金属工艺学第六章合金钢
机械制造基础第六章合金钢及其热处理习题解答
第六章合金钢及其热处理习题解答6-1 什么是合金元素?按其与碳的作用如何分类?答：1、为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有锰、铬、镍、硅、钼、钨、钒、钛、锆、钴、铌、铜、铝、硼、稀土(RE) 等。
2、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。
常见的非碳化物形成元素有：镍、钴、铜、硅、铝、氮、硼等。
它们不与碳形成碳化物而固溶于铁的晶格中，或形成其它化合物，如氮可在钢中与铁或其它元素形成氮化物。
常见的碳化物形成元素有：铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等(按照与碳亲和力由弱到强排列) 。
通常钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物形成元素。
钢中形成的合金碳化物主要有合金渗碳体和特殊碳化物两类。
6-2 合金元素在钢中的基本作用有哪些?答：合金元素在钢中的基本作用有：强化铁素体、形成合金碳化物、阻碍奥氏体晶粒长大、提高钢的淬透性和提高淬火钢的回火稳定性。
6-3 低合金结构钢的性能有哪些特点?主要用途有哪些?答：低合金结构钢的性能特点是：①具有高的屈服强度与良好的塑性和韧性；②良好的焊接性；③较好的耐蚀性。
低合金结构钢—般在热轧空冷状态下使用，被广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
6-4 合金结构钢按其用途和热处理特点可分为哪几种?试说明它们的碳含量范围及主要用途。
答：合金结构钢是指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。
主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。
1、低合金结构钢的成分特点是低碳(w C < 0.20％)，—般在热轧空冷或正火状态下使用，用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
2、合金渗碳钢的平均w C一般在0.1％～0.25％之间，以保证渗碳件心部有足够高的塑性与韧性。
教学辅导第六章合金钢资料
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。
金属工艺学第六章锻压思考题答案
22、模锻件上的“飞边”、“连皮”是一回事吗？它们 呈现于模锻件的何种情况下？其作用是什么？ 答：模锻件上的“飞边”、“连皮”不是一回事。 飞边一般是呈现于模锻件的分模面处，连皮一般是 现于模锻件的孔和狭窄的结构处。飞边主要是用 来储存多余的金属材料，连皮主要是设置在不易锻 造出来的结构处，或者是为了保证模具的使用寿命 而特别设计的。
1
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6、在室温下可否对低碳钢和紫铜连续进行塑性加工？ 为什么？ 答：在室温下可以对低碳钢和紫铜连续进行塑性加 工，因为低碳钢和紫铜的塑性很好，变形抗力比较 小。
7、何谓再结晶？其晶格类型是否发生变化？为什么? 答: 将加工硬化的金属或合金，加热到一定温度，破 碎的、被拉长的、被压扁的晶粒，按结晶规律重新 结晶，生成新的晶粒金属的硬化组织被完全消除， 称为再结晶。 晶格类型不会发生变化，因为在固态下原子运 动困难，不可能重新排列。只能改变晶体的缺陷。
23、胎模锻属于模锻吗？其实质是什么？应用如何？ 答：胎模锻属于模锻，其实质是在自由锻设备上， 使用可移动的胎模具生产锻件。胎模锻适用于中小 批量的小型锻件的生产。
24、举例说明压力机模锻与平锻机模锻的应用。 答：压力机模锻适宜于锻造高度和宽度比小的工件， 如齿轮，发动机摇臂，连杆等。平锻机模锻适宜于 锻造高度和宽度比较大的工件，如汽车半轴，气门 挺杆，齿轮轴等。
性强，不能通过热处理清除，只有通过锻压改变 其形状与分布。 14、 何谓金属的锻造性能？其影响因素是什么？ 答: 金属的锻造性能是衡量金属进行锻压加工的难 易程度的性能，是金属的工艺性能。
金属工艺学各章节习题、测试题(含答案)
第一部分章节习题第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。
2、金属材料的性能可分为两大类:一类叫_____________,反映材料在使用过程中表现出来的特性,另一类叫__________,反映材料在加工过程中表现出来的特性。
3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能,叫做金属________。
4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度,常用的强度判断依据是__________、___________等。
5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性,常用的塑性判断依据是________和_________。
6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。
