量过高，则韧 性不足。主加元素有铬、镍、锰、硅、硼等，以增加钢的淬 透性，同时还强化铁素体。辅加元素有钼、钨、钒、钛等， 主要是防止淬火加热产生过热现象，细化晶粒和提高回火稳 定性，进一步改善钢的性能。
2、渗碳件心部具有高的韧性和足够高的强度；
3、具有良好的热处理工艺性能，在高的渗碳温度(900 ～950℃)下奥氏体晶粒不易长大，淬透性也较好。
合金渗碳钢的热处理，一般是渗碳后直接淬火和低温回 火。
热处理后渗碳层的组织由回火马氏体+粒状合金碳化物+ 少量残余奥氏体组成，表面硬度一般为58～64HRC。心部 组织与钢的淬透性及工件截面尺寸有关，完全淬透时为低 碳回火马氏体，硬度为40～48HRC；多数情况下，是由托 氏体+回火马氏体+少量铁素体组成，硬度为25～40HRC。
三、阻碍奥氏体晶粒长大 强碳化物形成元素钒、铌、锆、钛等容易形成特殊碳 化物，铝在钢中常以AIN、Al2O3的细小质点存在，它们都 弥散地分布在奥氏体晶界上，由于比较稳定，不易分解溶 入奥氏体，从而对奥氏体晶粒长大起机械阻碍作用。因此 ，合金钢 (除锰钢外) 在淬火加热时不易过热，有利于获 得细马氏体组织，同时也有利于提高加热温度，使奥氏体 中溶入更多的合金元素，以改善钢的淬透性和性能。这是 合金钢的重要特点之一。
机械制造基础
第六章
四、提高钢的淬透性 合金元素(除钴外)溶入奥氏体后，都能降低原子扩散速 度，增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线位置向右移动 (见图 6-3) ，临界冷却速度减 小，从而提高钢的淬透 性。 注意：若合金元素 未溶人奥氏体，将不能 增加奥氏体的稳定性， 因而也就不能提高钢的 淬透性，反而会降低钢 的淬透性。
合金钢资料PPT课件
① 1Cr18Ni9Ti性能：
a、高强度、高硬度、塑性韧性较好。良好的焊接性能和弯曲成型性；
b、-196~700℃，机械性能基本不变化；
0Cr19Ni9（-253 ℃）， 00Cr25Ni20（-269℃）
c、较高的耐腐蚀性，抗氧化性介质耐蚀能力强，抗还原性介质耐蚀能力差；
为加强抗还原性介质能力，常加入Mo、Cu， 1Cr18Ni8Mo2CuTi
.
1
二、典型元素
Cr：提高钢材耐酸性，改善抗高温氧化性能，主体元素（Cr≥13%） C+Cr碳化铬
Ni：主体元素，提高钢材耐蚀性（碱），改善低温脆性，降低马氏体 脆性；我国缺镍，故高镍钢产量很小，一般用节镍钢或无镍钢
Mn：脱氧除硫，提高强度硬度（Mn溶入铁素体引起固溶强化） Si：脱氧剂，提高钢材硬度，增加钢液流动性 Al：脱氧剂，细化晶粒，改善钢材低温脆性，提高抗高温氧化性能 Mo：提高强度硬度，对Cl-、Cl2耐蚀 Ti：脱氧剂，耐高温，抗晶间腐蚀
Ti+C→TiC，Nb+C→NbC
7.4.5 耐热钢：
普通碳钢在370℃以上机械性能大大降低，在570℃以上发生显著的氧化。
耐热性包括热安定性与抗热性
热安定性指金属对高温气体（O2、H2S、SO2、H2）腐蚀的抵抗能力 抗热性指金属在高温下对机械载荷的抵抗能力。
提高热安定性：加入Cr、Al、Si等元素，生成氧化膜，阻止接触腐蚀气体
编号方法：钢材含碳量 合金元素种类和数量 质量级别
1、钢号的首部数字表示含碳量
合金结构钢：两位数字表示平均含碳量的万分数，35CrMo
合金工具钢：一位数字表示平均含碳量的千分数，9CrSi
0：C%=0.03%~0.08%，低碳级
a、高强度、高硬度、塑性韧性较好。良好的焊接性能和弯曲成型性；
b、-196~700℃，机械性能基本不变化；
0Cr19Ni9（-253 ℃）， 00Cr25Ni20（-269℃）
c、较高的耐腐蚀性，抗氧化性介质耐蚀能力强，抗还原性介质耐蚀能力差；
为加强抗还原性介质能力，常加入Mo、Cu， 1Cr18Ni8Mo2CuTi
.
