工程材料学-合金钢培训课件
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合金钢知识课件
第三节 合金结构钢
• 一、低合金结构钢（普通低合金钢）
• 低合金结构钢：ωc=(0.10～0.25)%并含有少量（多在 3%以下）合金元素的普通低碳结构 – 钢。通常在热轧或正火状态下使用。
• 常用牌号：16Mn：16表示平均含碳量为0.16%左右， Mn后无数字表示该元素的平均质量分数在1.5%以下。
• 合金弹簧钢一般ωc=(0.45～0.7)%，常加的合金元素是 Si和Mn，有些弹簧钢中还加入Cr、W、V等合金元素。
• 五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢：ωc=(0.95～1.15)%，钢中加入铬增加钢的 淬透性，对于大型轴承用钢，还加入Si、Mn等.
• 常用牌号：GCrl5：“G”代表滚动轴承钢，Cr后面的数 代表大约ωcr的千分数.
• 1．合金元素对奥氏体相区的影响(81221)
• 2．合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
• 2．合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
• 合金元素不同程度地提高过冷奥氏体的稳定性，使奥氏 体等温转变图（C曲线）右移，马氏体临界冷却速度 （VK）减小，从而提高钢的淬透性。
• 3．合金元素对回火转变的影响
尤其是板牙、丝锥、搓丝板和绞刀等。 • CrWMn 钢 其 突 出特 点 是 淬 火 变 形 很 小 ， 故 称 为 “ 微 变 形
钢”。主要用于制造要求淬火变形小的、较精密的低速切 削 刀具、冷冲模具和耐磨零件（如淬硬精密丝杠）。 • 9Mn2V：部分代替CrWMn钢和T10A钢使用。 • 低合金工具钢常用的热处理是：锻造后进行球比退火，加工成 工具后进行淬火再低温回火。
• （ 3 ） 超 硬 高 速 钢 ： 常 用 牌 号 有 W18Cr4VCo5 、 W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2Co5等,热硬性超过普通 高速钢。但大多强度和韧性较低，磨削性差,主要用于制 造加工超高强度钢和特种合刃具。
4-合金钢ppt课件
2020/5/30
4
电厂金属材料
（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含铬量小于1%。又如CrW5，表示 钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
（二）按用途分类
1．合金结构钢
合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器 制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。
2．合金工具钢
合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具 钢和冷模具钢）、量具钢。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
2020/5/30
11
电厂金属材料
五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%～1.10%。 主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。
• 失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精 度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。
• 滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳 化物，具有较高的硬度和耐磨性。
0.70 3.80 17.50 1.00
~
~
~
~
0.80 4.40 19.00 1.40
1260~
机械工程材料第七章合金钢ppt课件
（五）应用举例
以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮 为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。
技术要求：渗碳层厚度1.2～1.6mm，表面碳浓度 为1.0%，齿顶硬度58～60HRC，心部硬度30～ 45HRC。
1、工艺路线
锻造→正火→加工齿轮→渗碳→预冷淬火+ 低温回火→喷丸→磨齿（精磨）
➢各种调质钢的性能特点和用途见表7-6（P178~ 179）
碳素调质钢 ： 25、30、35、40、45、50 力学性能不高，只适用于尺寸和受力较小的零件。
合金调质钢 ：合金元素提高淬透性和力学性能， 故适用于尺寸较大、负荷较重的零件。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
(1)退火或正火+高温回火 合金元素多的中碳结构钢 (2)正火 中碳结构钢或合金元素少的结构钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
3、调质处理
调质：淬火+高温回火
组织：回火索氏体（回火S）
性能： 强度、塑性和韧性均较高，即具有良好的综合力学 性能； 缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
第一节
合金结构钢
一、低合金结构钢 二、易切削钢 三、渗碳钢 四、调质钢 五、弹簧钢 六、滚动轴承钢
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮 为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。
技术要求：渗碳层厚度1.2～1.6mm，表面碳浓度 为1.0%，齿顶硬度58～60HRC，心部硬度30～ 45HRC。
1、工艺路线
