第六章 合金钢(alloy steel)
合集下载
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。
机械制造基础 第6章 合金钢
2.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 都使马氏体转变温度下降。 Mn最显著 提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。
3.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
（4）典型钢号及其应用 ①Si-Cr系:9SiCr如,板牙,丝锥,冷冲模, 木 工工具,低速切削刃具 ②Cr系:Cr06如, 铰刀,插刀,剃刀,刀片,刮 刀,锉刀等. ③Cr-W-Mn系:CrWMn 如拉刀,冲模,样 板,量规 ④W和Cr-W系:W2,CrW小麻花钻,低速切 削刃具
二、合金钢的牌号
1．合金结构钢 碳含量用万分数（两位），合金 含量用（百分数）表示，WMe ＜ 1.5%不标， WMe
≥ 1.5%、2.5%、3.5%…时标出2、3、4…。如：
20Cr3MoWVA,其中C%=0.2%, Cr%=3%, Mo,W,V<1.5%. A：表示高级优质 2．合金工具钢，特殊性能钢 C% ＞1.0%时，不标注其含量。 C% ≤1.0%时，用 千分数（一位），如：5CrMnMo，C％=0.5% 特殊性能钢中当 C% ≤ 0.03%或C% ≤ 0.08%时， 分别用“00”或“0”表示含碳量。 如：00Cr17Ni14Mo2钢,0Cr19Ni9钢
3.热处理特点
：
①热成形法制弹簧：热轧钢丝钢板→加热 卷弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸 ②冷成形法制弹簧：钢丝冷卷弯曲成型→ 去应力→喷丸 （＜∮8mm）
4.合金弹簧钢的牌号
以Si,Mn合金化:65Mn, 60Si2Mn用于汽车,拖拉机, 机车的板簧和螺旋弹簧
第六章 合金钢
例如：0Cr13，表示含碳量小于0.1％，含铬量为13％的不锈钢。
作业：
1、碳素钢中的硫和磷对其有何影响？ 2、什么叫碳素钢？碳的含量对碳素钢有什么影响？ 3、说出锰、硅、铬合金元素对钢性能的影响。 4、合金钢按用途分为哪几种？ 5、说明下列钢牌号的含义： 55Si2Mn、 9SiCr、 GCr15SiMn、 0Cr13、 T8Mn、 T10A。
用途：主要用于制造工作在高速、重负荷、剧烈摩擦和 强烈冲击等条件下的零件。如汽车传动系的齿轮、万向节十 字轴及活塞销和气门挺杆等。
常用合金渗碳钢的牌号、机械性能及用途（见教材P16 表2－7）。
㈢合金调质钢：
合金调质钢是在调质钢中加入一定量的合金元素而形成的。 含碳量在0.30％～0.50％之间。含碳量过低，则影响强度； 过高则韧性较差。同时，为了获得优良的综合机械性能， 常加入铬、镍、锰、硅等元素，再经调质处理后使用。 用途：主要用于制造承受较大载荷的零件。如汽车上的半 轴、连杆、万向节叉及变速器第二轴等。
常用合金调质钢的牌号、机械性能及用途（见教材P16 表2－8）。
㈣合金弹簧钢：
合金弹簧钢是在弹簧％～0.70％之间。 要求：有较高的疲劳强度和抗拉强度，良好的工艺性和 足够的韧度与塑性。
常用合金弹簧钢的牌号、机械性能及用途（见教材P17 表2－9）。
㈠合金刃具钢
用途：制造各种切削刀具，例如车刀、铣刀、铰刀、 钻头等。
特性： ⑴高的热硬性：在高温下保持高的硬度。
⑵高的耐磨性：延长使用寿命。 ⑶足够的强度和韧性：防止切削时崩刃和脆性断裂。
⑷含碳量在0.8％～1.5％之间。
分类： 根据合金元素含量的不同分为低合金工具钢和高速钢两类。 ⑴低合金工具钢：
10、稀土元素（Re）：稀土元素是一个族，共有17种 元素，如镧（Ld）、铈（Ce）、镨（Pr）等。稀土元素对 冶炼和铸造有良好的作用，还能提高钢的塑性和韧度，改善 钢的特殊性能（耐热、耐蚀、抗氧化等）。
作业：
1、碳素钢中的硫和磷对其有何影响？ 2、什么叫碳素钢？碳的含量对碳素钢有什么影响？ 3、说出锰、硅、铬合金元素对钢性能的影响。 4、合金钢按用途分为哪几种？ 5、说明下列钢牌号的含义： 55Si2Mn、 9SiCr、 GCr15SiMn、 0Cr13、 T8Mn、 T10A。
用途：主要用于制造工作在高速、重负荷、剧烈摩擦和 强烈冲击等条件下的零件。如汽车传动系的齿轮、万向节十 字轴及活塞销和气门挺杆等。
常用合金渗碳钢的牌号、机械性能及用途（见教材P16 表2－7）。
㈢合金调质钢：
合金调质钢是在调质钢中加入一定量的合金元素而形成的。 含碳量在0.30％～0.50％之间。含碳量过低，则影响强度； 过高则韧性较差。同时，为了获得优良的综合机械性能， 常加入铬、镍、锰、硅等元素，再经调质处理后使用。 用途：主要用于制造承受较大载荷的零件。如汽车上的半 轴、连杆、万向节叉及变速器第二轴等。
常用合金调质钢的牌号、机械性能及用途（见教材P16 表2－8）。
㈣合金弹簧钢：
合金弹簧钢是在弹簧％～0.70％之间。 要求：有较高的疲劳强度和抗拉强度，良好的工艺性和 足够的韧度与塑性。
常用合金弹簧钢的牌号、机械性能及用途（见教材P17 表2－9）。
㈠合金刃具钢
用途：制造各种切削刀具，例如车刀、铣刀、铰刀、 钻头等。
特性： ⑴高的热硬性：在高温下保持高的硬度。
⑵高的耐磨性：延长使用寿命。 ⑶足够的强度和韧性：防止切削时崩刃和脆性断裂。