1
二、典型元素
Cr：提高钢材耐酸性，改善抗高温氧化性能，主体元素（Cr≥13%） C+Cr碳化铬
Ni：主体元素，提高钢材耐蚀性（碱），改善低温脆性，降低马氏体 脆性；我国缺镍，故高镍钢产量很小，一般用节镍钢或无镍钢
Mn：脱氧除硫，提高强度硬度（Mn溶入铁素体引起固溶强化） Si：脱氧剂，提高钢材硬度，增加钢液流动性 Al：脱氧剂，细化晶粒，改善钢材低温脆性，提高抗高温氧化性能 Mo：提高强度硬度，对Cl-、Cl2耐蚀 Ti：脱氧剂，耐高温，抗晶间腐蚀
Ti+C→TiC，Nb+C→NbC
7.4.5 耐热钢：
普通碳钢在370℃以上机械性能大大降低，在570℃以上发生显著的氧化。
耐热性包括热安定性与抗热性
热安定性指金属对高温气体（O2、H2S、SO2、H2）腐蚀的抵抗能力 抗热性指金属在高温下对机械载荷的抵抗能力。
提高热安定性：加入Cr、Al、Si等元素，生成氧化膜，阻止接触腐蚀气体
编号方法：钢材含碳量 合金元素种类和数量 质量级别
1、钢号的首部数字表示含碳量
合金结构钢：两位数字表示平均含碳量的万分数，35CrMo
合金工具钢：一位数字表示平均含碳量的千分数，9CrSi
0：C%=0.03%~0.08%，低碳级
第六章 合金钢
高淬透性 12Cr2Ni4 20Cr2Ni4
三、合金调质钢
1．成分及性能特点 成分特点：
这类钢的含碳量一般为0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足； 含碳量过高，则韧性不足。合金调质钢中常加入少量铬、锰、硅、 镍、硼等合金元素以提高钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。 加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长 大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。例如40Cr钢的 强度比40钢提高了20%。
（2）热成形弹簧
当弹簧直径或板簧厚度大 于10mm时，采用热成形。热成 形后进行淬火及中温回火（400 ～520℃），可获得很高的 疲劳极限和弹性极限。
3．常用牌号和用途
牌号 55Si2Mn 60Si2Mn 50CrVA 用途 用于制造汽车、拖拉机减震板簧、 螺旋弹簧等 牌号表示法 合金弹簧钢牌 号的表示方法 与合金渗碳钢 相同，如 50CrVA表示 平均含碳量为 0.50%，平均 含铬、钒量都 ＜1.5%的高级 优质合金弹簧 钢。
第六章 合金钢
第一节 合金钢概述
合金钢概念：
所谓合金钢就是在碳素钢的基础上，为了 改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或 几种合金元素的钢。
一、合金元素在钢中的主要作用
1．强化铁素体 2．形成合金碳化物 3．细化晶粒 4．提高钢的淬透性 5．提高钢的回火稳定性
二、合金钢的分类
1．按用途分类 合金结构钢：用于制造机械零件和工程 结构的钢。 合金工具钢：用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢：具有某种特殊物理、化学 性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 2．按合金元素总含量分类 低合金钢：合金元素总含量＜5%。 中合金钢：合金元素总含量5%～10%。 高合金钢：合金元素总含量＞10%。
三、合金调质钢
1．成分及性能特点 成分特点：
这类钢的含碳量一般为0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足； 含碳量过高，则韧性不足。合金调质钢中常加入少量铬、锰、硅、 镍、硼等合金元素以提高钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。 加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长 大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。例如40Cr钢的 强度比40钢提高了20%。
（2）热成形弹簧
