合金钢-第七章xiong01

特例：
Cr：12% Mo、V: <1.5%
高速钢平均含碳量小于1.0%时，其含碳量也不予标出，如 W18Cr4V钢平均含碳量为0.7%～0.8%。 W18Cr4V
C：<1%， 也不标出
W：18%，Cr：4% V: <1.5%
3、特殊性能钢的牌号
特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方法 相同 当含碳量为 0.03% ～ 0.10% 时，含碳量用 0 表 示 ， 如 0Cr18Ni9 钢 的 平 均 含 碳 量 为 0.03% ～ 0.10%； 当含碳量小于等于 0.03% 时，用 00 表示。如 00Cr30Mo2钢的平均含碳量小于0.03%。
中淬透性钢
20CrMnTi、20CrMnMo-汽 车、拖拉机变速箱齿轮
高淬透性渗碳钢
18Cr2Ni4W-大齿轮
齿轮技术要求：
渗碳层深度：1.0～1.5mm
表层碳浓度为0.85～1.0% 齿表硬度HRC55～60左右。 心部硬度HRC30～45。 选用材料：20CrMnTi。
齿轮的生产工艺路线如下：
第二类回火脆性：
可以消除，与冷却速度有关，消除方法： 1）高温回火后，把零件放在水中快速冷却。 2）钢中加入可降低回火脆性倾向的元素Mo、 W，如40CrNiMo
合金钢的回火 脆性示意图
第二节 合金钢的分类和牌号
一、分类
按用途分类
合 金 结 构 钢 合 金 工 具 钢 特 殊 性 能 钢
重点
分类 和 命名
第七章
合金钢的概念
合金钢
重 点
合金元素在钢中的存在方式及影响 合金元素对铁碳相图的影响
合金钢的分类和牌号
典型合金钢的成分、性能、热处理， 用途以及如何选用合金钢。
1、概念：合金钢是在碳钢基础上，为了改善钢 的组织与性能，在冶炼时有意识地加入一种或数 种合金元素的钢。 2、合金钢与碳钢相比： 淬透性好。 高强度，高屈强比 具有特殊性能，如耐高温、耐腐蚀，高耐 磨性等。 高回火稳定性
Cr
Mo
Ti
Nb
Zr
Ni
W
V
一、合金元素对钢中基本相的影响
(a)对硬度的影响 (b)对冲击韧性的影响 合金元素对铁素体性能的影响（退火状态）
1.形成合金铁素体
固溶强化
2.形成碳化物
二、合金元素对铁碳合金相图的影响
1. 对奥氏 体相区的 影响
合金元 素会使 奥氏体 的单相 奥氏体相区缩小元素，铁素体形成元 区扩大 素：Cr、Mo等元素的加入都会使奥氏 或缩小。 体相区缩小，γ 相区缩小，可得到单 一的铁素体钢。如0Cr13钢。
如9SiCr钢为合金工具钢，平均含碳量为0.90%，主要合金元素为硅、 铬，含量均小于1.5%。 9SiCr
C：0.9%
Si、Cr：<1.5%
Cr12MoV钢为合金工具钢，平均含碳量大于等于1.0%，主要合金 元素铬的平均含量为12%，钼和钒的含量均小于1.5%。
Cr12MoV
C：>1%， 不标出
下料—锻造—正火—加工齿形—渗碳—预冷淬火—低温回火— 喷丸—精磨。
正火作为预备热处理其目的是改善锻造组织；调整硬度 （HB170 ～ 210）便于机加工，正火后的组织为索氏体+铁素体。
渗碳目的：增加表面含C量
最终热处理为滲碳后预冷到840℃直接淬火+低温回火，预冷的目 的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次滲 碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。
A1升高 A1降低
三、合金元素对钢的热处理影响
1、对钢在加热时奥氏体化的影响 （1）基本过程：形核 长大 碳化物的溶解 均匀化 （2）非碳化物形成元素（ Co、Ni、），增加碳的扩 散，加速奥氏体化， （少部分） （3）碳化物形成元素（ Cr、Mo、V ），？（大多 数）－－大部分抑制分解
（4） 对奥氏体化工艺的影响 （5）阻碍奥氏体晶粒长大
特殊专用钢
为表示钢的用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼 音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标 注也和上述有所不同。 例如滚动轴承钢前面标“G”（“滚”字的汉 语拼音字母字头），如GCr15。 注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量千 分数，其他元素仍按百分数表示，如GCr15SiMn 表示含铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚 动轴承钢。 比较：GCr15、2Cr13及Cr12MoV
二、合金调质钢 调质钢是指经调质处理后使用的结构钢，大多数 采用中碳钢，经过调质处理后钢的组织为回火索 氏体，具有良好的综合机械性能，即强度高、塑 性和韧性好。
用途：制造各种重要的机器零件，如齿轮、 连杆、轴及螺栓等。
（一）化学成分
含碳量 中碳：0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足。含碳 量过高，则韧性不足。
合金元素
常加入少量铬、锰、硅、镍、硼等合金元素以增加 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。
典型钢种