⑷含碳量在0.8％～1.5％之间。
分类： 根据合金元素含量的不同分为低合金工具钢和高速钢两类。 ⑴低合金工具钢：
10、稀土元素（Re）：稀土元素是一个族，共有17种 元素，如镧（Ld）、铈（Ce）、镨（Pr）等。稀土元素对 冶炼和铸造有良好的作用，还能提高钢的塑性和韧度，改善 钢的特殊性能（耐热、耐蚀、抗氧化等）。
第六章-合金钢PPT课件
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
第14页/共53页
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
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
碳化物数量及分布状况有关 高碳马氏体+均匀细小碳化物
这种组织的硬度和耐磨性高 所以，刃具钢都是高碳钢
第30页/共53页
2. 高的红硬性 红硬性：在高温下刃具仍高硬度的能力
又称热硬性 回火稳定性越高，红硬性越好
3. 一定的强度、塑性和韧性
第31页/共53页
（三）碳素刃具钢
T7～T13
T7A～T13A
第46页/共53页
三、模具钢 模具钢种类：①冷作模具钢
②热作模具钢 （一）冷作模具钢 1. 工作条件 在接近室温的状态对金属进行塑性变形， 模具承受大的载荷，如剪力、压力弯力矩， 且受冲击；同时模具与坯料之间发生强烈的摩擦
第47页/共53页
2. 性能要求 高硬度；高耐磨性，尺寸精度； 足够的强度和韧性 3. 成分 与刃具钢相同，是高碳钢 中小型模具：T10A 9SiCr 9Mn2V CrWMn 大型模具：Cr12 Cr12MoV
如，9SiCr 高速钢不标旱碳量，如W18Cr4V 合金工具钢都是高级优质钢，故不标A
第28页/共53页
二、刃具钢 （一）工作条件 其任务是进行切削 刀具承受压力；有相对摩擦，产生热量，
切削速度越大，温度越高；承受一定的 冲击和振动
第29页/共53页
（二）性能要求 1. 高的硬度和耐磨性 高硬度：主要取决于含碳量 高耐磨性：不仅取决于高硬度，也与钢中
合金钢及合金工具钢
无论共析点S左移还是右移，表明合金钢 的含碳量不能和碳钢一样以2.11%为上限。
有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。
如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低
2、 按钢的金相组织
铁素体钢 Cr17、Cr25、Cr28 奥氏体钢 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13 马氏体钢 3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、
1Cr12WmoV
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%
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相 区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着 合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。
如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素
Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3 上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。
如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温
到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。
如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低
2、 按钢的金相组织
铁素体钢 Cr17、Cr25、Cr28 奥氏体钢 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13 马氏体钢 3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、
1Cr12WmoV
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%
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相 区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着 合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。
如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素
Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3 上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。
