课题六掌握常用合金钢的性能与应用

3. 了解低合金耐候钢
?耐候钢是指耐大气腐蚀钢。它是在低碳钢的基础上 加人少量铜、铬、镍、钼等合金元素，使钢表面形成 一层保护膜的钢材。 ?焊接结构用耐候钢的牌号是由“ Q＋数字十NH”组成。 其中“ Q ”是“屈”字汉语拼音字母的字首，数字表示 钢的最低屈服强度数值，字母“ NH”是“耐候”汉语 拼音字母的字首，牌号后缀质量等级代号 C、D、E， 如Q355NHC表示屈服强度大于 355MPa，质量等级为 C级 的焊接结构用耐候钢。焊接结构用耐候钢适用于桥梁、 建筑及其他要求耐候性的钢结构。 ?高耐候性结构钢的牌号是由“ Q＋数字＋ GNH”组成。
2. 熟悉低合金高强度结构钢的种类与应用
?低合金高强度结构钢的合金元素以锰为主，还有硅、 钒、钛、铝、铌、铬、镍、氮、稀土等元素，钢中合 金元素总的质量分数一般＜ 3％。
部分低合金高强度结构钢的牌号及用途
牌号
用途
Q345
Hale Waihona Puke Baidu
船舶、铁路车辆、桥梁、管道、锅炉、低温压力容器、石油贮罐 、起重及矿山机械、电站设备、厂房钢架等
? 使用合金钢材料制造的产品
任务一 掌握合金元素在钢中的作用及合金钢的分类
学习目标 ? 知识目标：掌握合金元素在钢中的作用及合金钢分类 ? 能力目标：能认识常用合金钢及其性能
1. 掌握合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中存在的形式，一是溶人铁素体中形成合 金铁素体，二是与碳形成极高硬度的合金碳化物。
3. 细化晶粒
? 几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体 晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的，提高钢的 塑性和韧性。强碳化物形成元素铌、钒、钛等形成 的碳化物、铝（ Al）在钢中形成的 AlN和Al2O3细小 质点，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使合金钢 在热处理后获得比碳钢更细的晶粒。
4.提高钢的淬透性
1. 掌握低合金钢的牌号与命名
? 合金钢的合金元素总的质量分数＜ 5.43％，是一类 焊接性较好的低碳低合金结构用钢，大多数在热轧或 正火状态下使用。 ? 该类钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音首位字母 Q+屈服强度数值 +质量等级符号（ A、B、C、D、E）三 部分按顺序组成。例如， Q390A表示屈服强度 Rel≥390MPa，质量为 A级的低合金高强度结构钢。
6. 使钢具有特殊的物理、化学性能
? 加入铬、镍、钼等合金元素，极大提高钢的耐蚀 性、耐热性；加入锰可极大提高钢的耐磨性。
任务二 掌握常用低合金钢的牌号与应用
1．合金钢按用途分类 ? 合金结构钢 ：机械零件、工程构建 ? 合金工具钢 ：重要的工具 ? 特殊性能钢 ：特殊的物理化学性能，不锈钢、耐 热钢、 耐磨钢 2．合金钢按合金元素总含量分类 ? 低合金钢：合金元素总含量＜ 5％。 ? 中合金钢：合金元素总含量 5％～10％ ? 高合金钢：合金元素总含量＞ 10％
? （4）合金弹簧钢
? ② 热成形弹簧 弹簧直径大于 10mm的弹簧，热成形 后进行淬火和中温回火，提高弹簧钢的弹性极限和 疲劳强度，如汽车板弹簧、火车缓冲弹簧等多用 60Si2Mn 、50CrVA来制造
? 常用弹簧钢的热处理、机械性能性能及应用
热处理
力学性能
牌 号
淬火/
回火
屈服强 度/MPa
Rm/M Pa
低合金专业用钢
任务三 掌握常用合金结构钢的牌号与应用
1. 掌握合金结构钢的牌号
合金结构钢的合金元素总的质量分数≥5.43％。合金结构钢 用于制造工程结构及各种机械零件。
命名：两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表 示。 ? 前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。 ? 元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素。 ? 后面的数字表示该元素的含量。合金元素含量小于1.5％时 只标元素符号，不标数值；平均含量为1.5％~2.5％，2.5％ ~3.5%…时，则相应地标以2，3… ?合金钢多为优质钢，无需特殊表示。当合金钢为高级优质钢 或特级优质钢时，分别在牌号尾加A、E表示。必要时可将表 示产品用途、特性或工艺方法的字符加在牌号尾部。