二、单项选择题7、下列不是金属力学性能的是()A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系,画出的力——伸长曲线(拉伸图)可以确定出金属的()A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为()A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度10、拉伸实验中,试样所受的力为()A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是()A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判断依据是()A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料,一般要求其屈强比()A、越大越好B、越小越好C、大些,但不可过大D、小些,但不可过小14、工程上一般规定,塑性材料的δ为()A、≥1%B、≥5%C、≥10%D、≥15%15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都可以16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都可以18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而()A、变好B、变差C、无影响D、难以判断19、判断韧性的依据是()A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲劳的判断依据是()A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲劳强度21、材料的冲击韧度越大,其韧性就()A、越好B、越差C、无影响D、难以确定三、简答题22、什么叫金属的力学性能?常用的金属力学性能有哪些?23、什么是疲劳断裂?如何提高零件的疲劳强度?四、计算题24、测定某种钢的力学性能时,已知试棒的直径是10mm,其标距长度是直径的五倍,Fb=33.81KN,Fs=20.68KN,拉断后的标距长度是65mm。
金属工艺学下册第六章
金属材料的化学性质
氧化与腐蚀
金属材料在环境中的化学 反应，如氧化、腐蚀等， 对其使用寿命产生影响。
金属的化学稳定性
金属材料对各种化学介质 的耐受能力，决定了其在 特定环境下的适用性。
金属的电化学性质
金属的电化学性质决定了 其在电解、电镀等工业生 产中的应用。
金属材料的力学性质
弹性与塑性
疲劳与断裂
表面强化技术
表面热处理
01
通过加热和冷却金属表面，改变其物理和机械性能，以提高耐
磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。
表面合金化
02
通过化学或电化学方法使金属表面形成一层具有特殊性能的合
金层。
表面硬化处理
03
通过物理或化学方法使金属表面硬化，以提高其耐磨性和抗疲
劳性能。
06
金属材料的选择与应用
金属材料的选择原则
• 详细描述：金属工艺学是材料科学和工程领域中的一个重要分支，主要涉及金属材料的加工、制备和应用。它涵盖了金 属材料的物理、化学和力学等性质，以及各种加工技术和工艺过程，如铸造、锻造、焊接、热处理和表面处理等。金属 工艺学具有综合性，它涉及到多个学科领域的知识，如材料科学、物理学、化学和工程学等。同时，它也具有实践性， 需要结合实际生产过程和应用场景进行研究和实践。此外，随着新材料和新工艺的不断涌现，金属工艺学也需要不断创 新和发展。
金属材料的弹性模量、屈服点和延伸 率等力学性能决定了其受力状态下的 行为。
金属材料的疲劳极限和断裂韧性等性 能决定了其在循环载荷和冲击载荷下 的可靠性。
强度与硬度
金属材料的抗拉强度、抗压强度和硬 度等性能指标对其加工和使用过程中 的性能产生影响。
03
金属材料的加工工艺
第六章 合金钢
合金 元素
3Cr13
00Cr30Mo2
合金元素含 量的百倍， 若含量小于 1.5%则不注
Cr%<1.5%, Ni%为3%
造 基
如为高级优质钢，则在钢号后面加符号“A”。
础
第六章 合金钢
§6.1 概 述
机
二、钢的编号 2、合金工具钢
如，9Mn2V CrMn
械
一位数字+元素符号+数字
制
C含量的千倍， 合金 若大于1%则不注 元素
械 制 造 基 础 奥氏体不锈钢
第六章 合金钢
§6.1 概 述
机
二、钢的编号 1、合金结构钢
如，12CrNi3的合金结 构钢。
械
我如国：两6合位0金数Si钢字2M的+n元编素号符常号以+“数元字素符号—1+2数平（字均即”含0的.1碳2形量%式）为出,万现分之 制
Cr12MoV
的C含万G量倍Cr15
第六章 合金钢
机
械
教学要求：
•合金元素在钢中的作用
制
•合金结构钢和合金工具钢的化学成分特 点、热处理特点、组织和性能特点，以
造
及它们的应用。
基
础
第六章 合金钢
§6.1 概 述 §6.2 合金元素在钢中的作用 §6.3 合金结构钢 §6.4 合金工具钢 §6.5 特殊性能钢 本章小结 习题
第六章 合金钢
用于船舶、桥梁、车辆等大型
钢结构。 • Q390钢用于中等压力的压力容
压力容器
器。
• Q460钢用于石化中温高压容器.