锻造→正火→加工齿轮→渗碳→预冷淬火+ 低温回火→喷丸→磨齿（精磨）
➢各种调质钢的性能特点和用途见表7-6（P178~ 179）
碳素调质钢 ： 25、30、35、40、45、50 力学性能不高，只适用于尺寸和受力较小的零件。
合金调质钢 ：合金元素提高淬透性和力学性能， 故适用于尺寸较大、负荷较重的零件。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
(1)退火或正火+高温回火 合金元素多的中碳结构钢 (2)正火 中碳结构钢或合金元素少的结构钢
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3、调质处理
调质：淬火+高温回火
组织：回火索氏体（回火S）
性能： 强度、塑性和韧性均较高，即具有良好的综合力学 性能； 缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。
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第一节
合金结构钢
一、低合金结构钢 二、易切削钢 三、渗碳钢 四、调质钢 五、弹簧钢 六、滚动轴承钢
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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：
工程材料学第1章 钢的合金化基础PPT课件
等, 它们使A3点(γ向α相的转变点)下降, A4点(δ向γ相的转
变点)上升, 从而扩大γ相存在范围。 其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下
, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。 Fe—Mn相图 所示
15
2）缩小γ相区元素 亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al
“00”或“0”为首 6 铸钢牌号为“ZG”+最低屈服点值+最低抗拉强度值。 7 高锰耐磨钢为“ZG”+ 锰的符号+锰含量+序号。
9
40Cr 平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质 量分数在1.5%以下的合金结构钢。
5CrMnMo 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr 、Mn、Mo的质量分数均在1.5%以下合金工具钢。
来源：脱氧剂SiFe，炼钢材料； 形式：α-Fe中固溶强化； 含量：镇静钢（用SiFe，MnFe，Al完全脱氧的钢）
Wsi=0.1%-0.4% 沸腾钢（MnFe脱氧，不完全脱氧钢） Wsi=0.03%-0.07% 影响不大 。
11
3. S ： 有害元素； 来源：炼钢用的矿石和燃料； 形式：FeS形式存在于钢中，S不溶于Fe， FeS+Fe形成
、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, N点下降(铬除外, 铬质量分数小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上
升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。 如Fe-Cr相图所示
16
2.合金元素与C的相互作用
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为 碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N 、B等。都溶于铁素体和奥氏体中。 碳化物形成元素：Ti、 Zr、Nb、V、 Mo、 W 、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度 由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基 体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形 成新的合金碳化物。
变点)上升, 从而扩大γ相存在范围。 其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下
, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。 Fe—Mn相图 所示
15
2）缩小γ相区元素 亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al
“00”或“0”为首 6 铸钢牌号为“ZG”+最低屈服点值+最低抗拉强度值。 7 高锰耐磨钢为“ZG”+ 锰的符号+锰含量+序号。
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40Cr 平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质 量分数在1.5%以下的合金结构钢。
5CrMnMo 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr 、Mn、Mo的质量分数均在1.5%以下合金工具钢。
来源：脱氧剂SiFe，炼钢材料； 形式：α-Fe中固溶强化； 含量：镇静钢（用SiFe，MnFe，Al完全脱氧的钢）
Wsi=0.1%-0.4% 沸腾钢（MnFe脱氧，不完全脱氧钢） Wsi=0.03%-0.07% 影响不大 。
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3. S ： 有害元素； 来源：炼钢用的矿石和燃料； 形式：FeS形式存在于钢中，S不溶于Fe， FeS+Fe形成
、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, N点下降(铬除外, 铬质量分数小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上