? 常用合金调质钢的牌号、热处理规范、力学性能及用途
热处理工艺
力学性能
牌号
淬火温 度/℃
回火温 度/℃
Rm/ MPa
屈服 强度/
MPa
A％ Z％
KU /J
用途
40B
840水 冷
550水 冷
785
540
9 45
55
轴、齿轮、拉杆、凸轮 、拖拉机曲轴
40Cr
850油 冷
520水 冷、油 980
冷
785
9 45
床的齿轮、蜗轮、蜗杆 47 、轴、套筒、花键轴、
曲轴、进气阀
40MnB
850油 冷
500水 冷、油 980
冷
785
10 45
车转向轴、半轴、花键 47 轴、蜗杆和机床主轴、
齿轮等
38CrMoA 940油
l
冷
640 980 835
12 55
高硬度、高耐磨和高疲 劳强度零件，如航空发 80 动机轴、重要齿轮、机 床精密丝杠、压缩机活 塞杆
40 Cr（合金结构钢）
主要合金元素为铬，含量在1.5％以下 平均含碳量为0.40％
60 Si2 Mn （合金结构钢）
主要合金元素为锰，含量小于1.5％ 平均含硅量为2％左右 平均含碳量为0.60％
? 说出下列合金钢的类型及元素含量： ? 38CrMoAl ；20CrMnTi
2. 熟悉机械零件常用的合金结构钢
? 合金元素在钢中的主要作用
1. 强化铁素体 2. 形成合金碳化物 3. 细化晶粒 4. 提高钢的淬透性 5. 提高钢的回火稳定性
1. 强化铁素体
? 大多数合金元素（除铅外）都能溶于铁素体，形成 合金铁素体。 ? 由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异， 引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金 钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性下降。
课题六 掌握常用合金钢的性能与应用
任务1 掌握合金元素在钢中的作用及合金 任务2 掌握常用低合金钢的牌号与应用 任务3 掌握常用合金结构钢的牌号与应用 任务4 掌握合金工具钢的牌号与应用 任务5 掌握制造量具及刃具的低合金工具钢性能与
应用 任务6 掌握高速工具钢的牌号与选用 任务7 了解滚动轴承钢的性能与应用 任务8 了解常用特殊性能钢与应用
Q390
中高压锅炉汽包、中高压石油化工容器、大型船舶、桥梁、车辆 、压力容器、起重机及其他较高载荷的焊接结构件等
Q420
矿山机械、大型船舶、桥梁、电站设各、起重机械、机车车辆、 中压或高压锅炉及容器的大型焊接结构件等
Q460
大型工程结构件和工程机械；经淬火加回火后，用于大型挖掘机 、起重机运输机械、钻井平台等
18Cr2Ni 4
860油泠
200 1180 1080
10
45
63
制作大截面，交变高 载荷的重要齿轮，轴
（2）合金调质钢
? 用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。合金 渗碳钢的 wc＝0.10％～0.25％，加人 Cr、Ni、Mn、 B、W、Mo、Ⅴ、Ti等合金元素可提高淬透性。部 分渗碳零件（齿轮、轴、活塞销等）要求表面具有 高硬度（ 55～65HRC）和高耐磨性，心部具有较高 的强度和足够的韧性，克服了低碳钢淬透性差，心 部强度较低的缺点。
40CrMnM 850油
o
冷
600 980 785
10 45
重载荷轴、齿轮、大货 64 车的连杆、后桥半轴、
轴、偏心轴等
? （3）工程结构用合金钢
? 用于制造工程结构件，如建筑工程钢筋结构、压力 容器、承受冲击的耐磨铸钢件等。
? （4）合金弹簧钢
? 利用弹簧的弹性变形储存能量，减缓和机械设备振动 和冲击。中碳钢（ 55钢）和高碳钢（ 65钢、70钢）都 可以作为弹簧材料，但淬透性差、强度低，只能用来 制造小截面、受力较小的弹簧。而合金弹簧钢则可制 造大截面、弹力大、屈服强度高的重要弹簧。合金弹 簧钢的wc＝0.50％～0.70％，常加人的合金元素有 Mn 、Si、Cr、Ⅴ、Mo、W、B等。
? 常用合金渗碳钢的牌号、热处理规范、性能及用途
牌号
回
力学性能
渗碳 温度 /℃
淬火温度 /℃
火 温 度 /℃
Rm/ MPa
屈服强 度/ A％ Z％ MPa
KU /J
用途
20Cr
780～820 水冷或油 200 835
冷
540
10
40
47
小齿轮、小轴、活塞 销、凸轮、蜗轮等
2OCrMnT i
870油冷 200 1080
导言
合金钢——在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能， 在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