机
焊接气瓶
械 制 造 基 础
第章 合金钢
§6.3 合金结构钢
机械工程材料第六章(毛松发)
第六章合金钢为改善钢的性能,特意加入一种或数种合金元素的钢称为合金钢。
目前常用的合金元素有硅(Sｉ)、锰(Mn）、铬(Cr)、镍(Nｉ)、钨(W)、钼(Ｍo）、钒(Ｖ)、钛(Ti）、铝（Ａl)、硼(B）、铌（Nb）、锆（Zr）和稀土元素(Re）等。
稀土元素稀土元素是钪、钇和镧等１7种元素的总称。
包头市有“稀土之城”之美誉。
稀土除具有金属通用性以外,还具有自己的一些“绝招”。
钢中加入适量稀土，可细化晶粒,改善加工性能,提高钢的耐高温、抗腐蚀的本领。
铸铁中加入稀土，可大大提高铸铁的塑性。
第一节合金钢的优良性能合金元素在钢中不仅与铁和碳这两个基本元素发生作用，而且合金元素之间也可能相互作用，从而使合金钢具有优良的性能。
力学性能好合金元素溶入铁后，形成合金铁素体，使铁素体的强度和硬度提高。
强化铁素体最显著的合金元素是硅、锰和镍。
钛、钒、钨、钼、铬、锰这些与碳亲和力大的合金元素，能与碳形成较稳定的特殊碳化物,显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而对塑性和韧性影响不大。
因此,我们可以发现,与碳钢相比，合金钢具有优良的力学性能。
红硬性高合金元素在淬火时大部分能溶入马氏体,因而在回火过程中，合金元素对扩散过程起阻碍作用,使马氏体不易分解，碳化物不易析出，使钢在回火过程中硬度下降较慢。
淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回火性。
高的耐回火性使钢在较高的温度条件下,仍能保持高硬度和耐磨性。
金属材料在高温(>５50℃)下保持高硬度(≥60ＨRC)的能力,称为红硬性。
碳钢制造的刀具只能在２00℃以下保持高硬度,而合金钢的红硬性最高可达600℃。
红硬性高的材料可用于制造切削速度高的刀具，在金属切削加工中发挥重要作用。
淬透性好合金元素(除钴外)溶入奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，从而使Ｃ曲线右移,减小了钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性。
淬透性好的钢能使大截面的零件淬透，且可用冷却能力弱的介质淬火，减少零件的变形与开裂。
《金属工艺学》课程笔记
《金属工艺学》课程笔记第一章：绪论，金属材料主要性能一、金属材料的基本概念1. 金属金属是一种具有金属光泽、良好的导电性、导热性和可塑性的物质。
在自然界中，金属以元素形式存在或者以化合物的形式存在。
2. 合金合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属通过熔合制成的具有金属特性的物质。
合金的性能通常优于其组成的纯金属。
二、金属材料的分类1. 按化学成分分类- 纯金属：如铁、铜、铝等。
- 合金：如不锈钢、黄铜、青铜等。
2. 按用途分类- 结构材料：用于承受力的材料，如建筑用钢材、飞机用铝合金。
- 功能材料：具有特殊物理、化学或生物功能的材料，如超导材料、形状记忆合金。
3. 按冶金工艺分类- 铸造合金：适用于铸造工艺的合金，如铸铁、铸钢。
- 变形合金：适用于压力加工的合金，如冷轧钢板、热轧型钢。
三、金属材料的主要性能1. 物理性能- 密度：不同金属的密度差异较大，如铁的密度约为7.87 g/cm³，铝的密度约为2.70 g/cm³。
- 熔点：金属的熔点范围很广，如钨的熔点高达3422°C，而汞的熔点为-38.83°C。
- 导电性：金属的导电性通常很好，银的导电性最高，铜和铝也具有良好的导电性。
- 导热性：金属的导热性与其导电性有关，银的导热性最好，其次是铜和铝。
2. 化学性能- 耐腐蚀性：金属在特定环境下的抗腐蚀能力，如不锈钢在空气中具有良好的耐腐蚀性。
- 抗氧化性：金属在高温下抵抗氧化的能力，如镍基合金在高温下具有良好的抗氧化性。
3. 力学性能- 强度：金属抵抗外力作用的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
- 塑性：金属在受力时产生永久变形而不破裂的能力，如金、银具有良好的塑性。
- 韧性：金属在受到冲击载荷时吸收能量并产生塑性变形的能力，如低碳钢具有较高的韧性。
- 硬度：金属抵抗局部塑性变形的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度等。
四、影响金属材料性能的因素1. 化学成分：不同元素的加入会改变金属的晶格结构，从而影响其性能。
《第六章合金钢》PPT课件_OK