当弹簧直径或板簧厚度大 于10mm时，采用热成形。热成 形后进行淬火及中温回火（400 ～520℃），可获得很高的 疲劳极限和弹性极限。
3．常用牌号和用途
牌号 55Si2Mn 60Si2Mn 50CrVA 用途 用于制造汽车、拖拉机减震板簧、 螺旋弹簧等 牌号表示法 合金弹簧钢牌 号的表示方法 与合金渗碳钢 相同，如 50CrVA表示 平均含碳量为 0.50%，平均 含铬、钒量都 ＜1.5%的高级 优质合金弹簧 钢。
第六章 合金钢
第一节 合金钢概述
合金钢概念：
所谓合金钢就是在碳素钢的基础上，为了 改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或 几种合金元素的钢。
一、合金元素在钢中的主要作用
1．强化铁素体 2．形成合金碳化物 3．细化晶粒 4．提高钢的淬透性 5．提高钢的回火稳定性
二、合金钢的分类
1．按用途分类 合金结构钢：用于制造机械零件和工程 结构的钢。 合金工具钢：用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢：具有某种特殊物理、化学 性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 2．按合金元素总含量分类 低合金钢：合金元素总含量＜5%。 中合金钢：合金元素总含量5%～10%。 高合金钢：合金元素总含量＞10%。
金属材料-合金钢
~1.
0.20 ~0.06 0.20 0.70 16~35
70 Q460
0
WNi≤ 35~50
0.70
≥275 ≥255 ≥345 ≥325 ≥295 ≥390 ≥370 ≥350
≥420 ≥400 ≥380
≥460 ≥440 ≥420
70 470~6 21~22 34 30 490~6 19~20 34 50
中温高压容器。
厚度或
化学成分/%
直径
力学性能
钢号
/mm
应用举例
C
Mn Si
V
Nb Ti 其他
≤0.16 0.80 ≤0.55 0.02~ 0.015 0.02~
<16
σs/MPa σ
δ5/% AKV/J(
b/MPa
20℃)
≥295 390~5 23 34 桥梁，车辆，
Q295
~1.
0.15 ~0.06 0.20
Q390 60
0
WNi≤ 35~50
0.70
≤0.20 1.00 ≤0.55 0.02~ 0.015 0.02~ WCr≤ <16
~1.
0.20 ~0.06 0.20 0.40 16~35
Q420 70
0
WNi≤ 35~50
0.70
≤0.20 1.00 ≤0.55 0.02~ 0.015 0.02~ WCr≤ <16
• 热处理：包括预先热处理(球化退火)和最终热处理(淬火
+低温回火)。组织为M回+颗粒状碳化物+A’(少量)；精密 轴承：淬火后进行冷处理(-60～-80℃), 可以减少A’、 稳定尺寸；然后低温回火；并在磨削后稳定化处理。
合金钢全部课件
Anming Li, Dept of MSE,hpu
34
材料科学与工程学院
（3）性能：
（4）用途：
渗C钢：
用于承受冲击载荷，且耐磨的零件。
例：汽车后桥主动轮齿轮。
调质钢：用于运转平稳，要求好的综合性能的零件。
例： 一般的齿轮、轴、连杆等。
钢号及热处理
σb
(MPa)
σs
(MPa)
δ
％
ψ
(%)
20CrMnTi 渗C→淬火+200 0C
耐低温
碳钢在韧脆转换温度以下变脆
耐腐蚀
碳钢不能抵御大气、酸碱盐的腐蚀
导磁性
碳钢的导磁率较低
无磁性
碳钢在磁场中不可避免会被磁化
2024/7/17
Anming Li, Dept of MSE,hpu
8
材料科学与工程学院
正是碳钢的不足，促进了合金钢的发展
合金钢的发展，促进了工业技术的进步
长 江 上 的 三 座 桥
2024/7/17
Anming Li, Dept of MSE,hpu
31
材料科学与工程学院
根据强韧要求不同，采用不同的回火温度。
例： 40CrNiMo 850℃油淬后：
回火温度对40CrNiMo力学性能的影响
回火温度℃
σb(MPa)
δ％
ψ(%)
ak(J/mm2)
600
850
12
55
0.9
200
1500
大型热卷弹簧
2）Si可以有效提高钢的比例极限
Cr、Si、Mn 可提高淬透性；