性能：较高的力学性能、淬透性和回火稳定性等， 有的还具有耐热、耐酸、耐蚀等特殊性能。
合金元素： 铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）、锰 (Mn)、钼（ Mo）、钨（ W）、钒（ V）、钛（ Ti）、 铌（Nb）、锆（ Zr）、钴（ Co）等
4. 了解低合金专业用钢
?为适应某些专业的特殊需要而发展了门类众多的低 合金专业用钢。 1）汽车用低合金钢，用于制造汽车大梁、轮辋、托 架及车壳等结构件，如汽车大梁用钢 420L、9MnREL 2）铁道用低合金钢 用于重轨（如 U70Mn）、轻轨 （如45SiMnP）和异型钢（如 09CuPRE、9V等）。 3）低合金钢筋钢 指用于制作建筑钢筋结构的钢， 如钢筋混凝土用热处理钢筋钢（ 20MnSi）和预应力混 凝土用热处理钢筋钢（如 40Si2Mn）。 4）矿用低合金钢 矿山用结构件，如高强度圆环链 用钢（如2OMnSiV 等）、巷道支架用钢（如 16MnK、 25MnK）和煤机用钢（如 M510、M540等）。
? 除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可 增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变， 使C曲线右移，从而减小钢的临界冷却速度，提高 钢的淬透性。 ? 常用提高淬透性的合金元素有：钼、锰、铬、镍 （Ni）和硼（ B）等。
5. 提高钢的回火稳定性
? 回火稳定性 —— 淬火钢在回火时，抵抗硬度下降 的能力。
850
汽车、拖拉机的高速 10 45 55 ，中或重载各种齿轮
、传动件
910
20CrMnM ～
o
950
850油冷 200 1180
855
10
45
55
大型曲轴、凸轮轴、 连杆、齿轮轴、齿轮
20MnVB
860油泠 200 1080
855
可代替20CrMnTi制作 10 45 55 重型机床齿轮及其他
渗碳件
? 随着高新科技的不断发展，对钢材的性能要求越来 越高。
? 要求具有耐腐蚀、抗氧化、耐磨的机械零件；具有 高强度、高韧性的模具；具有良好热硬性的高速切 削刀具。因此，必须选用性能更加优异的低合金钢 、合金钢。
? 为了改善钢的综合性能或使其具有某些特殊性能， 在炼钢时加人硅（ Sj）、锰（Mn）、铬（ Cr）、 镍（Ni）、钨（ W）、钼（Mo）、钒（ Ⅴ）、钛（ Ti）、铌（ Nb）、钴（ Co）、铝（ Al）、硼（ B） 及稀土（ RE）等合金元素得到合金钢。
2. 形成合金碳化物
1）合金渗碳体
? 锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素一 般倾向于形成合金渗碳体，合金渗碳体较渗碳体 略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的 强度。
2）特殊碳化物 ? 钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特 殊碳化物，特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的 熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解。
? 机械零件用合金钢属于特殊质量合金钢，具有特殊质 量等级要求，用于制造机械零件，如轴、连杆、齿轮 、弹簧、轴承等，需通过热处理充分发挥钢材的力学 性能潜力。机械零件用合金钢按其用途和热处理特点 可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和超高 强度钢等。
（1）合金渗碳钢
? 用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。合金渗 碳钢的wc＝0.10％～0.25％，加人 Cr、Ni、Mn、B、W 、Mo、Ⅴ、 Ti等合金元素可提高淬透性。部分渗碳零 件（齿轮、轴、活塞销等）要求表面具有高硬度（ 55 ～65HRC）和高耐磨性，心部具有较高的强度和足够的 韧性，克服了低碳钢淬透性差，心部强度较低的缺点 。
? 弹簧按加工成形方法分为冷成形弹簧和热成形弹簧。
? （4）合金弹簧钢
? ① 冷成形弹簧 弹簧直径小于 10mm的弹簧，如钟表 弹簧、仪表弹簧、阀门弹簧等。弹簧采用钢丝或钢带 制作，成形前钢丝或钢带先经过冷拉（或冷轧）或者 淬火加中温回火，使钢丝或钢带具有较高的弹性极限 和屈服强度，然后将其冷卷成形，弹簧冷成形后在 250～300℃进行去应力退火，以消除冷成形时产生的 内应力，稳定弹簧尺寸和形状