如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温
到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
14版-6合金钢-2
汽车冲压模具
冷作模具钢
成分
热处理
性能
高硬度、 耐磨性， 足够的强度 韧性
均与刃具钢相近
常用牌号
T10，GCr15 ： 尺寸小形状简单的模具 9SiCr,9Mn2V,CrWMn 形状复杂模具 Cr12,Cr12MoV 大型复杂模具
奥氏体型不锈钢的用途
管板换热器 ( 304 )
大型化工储罐(304)
6.4.2 耐热钢
用途 性能
耐热钢用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装 置中的零部件，要求在高温下具有良好的抗蠕变和 抗断裂能力，良好的抗氧化能力，必要的韧性及优 良的加工性能，具有好的抗高温氧化能力和高温强度
高速钢铸造组织
高速钢锻造退火
W18Cr4V高速钢
淬火组织
W18Cr4V高速钢 淬火回火组织
W6Mo5Cr4V2
淬火组织
W6Mo5Cr4V2 淬火回火组织
W-Co-Ti类：如 YT15 用来加工塑性材 料如钢耐热钢
W-Co类：如 YG6 用来加工脆性材料如铸铁 塑料
万能硬质合金含 VC+TiC+Ta+Co； 如 YW1 用来加工钢、铸铁
钢结硬质合金： 塑性较好，可机加工 锻、铸、热处理。能制 成复杂刀具
硬质合金钻头
3)提高金属的电极电位: 加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高 金属基体的电极电位。
4)使钢在室温下呈单相组织: 加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大γ区,可在室温获得奥 氏体钢。 加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等能扩大α区,可 在室温获得铁素体钢。 5)减少与消除钢中的各种不均匀现象:偏析、应力、组织等。
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
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。
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。
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
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 合金钢（alloy steel）
第一节 概论 合金钢是在碳素钢中添加一些 合金元素而炼制的一类钢，以改善 碳素钢的性能。
为什么要发展合金钢？
因为碳钢不能满足要求。
一、碳素钢的缺陷 1、综合机械性能差 虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加 而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一 成分中得到配合完善的综合机械性能。
共析点S 的含碳量下降，即向左移动。随着
合金元素含量增加，共析点的含碳量越来越低，
如：Ni 含量为13%时，共析点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。
2、热稳定性差
碳钢在使用温度超过 200℃后，软化变形， 机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于 高温场合。
3、耐腐蚀性差
碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤 其对酸几乎没有任何抵御能力。 珠光体：大量的腐蚀电池
4、淬透性差
碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零 件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又 淬不上火或淬透层很浅。
d、 对A晶粒度的作用：Al、Ti、Nb、V、Zr 能
形成微细的碳化物质点，且熔点很高，能强
烈地抑制奥氏体晶粒长大（高温下）。W、
Mo、Cr有一定的阻碍作用，而 C、Mn、P
则促进奥氏体晶粒长大（降低Fe原子间的结
合力）。
7、合金元素对过冷奥氏体（C曲线）转 变的影响
除Co以外，其它合金元素溶入奥氏体，都 增大其稳定性，使C曲线右移。 ① 碳化物形成元素（Ti、Nb、V、W、Mo）含量 较多时，使C曲线形状发生改变，强烈推迟珠 光体转变，而对贝氏体转变推迟较小；同时升 高珠光体转变的温度，降低贝氏体转变温度， 出现两组C曲线。
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。
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。 如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素 Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3
