低碳马氏体结构钢
低碳马氏体钢的用途是什么
低碳马氏体钢的用途是什么低碳马氏体钢是一种具有优异性能和广泛用途的金属材料。
它的用途包括但不限于以下几个方面。
首先，低碳马氏体钢在机械制造领域中广泛应用。
由于其优异的强度和韧性，低碳马氏体钢常用于制造高性能的机械零件，如汽车零件、航空发动机零件、机器工具、轴承、齿轮等。
与传统的碳素钢相比，低碳马氏体钢具有更高的强度和硬度，同时保持良好的可塑性和冲击韧性。
这使得它在机械制造中承受高负荷和复杂工况环境的能力更强，从而延长了机械设备的使用寿命。
其次，低碳马氏体钢在能源行业中有广泛的应用。
在电力发电设备和核能工业中，低碳马氏体钢常用于制造耐高温和耐腐蚀的核反应堆组件、锅炉、汽轮机叶片等。
由于低碳马氏体钢具有良好的高温强度和抗氧化性能，使得它能够在高温和恶劣的工作环境中保持稳定的性能，确保设备的安全可靠运行。
此外，低碳马氏体钢在船舶和海洋工程领域也得到了广泛应用。
作为一种耐海水腐蚀的金属材料，低碳马氏体钢常用于制造船体结构、海洋平台、海洋石油钻井设备等。
其优异的耐蚀性能使得船舶和海洋工程设备能够长时间在海水环境中使用而不受腐蚀影响，确保其结构的强度和稳定性。
此外，低碳马氏体钢还广泛应用于建筑和桥梁工程中。
由于其良好的韧性和强度，低碳马氏体钢被用于制造桥梁的主梁和支撑结构等承受重载的部件。
同时，低碳马氏体钢具有较高的焊接性能，可以方便地与其他金属材料进行焊接，提高了建筑和桥梁工程的施工效率和质量。
最后，低碳马氏体钢还在石油和化工工业中有广泛应用。
在石油和化工设备中，低碳马氏体钢常用于制造耐腐蚀和耐高压的容器、管道和阀门等。
其杰出的耐蚀性和高压性能使得它能够在恶劣的工作环境中承受高压和腐蚀介质的侵蚀，确保设备的正常运行和安全性。
综上所述，低碳马氏体钢具有优异的性能，在机械制造、能源、船舶和海洋工程、建筑和桥梁工程以及石油和化工工业等领域均有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展和创新，相信低碳马氏体钢的应用范围还会进一步扩大。
常用金属材料的选用
弹簧钢
弹簧钢要求具有高的弹性极限与疲劳强度，一般截面 小于12—15mm 、性能要求不高的小弹簧可用碳素弹 簧钢制造；大型弹簧和重要弹簧都用合金弹簧钢制造。 弹簧钢大体上可分为热成形弹簧和冷成形弹簧两大类： 热成形弹簧钢一般用于制作大型弹簧或形状复杂的弹 簧。钢材在热成形之前并不具备弹簧所要求的性能， 热成形之后，进行淬火及中温回火，以获得所要求的 性能。 冷成形弹簧钢是先通过冷变形或热处理，使钢材具备 一定性能之后，在用冷成形方法制成一定形状的弹簧。
氮化用钢（渗氮钢）
氮化是用氮饱和钢的表面的工艺过程，氮化的目的在 于提高其硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性，氮化以 前零件要经过调质处理。 常用的氮化钢主要是 38Cr2MoAlA, 38Cr2WVAlA, 30CrNi2WVA, 30Cr3WA 等。 对一些不希望过高表面硬度而要求提高耐磨性和脆性 破断抗力的零件（如机床主轴、滚动支架、轴套、丝 杠等）可采用较低含Al量或不含Al的钢，像40CrVA, 38Cr2WVAlA,40Cr等 。 对循环弯曲或接触载荷下工作的机械零件，则推荐应 用30Cr3WA 钢。
模具钢
冷变形模具钢：
碳素模具钢常用的有 T8A, T10A, T12A等， 低合金模具钢常用的有 9Mn2V, CrWMn, GCr15, 9CrSi等， 高碳高铬钢常用的有 Cr12和Cr12MoV 高碳中铬钢常用的有 Cr6WV和Cr5MoV(A2) 基体钢
模具钢
热变形模具钢：
锤锻模用钢： 5CrNiMo和5CrMnMo钢 热挤压模具钢：铬系4Cr5MoSiV 钨系 3Cr2W8V 钼系。
不锈钢
不锈钢的分类
按化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰 不锈钢等。 按金相组织分为马氏体、铁素体、奥氏体、奥 氏体—铁素体四大类。
高中低碳钢各自的组织结构和性能特点
高中低碳钢各自的组织结构和性能特点碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。
碳钢也叫碳素钢，含炭量WC小于2%的铁碳合金。
碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。
碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC≤0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。
6%）按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较低低碳钢低碳钢(lowcarbonteel)又称软钢,含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造,焊接和切削,常用於制造链条,铆钉,螺栓,轴等。
碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。