升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。 如Fe-Cr相图所示
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2.合金元素与C的相互作用
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为 碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N 、B等。都溶于铁素体和奥氏体中。 碳化物形成元素：Ti、 Zr、Nb、V、 Mo、 W 、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度 由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基 体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形 成新的合金碳化物。
合金钢课件
4. 常用低合金高强度结构钢
常用低合金高强度结构钢的钢号、成分、性能及用途 Q345（16Mn）是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒 的铁素体—珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀性能高20%～38%。 Q420（15MnVN）中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧 性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。 加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能 也较好，多用于高压锅炉、高压容器等。 5. 热处理 这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般 为铁素体+索氏体。
5.2.3 合金渗碳钢
1. 用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零
件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。
拨叉2. 性能要求来自变速齿轮(1) 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧
性。
3. 成分特点
(1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳质量分数不超过0.20%； (2) 加入以锰为主的合金元素； (3) 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利 于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 此外，加入少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右 ）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元 素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。
5.1.1 碳钢的局限性 碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：
[工学]第10章 合金钢ppt课件
![[工学]第10章 合金钢ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/d2c18b40d1f34693dbef3e1c.png)
用途：用于制造弹簧，从小的转簧到大的板簧。
性能要求
①弹簧的受力在弹性极限范围内，为充分发扬资料的 作用，资料要有高的弹性极限或屈强比，即ss/sb值； ②弹簧往往受交变应力作用，要有较高的疲劳抗力； ③足够的韧性，防止冲击脆断，硬度适中，普通在 39-50HRC。 成分特点：
热处置
① 热成型弹簧 用于尺寸较大的弹簧，资料加 热到奥氏体进展成型，即成型后再热处置。 由于含碳量小于0.77％，加热到Ac3以上淬火， 合金钢可以用油冷，再进展中温(450-550℃) 回火，得到的组织为回火屈氏体，尺寸较大 的还进展喷丸，起到清理外表和外表加工硬 化的目的。
2〕碳化物构成元素
常用元素：Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、 Ti等。 这类元素与碳的亲合力比铁强，量少时溶入渗 碳体中，构成合金渗碳体 (Fe,M)3C，普通合金 渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解和聚 集长大比Fe3C难；当钢中这类合金元素和碳量 都较高时，可构成稳定性更高的合金碳化物， 常见的有Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、
中淬透性 40CrMn、40CrNi，用于直径40－60mm。 高淬透性 40CrMnSi、40CrNiMo、40CrMnMo等。Mo
消除高温二次回火脆性的影响，用于直径60－ 100mm 。 硼钢：B虽然含量仅0.001－0.004％，可以明显提高
第三节 合金构造钢
三、调质钢
常用的钢号：
4.3 弹簧钢
1.3 常用合金钢的牌号
碳钢以前曾经引见，这里引见冶金部关于合金钢命名的普通规定。
合金构造钢(合结钢) 牌号的组成为：数字＋元素符号和数字＋字母，其中 第一部分用两位数字表示钢的含碳量的万分之几；第二部分用化学元 素符号表示钢中的所含主要或关键合金元素，元素含量超越1.5的将含 量的百分数用数字标注在元素符号的后面；第三部分的字母为级别标 志，注明特殊要求或专门用途。例如20CrMnTi、40Cr、40MnB、 60Si2Mn等。
性能要求