3）Si、V的使用可以提高
回火稳定性。
3、热处理及典型钢种：
合金钢全部PPT课件
汽车锻模
16.03.2021
2021
26
材料科学与工程学院
三、量 具 钢
1、用途及性能：
用途：制造卡尺，量规、塞规等；
卡尺
16.03.2021
量规
2021
千分尺
27
材料科学与工程学院
2、 成分特点：
高碳: 0.9～1.5 %; 合金元素: Cr、 Mn、W。
3、热处理及典型钢种：
简单量具：T10A、T12A、65Mn等。 形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。
16.03.2021
2021
23
材料科学与工程学院
热作模钢 ( hot-working die steel )
1、用途及性能：
用途：
对高温金属进行变形的模具； 如热锻模、热挤压模等。
16.03.2021
2021
24
材料科学与工程学院
成分特点：
中碳＋提高淬透性元素＋提高回火稳定性元素 ＋防止第二类回火脆性元素
3、S、P量较低的高级优质钢，加A 4、特殊标注：
高速钢，例如：W18Cr4V；
16.03.2021
2021
3
材料科学与工程学院
一、合金刃具钢
alloy cutting tool steel
16.03.2021
2021
4
材料科学与工程学院
什么是合金刃具钢？
用于制造各类切削刀具的合金钢。
（alloy cutting tool steel）
塑性变形
2021
挤裂
7
材料科学与工程学院
16.03.2021
2021
8
材料科学与工程学院
工作特点
第六章 低合金钢与合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶
粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶
粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
第六章 合金钢
共析点S 的含碳量下降，即向左移动。随着
合金元素含析点S含碳量只有0.30%。
共析点左移表明，在含碳量相同的条 件下，合金钢的珠光体组织比碳钢多，因 而强度高。
b、 当合金元素为碳化物形成元素时，由于这些 元素与碳形成稳定的碳化物，因而这部分碳 被固定，不参与共析反应，故共析点S右移。
珠光体钢 15CrMo、12CrMoV
贝氏体钢 12MoVWBSiRE
3、 按钢中S、P杂质含量 a、普通合金钢 S≤0.050% P≤0.045% b、优质合金钢 S≤0.035% P≤0.035%
c、高级优质合金钢 S≤0.025% P≤0.025%
d、特级优质合金钢 S≤0.015% P≤0.020%
普通低合金钢一般在热轧退火或正火状态下 使用，不需进行热处理。
1、成分特点
C%<0.20%；主强化元素是Mn<1.8%；加 入微量的Ti、V、Nb等细化晶粒；加入Cu提高 耐大气腐蚀能力。
常用钢号： 16Mn、16MnR、15MnV、15MnTi、14MnNb、 16MnCu
三、易切钢
在钢中添加S、Pb、Ca、P等合金元素，使 钢成为容易切削。 作用：使切屑易断，不易形成“切屑积瘤”， 减摩、降低切削力、切削热。但使钢 的性能下降。
8、合金元素对回火转变的影响
合金元素使淬火钢在回火过程中，组织 分解和转变速度减缓，增加了回火抗力，提 高回火稳定性，从而使合金钢的硬度回火后 下降程度减轻。某些碳化物形成元素，甚至 出现回火时二次硬化现象。
① 第一类回火脆性：
含Cr、Mn的合金结构钢，在250-400℃范围 回火，产生无法消除的脆性，称为第一类回火脆 性（或不可逆回火脆性）。产生原因尚无定论， 沿条状马氏体晶界析出碳化物薄片是重要原因。 也与S、P、As、Sb、Sn 等杂质有关。
《第六章合金钢》PPT课件_OK
• 为得到较好的塑性和焊接性，普通低合金结构钢 大多是低碳钢，含碳量控制在0.2％以下。普通低合 金结构钢的主加元素是锰，其原因在于锰的资源丰富， 以及锰强化铁素体的效果显著；锰能降低钢的冷脆温 度；另外，加锰后还使组织中的珠光体含量增加，从 而进一步提高钢的强度。
15
• 常用的普通低合金结构钢按其屈服强度的高低分 为6个级别，300、350、400、450、500、550一650 （MPa）。