40Cr钢是最常用的合金调质钢，其强度比40钢提高 了20%。 与合金调质钢相比，碳素调质钢（40钢、45钢）只 适于制造强不太高、截面尺寸不大的零件。
第一节
合金元素在钢中的作用
合金钢中常用的合金元素
锰 （ ）
硅 （ ）
铬 （ ）
钼 （ ）
钨 （ ）
钒 （ ）
钛 （ ）
铌 （ ）
锆 （ ）
镍 （ ）
稀 土 RE
非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B
等。
碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、
Mn、Fe等。
Mn
Si
低 合 金 耐 候 钢
低 合 金 专 业 用 钢
1.低合金高强度结构钢 含碳量：较低（一般在0.10%～0.25%范围内）。 合金元素：主要是锰、硅、钒、铌和钛等。 锰和硅的主要作用是对铁素体起固溶强化的 作用，以提高钢的强度 钒、钛和铌等元素的主要作用是细化晶粒， 提高钢的韧性。 这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度要高得 多，且有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。 用途：广泛用来制造桥梁、船舶、车辆、锅炉 、压力容器、起重机械等钢结构件。
用于制造 机械零件 和工程结 构的钢
用于制造 各种工具 的钢
具有某种特殊 物理、化学性 能的钢、耐热 钢、耐磨钢
按合金元素总含量分类
低 合 金 钢 中 合 金 钢 高 合 金 钢
合金元 素总含 量<5%。
合金元素 总含量 5%～10%
合金元素 总含量 >10%。
二、合金钢的牌号
1、合金结构钢的牌号 采用两位数字（碳含量）+元素符号（或汉字）+数字表示
渗 碳 + 淬 火 再 低 温 回 火
目的：表层碳浓 度为0.85～1.0% 心部的组织：屈氏体，硬度 HRC25～40、冲击韧性 αk≥60J/cm2。
表层组织由合金渗碳体、回火马氏体及少量 残余奥氏体组成，硬度可达HRC60～62左右。
（三）常用的合金渗碳钢
按 淬 透 性 的 高 低 分 低淬透性钢 15Cr、20Cr-小齿轮
调质目的：得到回火索氏体。 调质工艺如图，经880℃油淬后 得到马氏体组织，570℃回火后 其组织为回火索氏体。可满足 性能要求。
三．弹簧钢
弹簧钢是制造各种弹性零件的主要材料，特别 是制造各种机器，仪表中的弹簧。 工作条件：弹簧主要是利用弹性变形来储存能 量和缓和震动。弹簧一般是在动载荷下工作的受到 反复弯曲或拉、压应力。 性能要求：
合金
主要有Cr、Ni、Mn和B等。它们不仅可提高 淬透性、改善心部性能，同时还可提高渗碳 层性能（强度和韧性）。其中以Ni的作用最 好。
元素
为了细化晶粒，还加入少量阻止奥氏体晶粒 长大的强碳化物形成元素Ti、V、Mo等。它们 形成的碳化物在高温渗碳时不溶解，有效地 抑制渗碳时的过热现象
（二）热处理特点
(二)热处理特点
合金调质钢的热处理工艺是：调质（淬火后高温回火）。 组织：回火索氏体。 性能：使零件具有良好的综合力学性能。若要求零件表 面有很高的耐磨性，可在调质后再进行表面淬火或化学热 处理。
淬 火 高 温 回 火 （ 调 质 ） +
组织：回 火索氏体
使零件具有良好 的综合力学性能
如制造汽车螺栓： 性能要求： σb ≥900N/mm2， σs≥700N/mm2， δ5≥12%,ψ≥50%，αk≥80J/cm2，HB=300～341. 选用材料：42CrMo钢。 工艺路线如下： 下料—锻造—正火—机械加工（粗加工）—调质—机械 加工（精加工）—喷丸。 正火目的：是为了改善锻造组织，细化晶粒，降低硬度 以利于切削加工，并为调质处理做组织准备。
万分之几
百分之几，滚动 轴承钢例外，千 分之几 例如：40Cr钢为合金结构钢，60Si2Mn钢为合金结构钢，
40Cr
C：0.4% Cr：<1.5% C：0.6%
60Si2Mn
Si：2% Mn：<1.5%
2、合金工具钢的牌号
采用一位数字（碳含量）+元素符号（或汉字）+数字表示 合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别：仅在于碳含量的表示 方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于 1.0%时，则不予标出。
奥氏体相区扩大元素：C、N、Co、Ni、 Mn、Cu等元素的加入都会使奥氏体相 区扩大，特别以Ni、Mn的影响更大。 1Cr18Ni9Ti钢，由于Ni元素含量高， 使其成为奥氏体不锈钢。
奥氏体相区扩大 元素：使 A1 降低。
2.对共析温 度的影响 奥氏体相区缩小 元素：使 A1 升高。
3. 对 共 析 点（S）位 置的影响
2．低合金耐候钢
耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在低碳钢的基础上加入少 量的合金元素，如铜、磷、铬、镍、钼、钛、钒等合金元 素，使其在金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性。 耐候钢又分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢两 类。前一类钢具有良好的焊接性能，适用于桥梁、建筑及 其他要求高耐候性的钢结构。