①弹簧的受力在弹性极限范围内，为充分发扬资料的 作用，资料要有高的弹性极限或屈强比，即ss/sb值； ②弹簧往往受交变应力作用，要有较高的疲劳抗力； ③足够的韧性，防止冲击脆断，硬度适中，普通在 39-50HRC。 成分特点：
热处置
① 热成型弹簧 用于尺寸较大的弹簧，资料加 热到奥氏体进展成型，即成型后再热处置。 由于含碳量小于0.77％，加热到Ac3以上淬火， 合金钢可以用油冷，再进展中温(450-550℃) 回火，得到的组织为回火屈氏体，尺寸较大 的还进展喷丸，起到清理外表和外表加工硬 化的目的。
2〕碳化物构成元素
常用元素：Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、 Ti等。 这类元素与碳的亲合力比铁强，量少时溶入渗 碳体中，构成合金渗碳体 (Fe,M)3C，普通合金 渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解和聚 集长大比Fe3C难；当钢中这类合金元素和碳量 都较高时，可构成稳定性更高的合金碳化物， 常见的有Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、
中淬透性 40CrMn、40CrNi，用于直径40－60mm。 高淬透性 40CrMnSi、40CrNiMo、40CrMnMo等。Mo
消除高温二次回火脆性的影响，用于直径60－ 100mm 。 硼钢：B虽然含量仅0.001－0.004％，可以明显提高
第三节 合金构造钢
三、调质钢
常用的钢号：
4.3 弹簧钢
1.3 常用合金钢的牌号
碳钢以前曾经引见，这里引见冶金部关于合金钢命名的普通规定。
合金构造钢(合结钢) 牌号的组成为：数字＋元素符号和数字＋字母，其中 第一部分用两位数字表示钢的含碳量的万分之几；第二部分用化学元 素符号表示钢中的所含主要或关键合金元素，元素含量超越1.5的将含 量的百分数用数字标注在元素符号的后面；第三部分的字母为级别标 志，注明特殊要求或专门用途。例如20CrMnTi、40Cr、40MnB、 60Si2Mn等。
合金钢专题教育课件
⑴ 中高碳：碳素弹簧钢为0.6－0.9%C；合金弹簧钢为0.45－0.7%C
⑵ 合金元素作用：
① 提升淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提升屈强比s/b：Si ③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
用于<φ10mm弹簧。
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳旳亲和力从大到小旳顺序为： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性较高，如W2C等。
活塞销
Hale Waihona Puke 凸轮轴中 淬 透 性 钢 ： 20CrMnTi 。 用 于 中档载荷旳耐磨件 ，如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ： 18Cr2Ni4WA 。 用 于大载荷旳耐磨件 ，如柴油机曲轴。
变速齿轮 柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好旳综合力学性能. ⑵ 良好旳淬透性。 2、成份特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
常用提升淬透性旳元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对Ms、Mf点旳影响：除Co、 Al外,全部元素都使Ms 、Mf点下降。
相同含碳量下，合金钢中残余奥氏体比碳钢中多
3、对回火转变旳影响 ⑴ 提升回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降旳能力称回
火稳定性。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物旳析出与汇集。 ⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，因为析出细小弥散旳特殊碳
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下旳组织：T回，
⑵ 合金元素作用：
① 提升淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提升屈强比s/b：Si ③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
用于<φ10mm弹簧。
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳旳亲和力从大到小旳顺序为： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性较高，如W2C等。
活塞销
Hale Waihona Puke 凸轮轴中 淬 透 性 钢 ： 20CrMnTi 。 用 于 中档载荷旳耐磨件 ，如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ： 18Cr2Ni4WA 。 用 于大载荷旳耐磨件 ，如柴油机曲轴。
变速齿轮 柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好旳综合力学性能. ⑵ 良好旳淬透性。 2、成份特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
常用提升淬透性旳元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对Ms、Mf点旳影响：除Co、 Al外,全部元素都使Ms 、Mf点下降。
相同含碳量下，合金钢中残余奥氏体比碳钢中多
3、对回火转变旳影响 ⑴ 提升回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降旳能力称回