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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）。
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• 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。
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• 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。
工程材料第六章 合金钢PPT课件
合金元素 以Mn为主(国外以Cr、 Ni为主)，最高含 锰量可达1.8％，并辅助加以少量的V、 Ti、 Mo、Nb、 B等 元素。其主要作用是强化铁素体，细化铁素体晶粒，使钢的 强度与韧性都得到改善；加入少量的 P、 Cu元素是为了提 高钢对大气的腐蚀抗力，但P和Cu的含量都不能高，否则将 引起钢的脆性。
提高钢的回火稳定性的作用较 强的合金元素有： V，Si， Mo， W， Cr，Ni， Mn， Co。
0.35％C的Mo钢中Mo 含量对回火硬度的影响
（2）二次硬化和二次淬火
二次硬化：在一些含W、Mo、V较多的钢中，回火后的 硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某一回火后， 硬度反而增加。这种在一定温度下硬度出现峰值的现象称为二 次硬化。（见下图）
2．合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 （1）、对钢的 C-曲线 的影响
几乎所有溶入A的合金元素（除Co外）都使C曲线向右 移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。提高钢的淬 透性,过冷奥氏体稳定性增加。
非碳化物形成元素，只使 C曲线右移，但不改变 C曲线 的形状，如图中(b)所示。
碳化物形成元素，不仅使 C曲线右移，而且还改变C曲 线的形状，如图中(c)所示。结果都是提高了钢的淬透性。
调质钢
量具钢
弹簧钢 轴承钢 易切削钢。
不锈钢 特殊钢： 耐热钢
耐磨钢 磁钢等
2、合金钢的编号 字母 + 数字 + 化学元素符号 + 数字 + 字母
表示某些
表示含
专门用途
碳量以
钢例如
万分之一
“G”、“Y” 或千分之一
或无
为单位
或无
合金 元素
合金元素 的名义 百分含量 或无
江苏省南华职业高级中学金属工艺学教案：铸铁
④球墨铸铁：C以球状石墨形式存在，G球。
⑤蠕墨铸铁：蠕虫状
⑥麻口铸铁：部分以游离Fe3C，部分以石墨形式析出
二、灰铸铁
1、灰铸铁的性能：
2.影响铸铁组织和性能的因素（G＝石墨）
3.灰铸铁的孕育处理（变质处理）：变质剂：硅铁75％。
4、灰铸铁的牌号及其用途
5、灰铸铁的热处理
用途
六、合金铸铁
（1）抗磨铸铁
（2）耐热铸铁
（3）腐蚀铸铁
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
复习
5分钟
引入
10分钟
T:讲解
S:理解
10分钟
10分钟
1、低合金钢与合金钢的分类、性能和应用
2、低合金钢与合金钢的牌号
第六章 铸铁
铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。
一、铸铁的种类
①白口铸铁：C以Fe3C形式存在。
思想目标：锻炼学生理论联系实际的能力
教学重点
铸铁的分类、组织、性能和应用
教学难点
铸铁的分类、组织、性能和应用
更新、补
充、删节
内容
课外作业
P83五2、5
教 学 后 记
授课主要内容或板书设计
第六章 铸铁
铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。
一、铸铁的种类
①白口铸铁：C以Fe3C形式存在。
②灰口铸铁：C以片状石墨形式存在，G片。
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
5分钟
T:讲解
S:理解
5分钟
5分钟
5分钟
小结
5分钟
作业
四、蠕墨铸铁
金属工艺学第六章
2021/8/3
合金元素对钢力学性能的影响
1. 固溶强化
2021/8/3
2021/8/3
2 第二相强化
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
弱
强
❖ 弱碳化物元素: Fe、Mn。
❖ 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。
