金属热处理课件7

非合金钢中的常存元素:
来源 Si Mn S P 炼钢时残留 炼钢时残留 矿石中 矿石中 作用 溶入F→ 固溶强化——有益 溶入F→ 固溶强化——有益 热脆性——有害 冷脆性——有害
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合金元素在钢中的作用
1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。
2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高钢的 性能,弥补主加元素不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。
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氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。
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合金元素对过冷奥氏体转变的影响
除 Co 元素外, 所有的合金元素均使
钢的 TTT 曲线向右移。
除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素
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3 碳素工具钢 ① 用于形状简单、尺寸小的手用工、模、量具 ② 热处理：预备： 球化退火→ 球状P 最终： 淬火+低温回火→ 回火M+Fe3C+残A ③ 牌号：T 8 A T10 T12A 碳 平均含碳量的千分数 0.8%C 高级优质钢
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σs
品质：只保证力学性能及Si,S,P成分
较高锰质量分数的优质碳素结构钢
2 优质碳素结构钢 ① 用于较重要的机械零件 ② 一般热处理后使用 ③ 牌号：08F （平均含碳量的万分数） 0.08%C
45Mn --- Wc = 0.45%; WMn = 0.7%～1.2%
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合金钢编号
1 结构钢：二位数字 + 元素符号 + 数字 （60Si2Mn, 09Mn2)
平均含碳量的万分数
合金元素含量百分数（<1.5%不注， 1.5-2.5%注2，…）
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合金元素对硬度和断裂韧性的影响
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合金元素对铁碳相图的影响
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工具钢 特殊钢
一位数字 + 元素符号 + 数字 （CrWMn, 9SiCr)
合金元素含量的百分数 <1.5%不注，1.5-2.5%注 2，…
平均含碳量的千分数 （≥1%时不注，高速钢不注）
3 高级优质钢：牌号后加“A” 4 特殊用途钢：滚动轴承钢 —— 牌号前加“G” （滚）
（GCr15 —— 含Cr量的千分数）
20Biblioteka 碳钢1 用途：受冲击和摩擦的零件（各类齿轮、凸轮） 2 性能：表面硬、耐磨，心部塑韧 3 成分：0.1~0.25%C —— 低碳钢
主加元素：Cr,Ni,Mn,B —— ↑淬透性，强化基体 辅加元素：W,Mo,V,Ti —— 细化晶粒 活塞销
4 最终热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火 表层：高碳回火M + Fe3C或碳化物 + 残A 心部： 淬透：低碳回火M 未淬透：F+P 柴油机凸轮轴 5 常用钢号：20, 20Cr, 20CrMnTi, 18Cr2Ni4W 淬透性： 低 中 高 适用：一般齿轮 中载变速齿轮 重载重要大齿轮
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基本要求
了解碳钢、合金钢种类，牌号以及常存杂质 对钢力学性能影响；
理解合金元素对合金钢组织、性能影响；
掌握常用钢铁材料牌号、用途、学会选材。
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第一节 ：概述（钢的分类）
普通质量钢（0.045%P，0.05%S） 优质钢（ 0.035% P ，0.035% S ）
高级优质钢（ 0.025% P ， 0.025% S ）
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第二节 ：工业用钢中的合金元素的作用 一.合金元素对钢的组织和性能的影响
（举例： of 机床 汽车 School Mechanical Engineering, Ningbo University of飞机） Technology 21
调质钢
1 用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴） 2 性能：良好的综合机械性能 3 成分：0.25~0.5%C —— 中碳钢 主加元素：Cr,Ni,Mn,Si —— ↑淬透性，强化基体 辅加元素：W,Mo,V,Ti —— 细化晶粒, ↑回火稳定性 4 热处理： 预备：正火—— S ——改善组织，消除锻造应力， 便于切削加工 最终：调质—— 回火S —— 获得良好的综合机械性能 如对表面要求高硬度、耐磨、↑σs，增加热处理： 表面淬火（细M）+ 低温回火（回火M） 5 常用钢号：45，40Cr 消除淬火应力，
主加元素：Mn —— 固溶强化
辅加元素：Ti,Cr,Nb —— 弥散强化 4 使用状态：热轧或正火，不需最终热处理 组织：F + P 5 常用钢号: Q345 (16Mn): 综合性能好，用于船舶、桥梁等大型钢结构
Q460: 钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。
School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology 压力容器
都使马氏体转变温度下降。
提高钢的淬透性, 常用的元素有:
Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。
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合金元素对回火转变的影响
回火抗力的增加
二次硬化的产生
产生回火脆性
工 业 用 钢
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基本内容
钢的基础知识 结构钢
工具钢
特殊性能钢
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杂质及合金元素与铁和碳的作用。
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。
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钢中的元素:
基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素
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非合金钢（碳素钢）
1 碳素结构钢 ① 用于工程结构和要求不高的机械零件 （螺栓、钢窗、销子、吊钩、螺母、…） ② 一般不热处理，热轧状态使用 ③ 牌号：Q235 AF 脱氧方式：沸腾钢 屈
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合金钢
合金钢：在碳素钢的基础上加入合金元素，性能得到提高的以
铁为基的合金 为什么要开发合金钢？ ① 非合金钢的不足： （碳钢）
淬透性低 强度低 无特殊性能
② 合金钢的主要优点： 淬透性好→ 可制造大型零件 回火稳定性↑→同一回火温度下，合金钢硬度 ↑ 、强度 ↑ 同一回火硬度时，合金钢回火℃ ↑ ，韧性 ↑ 机械性能高→省料、减重
1. 改变A相区
扩大A相区元素 ——使A1，A3，Acm线↓ 缩小A相区元素 ——使A1，A3，Acm线↑
2. 改变相图临界点S和E点的位置 多数元素使S点左移 —— <0.77%C的钢中可能出现过共析组织 多数元素使E点左移 —— <2.11%C的钢中可能出现莱氏体组织
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合金元素对热处理的影响
1 对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 合金钢需要 ↑ 加热温度，↑保温时间 —— 保证A均匀化 2 对冷却的影响
多数元素溶入A后→ ↑ 过冷A稳定性→ ↓ Vc → ↑ 淬透性
↓ Ms点→ ↑ 残余A量
合金钢可以制造大截面的零件，淬火不易变形
3 对回火的影响 ① ↑ 回火稳定性→ ↑抗回火软化的能力 ② 产生二次硬化
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合金元素对加热时奥氏体形成的影响

除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