火稳定性。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物旳析出与汇集。 ⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，因为析出细小弥散旳特殊碳
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下旳组织：T回，
《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。
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• 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。
第四章 合金钢.ppt
三、合金元素对钢热处理的影响
钢在加热、冷却时所发生的相变，大多属于扩散型相变，相 变的过程与原子扩散速度有关。合金钢中由于合金元素的存在将 对原子的打一散速度产生相应的影响:
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
①碳化物形成元素，使碳的扩散速度减慢，碳化物不易析出，析 出后也较难聚集长大。非碳化物形成元素(除硅外)则有增加碳打 一散速度的作用。②合金元素均能增加铁原子间结合力，使铁的 打一散速度下降。③合金元素自身在固溶体中的打一散速度也比 碳的打一散速度低得多。因此，在其他条件相同时，合金钢打一 散型相变的过程比碳钢缓慢，热处理时也具有许多特点。
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素，使C曲线右移。含有这类合 金元素的低合金钢，其C曲线形状与碳钢相似，具有一个鼻尖(如图 4-7 (a))。当碳化物形成元素溶人奥氏体后，由于它们对推迟珠光 体转变与贝氏体转变的作用不同，使C曲线明显地分为珠光体和贝氏 体两个独立的转变区，而两个转变区之间形成了一个稳定的奥氏体区 (如图4-7(b))。
3.合金元素对淬火钢回火转变的影响 钢经淬火后，其内部组织是不稳定的，在不同的回火温度下，将发 生不同的组织转变，如马氏体的分解，碳化物的析出、聚集和长大，残 余奥氏体的分解及a相的再结晶等，合金元素对这些转变都会产生影响。
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
(1)提高淬火钢的回火稳定性回火稳定性是指淬火钢在回火时，抵抗 强度、硬度下降的能力。不同的钢在相同温度回火后，强度、硬度下降 少的，其回火稳定性较高。合金元素对淬火钢的回火转变一般起阻碍作 用，特别是强碳化物形成元素，由于合金元素溶人马氏体，使原子打一 散速度减慢，因而在回火过程中马氏体不易分解，碳化物不易析出，析 出后也较难聚集长大，使合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降较少， 即比碳钢具有较高的回火稳定性。因此，在相同的回火温度下合金钢的 硬度要比相同碳的质量分数的碳钢高，即合金钢的回火稳定性高(或称抗 回火软化能力高)。
钢在加热、冷却时所发生的相变，大多属于扩散型相变，相 变的过程与原子扩散速度有关。合金钢中由于合金元素的存在将 对原子的打一散速度产生相应的影响:
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
①碳化物形成元素，使碳的扩散速度减慢，碳化物不易析出，析 出后也较难聚集长大。非碳化物形成元素(除硅外)则有增加碳打 一散速度的作用。②合金元素均能增加铁原子间结合力，使铁的 打一散速度下降。③合金元素自身在固溶体中的打一散速度也比 碳的打一散速度低得多。因此，在其他条件相同时，合金钢打一 散型相变的过程比碳钢缓慢，热处理时也具有许多特点。
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素，使C曲线右移。含有这类合 金元素的低合金钢，其C曲线形状与碳钢相似，具有一个鼻尖(如图 4-7 (a))。当碳化物形成元素溶人奥氏体后，由于它们对推迟珠光 体转变与贝氏体转变的作用不同，使C曲线明显地分为珠光体和贝氏 体两个独立的转变区，而两个转变区之间形成了一个稳定的奥氏体区 (如图4-7(b))。
3.合金元素对淬火钢回火转变的影响 钢经淬火后，其内部组织是不稳定的，在不同的回火温度下，将发 生不同的组织转变，如马氏体的分解，碳化物的析出、聚集和长大，残 余奥氏体的分解及a相的再结晶等，合金元素对这些转变都会产生影响。
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§ 4.1 合金元素在钢中的作用
(1)提高淬火钢的回火稳定性回火稳定性是指淬火钢在回火时，抵抗 强度、硬度下降的能力。不同的钢在相同温度回火后，强度、硬度下降 少的，其回火稳定性较高。合金元素对淬火钢的回火转变一般起阻碍作 用，特别是强碳化物形成元素，由于合金元素溶人马氏体，使原子打一 散速度减慢，因而在回火过程中马氏体不易分解，碳化物不易析出，析 出后也较难聚集长大，使合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降较少， 即比碳钢具有较高的回火稳定性。因此，在相同的回火温度下合金钢的 硬度要比相同碳的质量分数的碳钢高，即合金钢的回火稳定性高(或称抗 回火软化能力高)。
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§7.2 合金钢的分类与编号
2. 低合金高强度钢的编号 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以 采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之 几）＋化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
转炉炼钢
热连轧钢板
§7.2 合金钢的分类与编号
3. 合金工具钢的编号
一位数字＋元素符号＋数字+质量判别
平均含碳量， 单位为0.1%， 但超过1.0%及 高合金工具钢