❖ 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。
2021/8/3
2）有害的非气体元素: ➢ P — 有很强的固溶强化作用,低温 韧
性差 ( 冷脆 )；
➢ S — 能引起钢在热加工时或高温工作下 开裂 ( 热裂或称热脆 )。
2021/8/3
3）有害的气体元素:
➢ N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时
效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。
碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)
拉伸试验
冲击试验
屈服点s ，MPa
伸长率 s , %
V型冲
牌
等
钢材厚度(直径)，mm
抗拉
钢材厚度(直径), mm
击功
号
级 >40 >100 > 16 ~60 ~150 150
强度 b / MPa
>40 16 ~60
>100 > ~150 150
温度 ℃
极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体
2021/8/3
滚动轴承钢的牌号
G Cr9 Si Mn
2021/8/3
含Mn量WMn≤1.5 % 含Si量WSi≤1.5 % 含Cr量WCr ≈ 0.9 % 滚动轴承钢
（二）合金工具钢
金属工艺学 笔记
《金属工艺学》（第一篇）复习要点《金属工艺学》是广播电视中专机械制造工艺专业所开设的一门必修技术基础课程。
学习《金属工艺学》（第一篇）的主要目的是为了帮助学生对常用金属材料的成分、结构、组织和机械性能之间的关系有基本了解，能够初步做到合理选用金属材料和安排机械零件的生产工艺过程。
并为今后学习其它课程和从事生产技术工作打下必要的基础。
一、讲究方法《金属工艺学》（第一篇）是一门技术基础课程，课程中涉及的基础理论多，知识面宽。
它要求学生具备物理、化学、材料力学和机械加工工艺学等方面的基础知识。
电中的学生在学习时普遍感到：书上的名词术语多，抽象复杂难学，学习时无兴趣，面对考试感到心中无底。
因此，讲究学习方法尤为重要。
只要掌握正确的学习方法，就能逐渐培养起学习兴趣，取得较理想的效果。
⒈明确课程特点，掌握内在规律每门课程均有自身内在的规律和特点。
对课程的特点和内在规律进行分析探讨，就能提高和加深对课程的理解和掌握。
本课程是一门主要研究金属材料的宏观性能和材料内部微观结构组织之间关系的学科。
在机械制造工业中，要求我们所选的金属材料必须满足两个方面的要求。
一是所选材料必须满足在服役条件下的使用性能要求（如机械性能、物理性能和化学性能）；二是所选材料还必须具有良好的可加工工艺性能，经过必要的工艺加工，获得所需的尺寸和形状，达到设计的要求。
所谓宏观性能，就是指材料的使用性能和加工工艺性能。
本课程的显著特点是自始至终都在强调和探讨金属材料的宏观性能同金属材料内部的微观结构和显微组织之间的关系，同时还讨论了改变内部结构组织的两个影响因素问题，即材料的成分（内部因素）和加工工艺条件（外界因素）问题。
归纳起来，就是“一个观点，两条线”。
一个观点阐明了材料的宏观性能与它的微观组织结构之间的因果关系。
第一条线是指材料的内在因素成分——宏观性能之间的关系。
从这个观点出发可以研究各种系列合金的配制问题。
例如，共晶白口铁与45号碳钢同是铁碳合金，为什么共晶白口铁的冲击韧性和塑性明显差。
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光面量规
2、量具用钢
⑴ 低碳钢渗碳、
量块
中碳钢表面淬火
⑵ 碳素工具钢、低合 金工具钢
两者用于尺寸小、形 状简单、精度要求不 高的量具。
電子卡尺
⑶ 滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具. ⑷ 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。
第四节 特殊性能钢二班
特殊性能钢是指具有特 殊物理、化学性能的钢 。本节只介绍不锈钢 、 耐磨钢和耐热钢。
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。
二、 对Fe - Fe3C相图的 影响
1、对奥氏体相区的影响
⑴ Ni、Mn等是扩大奥 氏体相区的元素，使A3 点下降，A4点上升。
锰对奥氏体相区的影响
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。
2、弹簧的表面质量 弹簧的表面质量对其
寿命影响很大。 提高表面质量的方法: ① 防止表面脱碳；
板簧喷丸处理示意图