14
• 2．普通低合金结构钢
• 普通低合金结构钢，也称普低钢，又称普通低合 金高强度钢，它是在碳素结构钢的基础上，加入少量 的合金元素发展起来的。普通低合金结构钢的强度较 高，具有较好的韧性和塑性以及良好的焊接性能和耐 蚀性。由于强度高，所以1t普通低合金钢可代替 1.2~2.0 t普碳钢使用，从而可减轻构件重量。
• 3）高淬透性调质钢。典型钢种是40CrNiMoA，这类钢 的油淬临界直径最大为60~100mm，多半为铬镍钢。铬、 镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得优良的 综合力学性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要 零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴 等。
28
• 5．弹簧钢 • 弹簧是各种机器和仪表中的重要零件。要求制造弹
• Ｓ点和Ｅ点左移，使共析和共晶成分中的含碳 量减少，原来是亚共析碳钢的可能变成共析或过共 析组织；含碳量ωc＜2.11％的钢中出现莱氏体，例 如高速钢(ωc＝0.7一0.8％)，但在铸态组织中就有莱 氏体，故又称莱氏体钢。
10
• 6、1、3 合金元素对钢在加热和冷却时转变影响 • 1、对钢在加热转变的影响 • （1）对奥氏体化的影响 • （2）对奥氏体晶粒尺寸的影响 • 2、对过冷奥氏体转变的影响
1Cr18Ni9等均为奥氏体钢。
15
• 常用的普通低合金结构钢按其屈服强度的高低分 为6个级别，300、350、400、450、500、550一650 （MPa）。
14
• 2．普通低合金结构钢
• 普通低合金结构钢，也称普低钢，又称普通低合 金高强度钢，它是在碳素结构钢的基础上，加入少量 的合金元素发展起来的。普通低合金结构钢的强度较 高，具有较好的韧性和塑性以及良好的焊接性能和耐 蚀性。由于强度高，所以1t普通低合金钢可代替 1.2~2.0 t普碳钢使用，从而可减轻构件重量。
• 3）高淬透性调质钢。典型钢种是40CrNiMoA，这类钢 的油淬临界直径最大为60~100mm，多半为铬镍钢。铬、 镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得优良的 综合力学性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要 零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴 等。
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• 5．弹簧钢 • 弹簧是各种机器和仪表中的重要零件。要求制造弹
• Ｓ点和Ｅ点左移，使共析和共晶成分中的含碳 量减少，原来是亚共析碳钢的可能变成共析或过共 析组织；含碳量ωc＜2.11％的钢中出现莱氏体，例 如高速钢(ωc＝0.7一0.8％)，但在铸态组织中就有莱 氏体，故又称莱氏体钢。
10
• 6、1、3 合金元素对钢在加热和冷却时转变影响 • 1、对钢在加热转变的影响 • （1）对奥氏体化的影响 • （2）对奥氏体晶粒尺寸的影响 • 2、对过冷奥氏体转变的影响
1Cr18Ni9等均为奥氏体钢。
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滚动体和内外圈均受交变载荷；接触应 力大；不但有滚动，而且有滑动，受强 烈的磨损
.
24
2. 性能要求 高而均匀的耐磨性；高的弹性极限和接 触疲劳极限；足够的韧性和淬透性； 一定的抗蚀性能 3. 成分及牌号 高碳，0.95～1.15％C。保证高的强度 、
硬度和耐磨性
.
25
主加元素：Cr ↑淬透性 形成Cr的碳化物，↑接触疲劳强度 和耐磨性
2. 常用钢号 40 40Cr 40CrMn 40CrMnMo
3. 热处理： 调质处理
.
19
六、弹簧钢 弹簧作用：①减振 ②驱动 1. 性能要求 高的弹性极限（避免高载荷下发生塑性变形 ） 高的疲劳极限（避免疲劳破坏） 高的σs/σb（尽可能高的弹性极限） 具有一定的塑性和韧性，较好的淬透性
.