上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。 如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温 到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
共析点右移表明，在含碳量相同的 条件下，合金钢组织中铁素体含量比碳 钢多。
由于组织中存在硬而脆的碳化物，铁素体含 量会保证塑、韧性，而强度、硬度仍较高。 无论共析点S左移还是右移，表明合金钢 的含碳量不能和碳钢一样以2.11%为上限。 有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。 如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
4、 合金元素改变钢的相变温度
当合金元素加入碳素钢之后，会对相变临 界点产生影响，反映到Fe-Fe3C相图上: a、扩大γ相区元素（Ni、Mn、Cu、Co、N）
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相
区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着
合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
② Cr、Mn 强烈推迟贝氏体转变 ③ Ni含量较多时，珠光体转变的孕育期很长， C曲线只有贝氏体转变曲线，而珠光体转变 曲线不出现。 ④ 稳定碳化物形成元素的含量与碳含量的比值 较高的钢，3Cr13、4Cr13过冷奥氏体等温状 变曲线上只有珠光体转变曲线。
除Co和Al以外，大多数合金元素不同程度 地降低Ms，并增加残余A’的含量。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
a、 当合金元素为非碳化物形成元素 Si、Ni、Cu 或弱碳化物形成元素Mn时
合金元素溶于奥氏体，排挤出部分碳原子，
这部分被排挤出的碳原子必然参与共析反应，使
如：45最大淬透直径15mm，加入1.8% Mn 后可达60 mm。
3、合金元素形成碳化物、金属化合物
合金渗碳体:（Fe-Cr）3C、（Fe-W）3C
复杂碳化物: （Cr-Fe）23C6 、Fe4W2C、VC、
MoC、NbC、TiC、AlN、SiO2、 TiO2、TiN、Al2O3。
这些化合物都是硬而脆的强化相，具有相 当高的热稳定性。在钢中呈弥散分布时，可以 显著的强化钢，且可以抑制高温奥氏体晶粒长 大，细化晶粒，减少（降低）或消除钢的热敏 感性，提高回火抗力。
当合金元素配比适当时，在提高强度的同 时，并不降低塑性，且有的合金元素（Cr、Ni） 含量较低时：Cr<2%，Ni<5%，就既能提高强
度，又增加塑、韧性。
2、合金元素溶于奥氏体
合金元素溶于奥氏体，除一定程度上起固 溶强化，提高钢的强度作用外，最重要的是增
加了奥氏体的稳定性，使C曲线显著右移， 故合金钢的淬透性很好。
5、不能满足某些特殊性能要求
如：耐低温、高磁性、无磁性等。
碳钢的冷脆性转变温度较高，-20 ~ -30℃，
故碳钢的使用温度应≥-20℃。
因此发展合金钢成为必然，二十一世 纪结构材料的重要发展方向之一就是利用 新技术、新工艺改造传统材料——微合金 化高强钢，低合金超高强钢。
二、合金元素的作用 1、 合金元素固溶于铁素体 合金元素固溶于铁素体后，会使α-Fe 晶格产生畸变——固溶强化，使铁素体强 度提高。
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低 碳在奥氏体中的扩散激活能，加速碳的 扩散，对P→A转变有加速作用。 b、 强碳化物形成元素（Ti、V、Nb、W ） 增加碳在奥氏体中的扩散激活能，减缓 碳的扩散，对P→A转变有阻碍作用。
c、 由于强碳化物形成元素使奥氏体成分难以均 匀化，提高淬火温度或延长保温时间可使奥 氏体成分均匀化（C曲线右移），这也是提高 合金钢淬透性的有效方法。
第一节 概论 合金钢是在碳素钢中添加一些 合金元素而炼制的一类钢，以改善 碳素钢的性能。
为什么要发展合金钢？
因为碳钢不能满足要求。
一、碳素钢的缺陷 1、综合机械性能差 虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加 而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一 成分中得到配合完善的综合机械性能。
共析点S 的含碳量下降，即向左移动。随着
合金元素含量增加，共析点的含碳量越来越低，
如：Ni 含量为13%时，共析点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。
2、热稳定性差
碳钢在使用温度超过 200℃后，软化变形， 机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于 高温场合。
3、耐腐蚀性差
碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤 其对酸几乎没有任何抵御能力。 珠光体：大量的腐蚀电池
4、淬透性差
碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零 件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又 淬不上火或淬透层很浅。
d、 对A晶粒度的作用：Al、Ti、Nb、V、Zr 能
形成微细的碳化物质点，且熔点很高，能强
烈地抑制奥氏体晶粒长大（高温下）。W、
Mo、Cr有一定的阻碍作用，而 C、Mn、P
则促进奥氏体晶粒长大（降低Fe原子间的结
合力）。
7、合金元素对过冷奥氏体（C曲线）转 变的影响
除Co以外，其它合金元素溶入奥氏体，都 增大其稳定性，使C曲线右移。 ① 碳化物形成元素（Ti、Nb、V、W、Mo）含量 较多时，使C曲线形状发生改变，强烈推迟珠 光体转变，而对贝氏体转变推迟较小；同时升 高珠光体转变的温度，降低贝氏体转变温度， 出现两组C曲线。
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。
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。 如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素 Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3
上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。 如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温 到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
共析点右移表明，在含碳量相同的 条件下，合金钢组织中铁素体含量比碳 钢多。
由于组织中存在硬而脆的碳化物，铁素体含 量会保证塑、韧性，而强度、硬度仍较高。 无论共析点S左移还是右移，表明合金钢 的含碳量不能和碳钢一样以2.11%为上限。 有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。 如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
4、 合金元素改变钢的相变温度
当合金元素加入碳素钢之后，会对相变临 界点产生影响，反映到Fe-Fe3C相图上: a、扩大γ相区元素（Ni、Mn、Cu、Co、N）
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相
区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着
合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
② Cr、Mn 强烈推迟贝氏体转变 ③ Ni含量较多时，珠光体转变的孕育期很长， C曲线只有贝氏体转变曲线，而珠光体转变 曲线不出现。 ④ 稳定碳化物形成元素的含量与碳含量的比值 较高的钢，3Cr13、4Cr13过冷奥氏体等温状 变曲线上只有珠光体转变曲线。
除Co和Al以外，大多数合金元素不同程度 地降低Ms，并增加残余A’的含量。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
a、 当合金元素为非碳化物形成元素 Si、Ni、Cu 或弱碳化物形成元素Mn时
合金元素溶于奥氏体，排挤出部分碳原子，
这部分被排挤出的碳原子必然参与共析反应，使
如：45最大淬透直径15mm，加入1.8% Mn 后可达60 mm。
3、合金元素形成碳化物、金属化合物
合金渗碳体:（Fe-Cr）3C、（Fe-W）3C
复杂碳化物: （Cr-Fe）23C6 、Fe4W2C、VC、
MoC、NbC、TiC、AlN、SiO2、 TiO2、TiN、Al2O3。
这些化合物都是硬而脆的强化相，具有相 当高的热稳定性。在钢中呈弥散分布时，可以 显著的强化钢，且可以抑制高温奥氏体晶粒长 大，细化晶粒，减少（降低）或消除钢的热敏 感性，提高回火抗力。
当合金元素配比适当时，在提高强度的同 时，并不降低塑性，且有的合金元素（Cr、Ni） 含量较低时：Cr<2%，Ni<5%，就既能提高强
度，又增加塑、韧性。
2、合金元素溶于奥氏体
合金元素溶于奥氏体，除一定程度上起固 溶强化，提高钢的强度作用外，最重要的是增
加了奥氏体的稳定性，使C曲线显著右移， 故合金钢的淬透性很好。
5、不能满足某些特殊性能要求
如：耐低温、高磁性、无磁性等。
碳钢的冷脆性转变温度较高，-20 ~ -30℃，
故碳钢的使用温度应≥-20℃。
因此发展合金钢成为必然，二十一世 纪结构材料的重要发展方向之一就是利用 新技术、新工艺改造传统材料——微合金 化高强钢，低合金超高强钢。
二、合金元素的作用 1、 合金元素固溶于铁素体 合金元素固溶于铁素体后，会使α-Fe 晶格产生畸变——固溶强化，使铁素体强 度提高。
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低 碳在奥氏体中的扩散激活能，加速碳的 扩散，对P→A转变有加速作用。 b、 强碳化物形成元素（Ti、V、Nb、W ） 增加碳在奥氏体中的扩散激活能，减缓 碳的扩散，对P→A转变有阻碍作用。
c、 由于强碳化物形成元素使奥氏体成分难以均 匀化，提高淬火温度或延长保温时间可使奥 氏体成分均匀化（C曲线右移），这也是提高 合金钢淬透性的有效方法。