② 避免表面缺陷； ③ 进行喷丸处理，使表
面产生压应力。
3、常用钢号及用途:P74表6-4 Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制
造较大截面弹簧。
Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大
第六章 合金钢
合金钢：是指为了提高钢 的性能(机械性能、工艺 性能或物理、化学性 能），在碳钢基础上有 意加入一定量合金元素 所获得的铁基合金。
第六章 合金钢
本课学习目的:了解常用的合金 钢和铸铁
学习重点:合金元素对钢的性能 的影响.
第一节 合金元素对钢的影响 一.合金元素对钢的基本影响. 1、溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体 ，形成合金铁素体. Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提 高韧性。
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 820.12. 810:56:4010:5 6:40De cember 8, 2020
加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月8日上 午10时 56分20 .12.820 .12.8
合金元素对铁素体性能的影响(退火状态)
(a)对硬度的影响
(b)对韧性的影响到
2、形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物的稳定 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，碳化物的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。
载荷、耐热的弹簧。
汽车板簧
大型热卷弹簧
五、滚动轴承钢
用于制造轴承套和滚动体的专 用钢种。
1、性能要求
轴承工作时, 承受接触应力(达 3000~3500MPa)、周期性交变
圆柱滚 子轴承
载荷(频率达数万次/分)和摩擦。
⑴ 高而均匀的硬度和耐磨性。
⑵ 高的b和接触疲劳强度。
自动调
⑶ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性. 心球轴承
三、 对钢的热处理的 影响
1、对奥氏体化的影响
⑴ 对奥氏体形成速度 的影响：除Ni(镍)、 Co(钴)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。
2、对回火转变的影响 ⑴ 提高回火稳定性：
淬火钢在回火过程中 抵抗硬度下降的能力 称回火稳定性。
抗氧化性 ( 热稳定性 )
2.性能要求
高温强度 ( 热强性 )
蠕变强度 持久强度
耐热钢的用途
航空发动机 汽轮机叶片
发动机叶片 汽车阀门
三.耐磨钢( wear-resistant steel )
1.性能要求:高硬度、耐磨性、韧性。 2.化学成分特点: 高碳 Wc = 1～1.3 %
高锰 WMn = 11～14 % 3.热处理特点: 水韧处理。
铣刀
钻头
三、模具钢
用以制造冷热模具的钢种. ㈠ 冷作模具钢 制造金属冷成型模具钢种. 1、性能要求 ⑴ 高硬度和耐磨性。 ⑵ 足够的强度和韧性。 ⑶ 良好的工艺性能（淬透
性、切削加工性等）
汽车冲压模具
㈡ 热作模具钢 制造使加热金属或液
态金属成型模具钢种. 1、性能要求 ⑴ 高温下良好的
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。
第二节 合金结构钢 合金钢的分类(主要讲如下两种)
1、钢的分类按化学成分分
低碳钢 0.25%C 碳素钢 中碳钢 0.25~0.6%C
高碳钢 0.6%C 低合金钢 合金元素总量 5% 合金钢 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10%
和析出细小均匀硬碳化 物来达到。 3、高热硬性 即高温下 保持高硬度的能力。 4、足够的韧性 以防止 脆断和崩刃。
切削加工的基本形式
二、 高速钢（俗称锋钢/白钢）
高速钢形材
制造高速切削刃具用钢。 1、性能特点: 高热硬性 (600℃)、高淬透性
2、成分特点
⑴ 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
四、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。
于大中型轴承；
大型轴承用GCr15SiMn。
这类钢还可用于制造模具、量
具等.