20
Pb：孤立呈细小颗粒
Ca：形成高熔点硅酸盐（1300～1600℃ ）
附在刀刃上，起减磨作用的保护膜
.
14
2. 钢号 Y12 Y40Mn
Y40CrSCa
四、渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢
1. 用途 表面承受强烈的磨损，并承受动载荷 的零件。如，齿轮
.
15
2. 性能要求 表面具有较高的硬度、疲劳强度 中心具有较高的韧性和足够的强度
§6.1 概论
合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺 性能或物理、化学性能，在冶炼 时特意往钢中加入一些合金元素
， 这种钢称为合金钢
碳钢的缺点：淬透性低；回火抗力差； 基本相软
.
1
一、Me对基本相的影响 基本相：铁素体；碳化物 合金元素：分为碳化物形成元素和
非碳化物形成元素 非碳化物形成元素：Ni Si Al Co Cu等 碳化物形成元素：Mn ┆ Cr Mo W┆ V Ti
3. 成分特点 C﹪：低碳，保证心部的韧性。 0.1～0.25﹪ 主加元素：Cr , Ni , Mn等，↑淬透性 强化铁素体，提高心部性能
.
16
辅加元素： W , Mo , V , Ti等 细化晶粒，提高韧性和强度
4. 常用钢号 20 20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W
5. 热处理 渗碳+淬火+低温回火
Nb Zr
.
2
对铁素体：合金元素溶于铁素体，形成合
金铁素体，提高基体的强度。
对碳化物：弱和较强碳化物形成元素形成
合金渗碳体，如（Fe,Cr)3C等 合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高
合金元素还可以形成特殊碳化物
如，Cr7C3 WC TiC等
特殊碳化物比合金渗碳体比渗碳体更稳定
，硬度更高
.
3
二、对Fe-Fe3C相图的影响 1. Ni Mn Co N等合金元素扩大A区 2. Cr V Mo等合金元素缩小A区 3. 合金元素使相图的S点和E点左移
产生后无法消除，所以称不可逆的 避免在此温度范围内回火
.
9
第二类回火脆性：550～650℃范围内产生 产生以后可消除，所以称可逆的
预防措施：①回火后快速冷却 ②加入合金元素，如Mo W等
五、合金钢的分类 按用途分为三大类：①合金结构钢；
②合金工具钢；③特殊性能钢
.
10
§6.2 合金结构钢
结构钢：用于制造机械零件以及工程构件 一、分类及编号
.
17
五、调质钢 经调质后使用的钢 调质后钢具有良好的综合机械性能，因此 调质钢用于制造重要零件。
如，机床主轴等 1. 成分特点
中碳，0.25～0.5％C。含碳量过低， 则强度、硬度不足；过高则韧性不足
.
18
主加元素：Cr Ni Mn 等 ↑淬透性；强化铁素体
辅加元素：W Mo Ti V 等 细化晶粒；提高回火抗力 W Mo ：防止产生第二类回火脆性
辅加元素：Si Mn ↑淬透性 牌号：GCr×， Cr 含量以1/1000为单位 4. 钢号 GCr15 GCr15SiMn
.
26
5. 热处理 预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火
.
12
辅加元素：Ti V Nb
4. 常用钢 16Mn 15MnV 16MnCu
5. 热处理 热轧或正火
.
13
三、易切钢
加入合金元素，使其成为容易被切削的钢
1. 附加元素 S Pb Ca 等
S：形成（Mn,Fe）S夹杂物，中断基体
的连续性
尺寸不同，成形与热处理不同
1）热成形 大于10～15mm
淬火加热成形—利用余热淬火—中温回火
.
22
2）冷成形 ① 铅浴等温处理
冷拉—加热A化—500～550℃铅浴等温 —成形—区应力退火（200～300 ℃）
组织转变：A→S ②淬火回火钢丝
冷拉—淬火+中温回火—成形—区应力退 火
.
23
七、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承内、外圈及滚动体 1. 工作条件
6类 ××化学符号× ××：平均含碳量，1/10000 ×：所含元素的含量，1.5﹪以下不标含量
.