能量或缓和冲击的零件。
1、性能要求 高的σs，σs/σb；
高的σ-1；足够的韧性 高的淬透性。
§7.3 合金结构钢
2、成分特点
⑴ 中高碳：
碳素弹簧钢为0.6~0.9%C
合金弹簧钢为0.45~0.7%C
⑵ 合金元素作用：
提高淬透性、强化铁素体： Mn、Si、Cr
提高s/b：Si 细化晶粒：V
热、耐磨、电磁等性能。
§7.1 钢中合金元素的作用
7.1.1 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体，形成合金铁素体 非碳化物形成元素(Ni、Si、Al、Cu、Co) 及过剩
的碳化物形成元素。
Si、Mn对强度、硬度 提高显著。Cr、Ni在适当范 围内提高韧性。
钢带
§7.1 钢中合金元素的作用
2、形成碳化物 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
§7.3 合金结构钢
① Mn的作用：强化铁素体、增加珠光体的量。
② V、Ti、Nb等：起细化晶粒和弥散强化。
③ 另外加Cu、P可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、
疲劳极限，降低冷脆转
低合金高强钢合金元素细化晶粒作用
变温度。
3、热处理：大多数热轧 空冷后使用。少数可用 正火+高温回火处理。
4、使用状态组织：F+P
除Ni、Co外，都减缓奥氏 体化过程。
⑵ 对奥氏体晶粒长大倾向的 影响：
碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。 Mn、P促进长大。
§7.1 钢中合金元素的作用
2、对过冷奥氏体转变的影响 ⑴ 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体 的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。
常用提高淬 透性的元素：
柴油机凸轮轴
低淬透性钢：20Cr。 用于受力小的耐磨件， 如柴油机的活塞销、 凸轮轴等。
§7.3 合金结构钢
中 淬 透 性 钢 ： 20CrMnTi。用于中 等载荷的耐磨件， 如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ： 18Cr2Ni4WA。用于 大载荷的耐磨件， 如柴油机曲轴。
增压柴油机曲轴
汽车变速箱齿轮
§7.3 合金结构钢
5、用途：
南京长江大桥
Q345(16Mn)综合性能好，
用于船舶、桥梁、车辆
等大型钢结构。
Q390钢含V、Ti、Nb，强 度高，用于中等压力的 压力容器。
Q460钢含Mo、B，正火 组织为贝氏体，强度高, 用于石化中温高压容器.
§7.3 合金结构钢
7.3.2 渗碳钢 1、性能要求 表面具有高硬度、高耐磨
工程材料学
南京航空航天大学 梁文萍
第七章 合金钢
§7.1 钢中合金元素的作用 §7.2 合金钢的分类与编号 §7.3 合金结构钢 §7.4 合金工具钢 §7.5 特殊性能钢
学习要求和难点
学习重点：
1. 钢的分类与编号方法 。
2. 常见合金元素对钢的组织性能的影响 。
3. 常用的各类型钢的牌号、成分、热处理工艺规 范及主要用途。
中一律略去
钢中的合 金元素
合金元素含量
<1.5%或强碳化 物形成元素:不标
1.5～2.4%:2 2.5～3.4%:3
……
5CrNiMo
§7.2 合金钢的分类与编号
4. 轴承钢
G+Cr+铬含量
“G”表示“滚动轴承钢”。 * 铬含量以千分之一为单位.
GCr15
§7.2 合金钢的分类与编号
5. 不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+…… 含碳量以千分之一为单位。 含碳量的表示方法为： ①平均含碳量≥ 0.1 %时为
概论
碳钢的优点： ■ 价格低廉，便于获得，容易加工。 ■ 通过改变含碳量和进行不同的热处理，能满足许多 工程上的需求。
碳钢的缺点： ■ 淬透性低，回火抗力差，基本相软弱。 ■ 对于一些特殊的性能要求：如耐热、耐低温、耐腐 蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。
——通过钢的合金化来提高钢的性能。
概论
为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能， 在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素(即通常 称为合金元素)，所得到的钢称为合金钢。 改善对象 ■ 提高强度； ■ 提高淬透性； ■ 提高高温强度、热硬性； ■ 提高抗氧化、耐腐蚀、耐
§7.1 钢中合金元素的作用
7.1.2 对钢的力学性能的影响
1、固溶强化 2、弥散强化
钢中碳化物数量多时， 将显著提高钢的硬度和耐 磨性。有些碳化物熔点高， 稳定性好，可提高钢的热 强度。
§7.1 钢中合金元素的作用
7.1.3 对Fe - Fe3C相图的 影响
锰对奥氏体相区的影响
1、对奥氏体相区的影响
钢的淬透性、回火抗力增加，使固溶体（马氏体 或下贝氏体）明显强化。Ni降低临界温度及增加 固溶体的韧性；V细化晶粒，可改善钢的强韧性。
§7.3 合金结构钢
热处理特点 最终热处理为：
淬火＋低温回火，马氏体强化达到超高强度。 等温淬火＋回火，马氏体和下贝氏体强化。 制造使用中注意的问题 缺口、应力集中敏感 避免在酸性介质中表面处理，以防氢脆。
柴油机凸轮轴
§7.3 合金结构钢
高淬透性钢：D0油>60mm, 常用 40CrNiMo, 用于制造大截面重 载荷零件，如曲轴等。
单缸汽车曲轴
合金结构钢曲轴
§7.3 合金结构钢
5、超高强度钢 σb≥1500MPa或σs≥1400MPa 低合金超高强度钢、马氏体时效硬化钢、沉淀硬
化不锈钢等。 含碳量中等 含Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V等，与碳共同作用下使
Mn、Si、Cr、 Ni、B。
合金元素对钢 淬透性的影响
§7.1 钢中合金元素的作用
⑵ 对Ms、Mf的影 响:
除Co、 Al外,所 有元素都 使 Ms、Mf点下降.