滚针轴承
滚柱轴承
滚珠轴承
大型轴承
向心球 轴承
第三节 工具钢一班
按用途分为: 刃具 刃具钢 模具钢 量具钢
量具
模具
一、刃具钢
切削加工
用来制造各 种切削刀具 的钢种。
㈠ 性能要求 1、高硬度 (≥HRC60),
主要取决于含碳量。 2、高耐磨性 靠高硬度
2、成分特点 ⑴ 高碳：0.95~1.10%C
⑵ 合金元素：以Cr为主, 加入Mn、Si。
Cr、Mn、Si的主要作用 是提高淬透性
推力球轴承
Cr还提高耐磨性（形成合金渗 碳体）和耐蚀性。
当>1.65%Cr时,会因A’增加
而使硬度和稳定性下降。
滚针 轴承
轴承生产车间
3、常用钢号及用途:P75表6-5 应用最广的是GCr15，大量用
2、按用途分
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
机器用钢
普低合金钢 易切削钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢
滚动轴承钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢 量具钢
特 殊 性 不锈钢
能钢
耐热钢 耐磨钢
挤压模具
结构钢：工业上凡是用于制造各种机械零件以及用于建筑 工程结构的钢。
当形状复杂、截面较大、要求淬透性较好以及机性要求较 高时，就必须采用合金结构钢。 合金结构钢的分类及编号
渗碳件—传动齿轮
渗碳炉
2、成分特点 ⑴ 低碳：0.1~0.25%C
⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性：
Cr、Mn、Ni、B
② 强化铁素体： Cr、Mn、Ni
高精密独 立导柱
③ 细化晶粒：
W、Mo、Ti、V
渗碳件
3、常用钢号及用 途:P71表6-2
低淬透性钢：20、 20Cr。
活塞销(20Cr)
合金元素能阻碍马氏 体分解及碳化物的析 出与聚集。
淬火碳钢 回火 时的 硬度变化
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。
⑵ 产生二次硬化
含高W(钨)、Mo(钼)
、Cr(铬)、V(钒)钢淬
火后回火时，由于析 出细小弥散的特殊碳
高速钢
化物及回火冷却时A’
⑵ Cr、Mo、Si、 Ti、W、Al等是缩 小奥氏体相区的元 素，使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.
铬对奥氏体相区的影响
2、对E点和S点位置的影响 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳
量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如 4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）。
破碎机牙板
挖掘机铲齿
高锰钢广泛用于既要求耐磨又 要求耐冲击的零件。如拖拉机 的履带板、球磨机衬板、破碎 机牙板、挖 掘机铲齿和 铁路辙岔等.
铁路辙岔
球磨机衬板
履带
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020
天生我材必有用，千金散尽还复来。1 0:56:40 10:56:4 010:56 12/8/20 20 10:56:40 AM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.810:56:4010 :56Dec -208-D ec-20
得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。10:56:4010:5 6:4010:56Tues day , December 08, 2020
好，用于船舶、桥梁、 车辆等大型钢结构。
南京长江大桥
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.
二、合金渗碳钢
制造渗碳零件的钢种。 1、性能要求 ⑴ 表面具有高硬度、
高耐磨性，心部具有足 够的韧性和强度，即表 硬里韧。 ⑵ 良好的热处理性能, 如淬透性和渗碳能力。
⑵ 合金元素作用
① 提高淬透性：Cr