11
二、普通低合金钢 1. 用途：制造桥梁，船舶，车辆，管道等 2. 性能要求：高屈服极限，高σs/σb
良好的塑性和焊接性能 一定的耐腐蚀性 3.成分特点：低碳，＜0.2﹪；保证塑性 和韧性；焊接性能 主加元素：Mn 固溶强化，提高强度
2. 成分特点 中高碳钢，0.6～0.75％C，保证高的疲 劳极限和屈服极限
合金钢：0.45～0.7 ％C 主加元素：Si Mn Cr 等
↑淬透性，固溶强化 Si：显著提高σs/σb≈1
.
21
辅加元素：Mo W V 等
减少脱碳倾向、过热倾向
3. 钢号
65 65Mn 60Si2Mn 50CrVA
4. 热处理
.
4
三、对加热和冷却转变的影响 （一）对加热转变的影响 除了Ni，Co以外的合金元素，均减慢A的 形成过程； 除了Mn以外，合金元素阻碍A晶粒的长大
.
5
（二） 对过冷A转变的影响 1. 除了Co以外的合金元素使C曲线右移 2. 除了Co，Al以外，合金元素降低Ms点 ，
并增加残余奥氏体量
.
6
四、对回火转变的影响 1. 提高回火抗力（回火稳定性）
合金元素阻碍原子的扩散，使马氏体不 易分解，且分解后碳化物不易聚集长大 ， 从而使钢的硬度随回火温度的升高而 下降的程度减弱。
.
7
2. 产生二次硬化现象 在某一回火温度范围内，随着回火温度
的升高，硬度不下降反而升高 一般 在含碳化物形成元素较多的合
金钢中出现。
.
8
3. 产生回火脆性 钢的韧性明显降低 第一类回火脆性：250～400℃范围内产生
.
24
2. 性能要求 高而均匀的耐磨性；高的弹性极限和接 触疲劳极限；足够的韧性和淬透性； 一定的抗蚀性能 3. 成分及牌号 高碳，0.95～1.15％C。保证高的强度 、
硬度和耐磨性
.
25
主加元素：Cr ↑淬透性 形成Cr的碳化物，↑接触疲劳强度 和耐磨性
2. 常用钢号 40 40Cr 40CrMn 40CrMnMo
3. 热处理： 调质处理
.
19
六、弹簧钢 弹簧作用：①减振 ②驱动 1. 性能要求 高的弹性极限（避免高载荷下发生塑性变形 ） 高的疲劳极限（避免疲劳破坏） 高的σs/σb（尽可能高的弹性极限） 具有一定的塑性和韧性，较好的淬透性
.
20
Pb：孤立呈细小颗粒
Ca：形成高熔点硅酸盐（1300～1600℃ ）
附在刀刃上，起减磨作用的保护膜
.
14
2. 钢号 Y12 Y40Mn
Y40CrSCa
四、渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢
1. 用途 表面承受强烈的磨损，并承受动载荷 的零件。如，齿轮
.
15
2. 性能要求 表面具有较高的硬度、疲劳强度 中心具有较高的韧性和足够的强度
§6.1 概论
合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺 性能或物理、化学性能，在冶炼 时特意往钢中加入一些合金元素
， 这种钢称为合金钢
碳钢的缺点：淬透性低；回火抗力差； 基本相软
.
1
一、Me对基本相的影响 基本相：铁素体；碳化物 合金元素：分为碳化物形成元素和
非碳化物形成元素 非碳化物形成元素：Ni Si Al Co Cu等 碳化物形成元素：Mn ┆ Cr Mo W┆ V Ti
3. 成分特点 C﹪：低碳，保证心部的韧性。 0.1～0.25﹪ 主加元素：Cr , Ni , Mn等，↑淬透性 强化铁素体，提高心部性能
.
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辅加元素： W , Mo , V , Ti等 细化晶粒，提高韧性和强度
4. 常用钢号 20 20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W
5. 热处理 渗碳+淬火+低温回火
Nb Zr
.
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对铁素体：合金元素溶于铁素体，形成合
金铁素体，提高基体的强度。
对碳化物：弱和较强碳化物形成元素形成
合金渗碳体，如（Fe,Cr)3C等 合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高
合金元素还可以形成特殊碳化物
如，Cr7C3 WC TiC等
特殊碳化物比合金渗碳体比渗碳体更稳定
，硬度更高
.