MS点下降
§7.1 钢中合金元素的作用
3、对回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性：淬火钢
在回火过程中抵抗硬度下 降的能力称耐回火性。 合金元素能阻碍马氏体分 解及碳化物的析出与聚集. 当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温 度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。
汽车弹簧
弹簧丝
§7.3 合金结构钢
3、热处理及组织特点 ⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷 成型→定型处理 (250~300℃)。
用于<φ10mm弹簧。
⑵ 热成型弹簧：
冷卷螺旋压缩弹簧 汽车板簧淬火线
热成型→淬火+中温回火
使用状态下的组织：T回
加W、Mo可防止第二 类回火脆性。
§7.2 合金钢的分类与编号
结构钢
工程用钢: 机器用钢
建筑、桥梁、船舶、车辆 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 耐磨钢
刃具钢 工 具 钢 模具钢
量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
挤压模具
§7.2 合金钢的分类与编号
1. 合金结构钢的பைடு நூலகம்号
两位数字＋元素符号＋数字+质量判别
⑴扩大奥氏体相区
Ni、Mn、Co、C、N 等元素，使A1、A3点下 降，A4点上升。
当Mn13%或Ni9%时，S点降到0℃以下，室温下 为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。
§7.1 钢中合金元素的作用
⑵缩小奥氏体相区
Cr、Mo、Si、Ti、 W、Al等元素，使 A1、A3点上升，A4点 下降。
当Cr13%时，奥氏 体相区消失，室温 下为单相铁素体组 织，称铁素体钢。
§7.1 钢中合金元素的作用
⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细
小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回, 使硬度不仅不 下降，反而 升高的现象 称二次硬化.
高速钢
§7.1 钢中合金元素的作用
⑶ 产生第二类回火脆性 含Mn、Cr、Ni等元素
的合金结构钢回火后缓冷 易产生回火脆性。
模锻 精加工
860℃正 火
650℃高温回 火
机加工
550℃高温回火（水冷） 850℃淬火（油冷）
§7.3 合金结构钢
4、常用钢号及用途 低淬透性钢：
D0油<30~40mm, 常用 40Cr, 用于制造较小的 齿轮、轴、螺栓等。
中淬透性钢：
D0油≈40~60mm，常用 40CrNi，用于制造大中 型零件。
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V、Zr为 强碳化物形成元素， 碳化物的稳定性、熔 点、硬度、耐磨性高， 如TiC、VC等。
钢中碳化物
§7.1 钢中合金元素的作用
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。
⑶ Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、 熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。
防止第二类回火脆性: W、Mo
破碎机主轴
§7.3 合金结构钢
3、热处理及组织特点 调质目的：获得良好综合力学性能。 使用状态下的组织为：S回
为提高表面耐磨性，调质后可 进行表面淬火或氮化。
回火索氏体
调质处理车间
§7.3 合金结构钢
调质零件实例
某发动机涡轮轴，材料为40CrNiMoA。 技术要求：热处理弯曲变形≤1.0mm，……
Y
头 焊接气瓶用钢 HP
尾