合金钢

第六章工业用钢第一节钢的分类

第二节碳钢

一、碳素结构钢（工程构件用钢）

1．质量：普通S≤0.035%-0.050%，P≤0.035%-0.045%；

2．含碳量：中、低，C=0.06%-0.38%；

3．牌号：

F（Z、b、TZ）脱氧程度

MPa

4．热处理：热轧、正火

5．性能：强度不高，塑性较好，锻造和焊接等加工性能良好，价格便宜；

6．应用：一般工程构件和机器结构件不重要零件，如焊接件、铆接件，螺栓等。

二、优质碳素结构钢（机器零件用钢）

1．质量：优质S≤0.035%，P≤0.035%；

2．含碳量：低、中、高，C=0.08%-0.85%；

3．牌号：

两位有效数+ （Mn）

当Mn=0.7%-1.3%标出

含碳量的万分数

例：45 45 Mn

4．牌号、性能、热处理和应用

三、碳素工具钢

1．质量：优质S 、P ≤0.035%，P ≤0.035%；高级S ≤0.02%，P ≤0.03%； 2．含碳量：高，C=0.7%-1.3%； 3．牌号：例：T12A T + 数字 + A

高级

含碳量的千分数 “碳”

4、碳素工具钢的性能：硬度高、塑性和韧性低、淬透性与红硬性差。淬火+低温回火后硬度为58-62HRC 。

5、碳素工具钢的应用：多用于制造低速刃具、手用工具和量具。

四、碳素铸钢

1、质量：优质，P、S ≤0.04 % 。

2、含碳量：中、低，C = 0.2 % ~ 0.6 % 。

3、牌号：ZG + 屈服强度-抗拉强度值，例ZG200-400；

4、性能：力学性能优于铸铁、铸造性能较差；

5、应用：形状复杂，同时要求力学性能好的铸造零件。

五、碳钢的不足

①淬透性低；

②回火抗力差；

③不具备特殊的物理化学性能；

④屈强比低：碳钢屈强比的数值大约为0.6，而合金钢屈强比的数值一般为0.85～0.9。

因此，为了满足使用要求，在很多情况下必须先用合金钢。

第三节合金钢

一、钢的合金化

1．合金元素对钢中基本相的影响

1）形成合金铁素体

与碳亲合力很弱的合金元素，在钢中不和碳化合，而是溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，见下图和表。

2）形成合金渗碳体

与碳亲合力较强的合金元素，一般能够置换渗碳体中的铁原子而形成合金渗碳体。

它较渗碳体为稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中存在的主要碳化物。

3）形成特殊碳化物

与碳亲合力很强的碳化物形成元素，倾向于形成特殊碳化物。

它比合金渗碳体具有更高的溶点、硬度与耐磨性，而且更稳定。

2．合金元素对Fe-Fe3C相图的影响

1）绝大多数合金元素的加入使S点和E点左移

（1）致使含碳量小于0.77%的钢成为过共析钢。

例1、餐具厂用4Cr13钢制作餐刀是由于大量Cr的加入使S点左移，虽然它的平均含碳量为0.4%，但已是过共析钢了。

（2）绝大多数合金元素的加入使E点左移，致使含碳量小于2.11%的钢中出现莱氏体（称这类钢为莱氏体钢）。

例2、如高速钢W18Cr4V中的平均含碳量为0.7%～0.8%，但它属于莱氏体钢。

2）扩大或缩小 区的合金元素：

当加入量达一定值时，可能使室温下的组织成为单相奥氏体或单相铁素体。

例3、Ni > 27% →奥氏体钢；9%Ni + 18%C r →奥氏体钢。

例4、C r > 17% →铁素体钢。

3）影响钢的热处理温度A1、A3、A cm：偏高。

3．合金元素对钢热处理的影响

1）细化晶粒

除了镍和钴以外，大多数合金元素均减缓奥氏体的形成过程。

除了锰和硼以外，大多数合金元素有阻碍奥氏体晶体晶粒长大的作用。

2）增加钢的淬透性，同时增加残余奥氏体量

除了Co以外，其它合金元素均使C曲线右移，增加钢的淬透性。

除了Co的Al以外，其它合金元素均使M s点、M z点下移，使钢在淬火后残余奥氏体量增多。

淬透性对钢的性能的影响举例：

工艺机械性能组织

σb/MPa δ/% α/kJ/m2 HB

正火700—800 12—20 500—800 163—220 索氏体+铁素体

调质750—850 20—25 800—

1200

210—250 回火索氏体

3）对钢回火转变的影响

1）增大回火抗力（回火稳定性）

在保持相同硬度的条件下，合金钢的回火温度比碳钢高些，从而使内应力消除得充分一些，韧性也就更高一些。

2）产生二次硬化现象

（1）二次硬化：

（2）机理：造成二次硬化的主要原因是钢中加入强碳化物形成元素以后，在500～600℃回火时，从马氏体中析出与母相保持共格关系的高度弥散的特殊碳化物（如Mo2C，W2C，VC等）使硬度反而上升。

3）出现第II类回火脆性

（1）第II类回火脆性：镍铬钢在450～650℃回火后缓慢冷却会出现冲击韧度剧烈下降。

（2）产生的原因：镍、铬造成杂质在晶界偏析。

（3）防止措施：

①在此温度范围内回火后快冷，用于小零件；

②在钢中加响应W1%或Mo0.5%，用于大零件。

总结

1、合金元素的主要作用；

2、合金钢优点:

① 透性好，可油淬，变形小； ② 红硬性高；

③ 屈强出的数值一为0．85－0.9;

④ 可节省20－30 ％材料，可制作大尺寸、复杂、高强零件。

二、合金结构钢

（一）低合金高强度结构钢（工程建筑用钢）

1、性能要求

（1）具有良好的综合力学性能：

MPa x 650350-=σ，%23%16-=δ，2/7060cm J a x -=。

（2）良好的工艺性能：易于冷热加工成形，且具有优良的焊接性。