3
二、对Fe-Fe3C相图的影响 1. Ni Mn Co N等合金元素扩大A区 2. Cr V Mo等合金元素缩小A区 3. 合金元素使相图的S点和E点左移
产生后无法消除，所以称不可逆的 避免在此温度范围内回火
.
9
第二类回火脆性：550～650℃范围内产生 产生以后可消除，所以称可逆的
预防措施：①回火后快速冷却 ②加入合金元素，如Mo W等
五、合金钢的分类 按用途分为三大类：①合金结构钢；
②合金工具钢；③特殊性能钢
.
10
§6.2 合金结构钢
结构钢：用于制造机械零件以及工程构件 一、分类及编号
.
17
五、调质钢 经调质后使用的钢 调质后钢具有良好的综合机械性能，因此 调质钢用于制造重要零件。
如，机床主轴等 1. 成分特点
中碳，0.25～0.5％C。含碳量过低， 则强度、硬度不足；过高则韧性不足
.
18
主加元素：Cr Ni Mn 等 ↑淬透性；强化铁素体
辅加元素：W Mo Ti V 等 细化晶粒；提高回火抗力 W Mo ：防止产生第二类回火脆性
辅加元素：Si Mn ↑淬透性 牌号：GCr×， Cr 含量以1/1000为单位 4. 钢号 GCr15 GCr15SiMn
.
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5. 热处理 预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火
.
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辅加元素：Ti V Nb
4. 常用钢 16Mn 15MnV 16MnCu
5. 热处理 热轧或正火
.
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三、易切钢
加入合金元素，使其成为容易被切削的钢
1. 附加元素 S Pb Ca 等
S：形成（Mn,Fe）S夹杂物，中断基体
的连续性
尺寸不同，成形与热处理不同
1）热成形 大于10～15mm
淬火加热成形—利用余热淬火—中温回火
.
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2）冷成形 ① 铅浴等温处理
冷拉—加热A化—500～550℃铅浴等温 —成形—区应力退火（200～300 ℃）
组织转变：A→S ②淬火回火钢丝
冷拉—淬火+中温回火—成形—区应力退 火
.
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七、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承内、外圈及滚动体 1. 工作条件
6类 ××化学符号× ××：平均含碳量，1/10000 ×：所含元素的含量，1.5﹪以下不标含量
.
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二、普通低合金钢 1. 用途：制造桥梁，船舶，车辆，管道等 2. 性能要求：高屈服极限，高σs/σb
良好的塑性和焊接性能 一定的耐腐蚀性 3.成分特点：低碳，＜0.2﹪；保证塑性 和韧性；焊接性能 主加元素：Mn 固溶强化，提高强度
2. 成分特点 中高碳钢，0.6～0.75％C，保证高的疲 劳极限和屈服极限
合金钢：0.45～0.7 ％C 主加元素：Si Mn Cr 等
↑淬透性，固溶强化 Si：显著提高σs/σb≈1
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辅加元素：Mo W V 等
减少脱碳倾向、过热倾向
3. 钢号
65 65Mn 60Si2Mn 50CrVA
4. 热处理
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三、对加热和冷却转变的影响 （一）对加热转变的影响 除了Ni，Co以外的合金元素，均减慢A的 形成过程； 除了Mn以外，合金元素阻碍A晶粒的长大
.
5
（二） 对过冷A转变的影响 1. 除了Co以外的合金元素使C曲线右移 2. 除了Co，Al以外，合金元素降低Ms点 ，
并增加残余奥氏体量
.
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四、对回火转变的影响 1. 提高回火抗力（回火稳定性）
合金元素阻碍原子的扩散，使马氏体不 易分解，且分解后碳化物不易聚集长大 ， 从而使钢的硬度随回火温度的升高而 下降的程度减弱。
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2. 产生二次硬化现象 在某一回火温度范围内，随着回火温度
的升高，硬度不下降反而升高 一般 在含碳化物形成元素较多的合
金钢中出现。
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3. 产生回火脆性 钢的韧性明显降低 第一类回火脆性：250～400℃范围内产生