它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，天多不经热处理用于工程结构件，有的经参碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。
低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强廖和硬度较低，塑性和韧性较好。
因此，其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。
这种钢翅具有良好的焊接性。
碳含量很低的低碳钢硬度很低，切削加工性不佳，淬火处理可以改善其切削加工性。
低碳钢有较大的时效倾向，既有淬火时效倾向，曩有形变时效倾向。
当钢从高温较快冷却时，铁素体刮碳、氮过饱和，它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮州物，因而钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，筻种现象称为淬火时效。
低碳钢即使不淬火而空冷也乏产生时效。
低碳钢经形变产生大量位错，铁素体中自碳、氮原子与位错发生弹性交互作用，碳、氮原子聚身在位错线周围。
这种碳、氮原子与位错线的结合体称岁柯氏气团(柯垂耳气团)。
它会使钢的强度和硬度提高而塑性和韧性降低，这种现象称为形变时效。
金属材料学
7 、以低碳马氏体钢 20SiMn2MoV 为例，说明 其合金化与强韧性的关系。 (1) 含碳量0.2%
得到低碳马氏体，保证高的强韧性。
(2) Si、Mn、Mo、V
提高淬透性，保证淬火得到低碳马氏体。
(3) Si
避免第一类回火脆性，提高韧性。
(4) V
细化奥氏体晶粒，提高强韧性。
8、说明合金元素对马氏体转变有何主要影响？
加入微合金元素 V 、 Ti 、 Nb 的高强度低合金钢，除了微合金 元素外，主要加入Mn、Si、Cr、Mo、N等合金元素。
2、微合金化元素的作用 (1) 抑制奥氏体形变再结晶。
应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和 位错上，阻碍晶界和位错运动，抑制再结晶。 固溶的铌原子偏聚在奥氏体晶界，增强原子结合力，阻碍晶 界运动。
(2) 不同点
二次硬化是指回火后硬度升高的现象；而二次淬火是指回火 冷却时残余奥氏体转变为马氏体的相变过程。 二次淬火只是产生二次硬化的原因之一；沉淀强化也能产生 二次硬化。
12、钢有哪些强化与韧化途径？为什么一般钢 的强化工艺都采用淬火-回火？
(1) 强化
固溶强化；细晶强化；加工硬化；沉淀强化。
第一章 钢的合金化原理
1．名词解释
(1) 合金元素
为了提高钢的某些性能，有目的地在钢中加入的、含量在一 定范围内的元素。
(2) 杂质元素
由于冶炼工艺、原料等原因，不可避免地存在于钢中，含量
要求低于某一标准值的元素。
(3) 微合金元素
V、Ti、Nb等在钢中加入量即使为0.1%时，也能显著改变组 织和性能的合金元素。
(9) 二次淬火
高合金钢淬火后的残留奥氏体在 500~600℃ 回火时不转变， 而在回火后冷却时发生马氏体转变。
马氏体的性能
（二）形状记忆效应
指一定形状的合金在某 种条件下经任意塑性变形， 然后加热至该材料固有的某 一临界以上时，又完全恢复 其原来形状的现象。
具有形状记忆效应的合 金称为形状记忆合金。
形状记忆效应的能恢复 的变形量约为6~8%，最高可 以达到百分之十几，变形量 过大时不能完全恢复。
形状记忆合金可分为单 程和双程记忆合金
具有形状记忆效应的合金应具备的条件： 1、必须是热弹性马氏体； 2、亚结构为孪晶或层错； 3、母相具有有序结构。 （三）形状记忆合金的应用 Ni-Ti合金宇航天线、结固件； （1）自动组装的结构件； （2）热敏装置和安全装置； （3）热能和机械能转换装置； （4）医学上的应用。
（四）相变冷作硬化
(三)马氏体转变超塑性
超塑性：指高的延伸率及低的流变抗力。 相变塑性:金属及合金在相变过程中塑性增长，往往 在低于母相屈服极限的条件下即发生了塑性变形，这 种现象称为相变塑性。
马氏体的相变塑性：钢 在马氏体转变时也会产 生相变塑性现象，称为 马氏体的相变塑性。
0.3%C-4%Ni-1.3%Cr 钢的M相变塑性850℃A 化,Ms为307 ℃,A的屈服 强度为137MPa
当C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，使相 邻碳原子所造成的应力场相互重迭，以致抵消而降低 了强化效应。
合金元素也有固溶强化作用，相对碳来说要小很 多，据估计，仅与合金元素对F的固溶强化作用大致 相当。
（3）时效强化
理论计算得出，在
室温下只要几分钟甚至 几秒钟即可通过C原子扩 散而产生时效强化，在60℃ 以 上 ， 时 效 就 能 进 行发生碳原子偏聚现象， 是M自回火的一种表现， C原子含量越高时效强化 效果越大。
马氏体的性能
（一）马氏体的硬度 与强度
低碳马氏体在气铲零件上的应用
间较短 ， 组织应力与热应力 同时 作用 下基 本上不发生涨
缩现象。随着零件壁厚的增 加，内外 层马氏体转变相差 时间增长 ，当外表层冷 到 点以下时 ，表层开始马 氏体
转变 ，体积膨胀 ，内表层受 到来 自外层 的拉应 力，产生
了塑性拉长 ，使 内孔涨大，壁厚越 厚组织应力越大 ，内 孔涨大量也越大 ，因阀柜壁 厚比缸套厚 ，所以 阀柜涨大
技 术 要 求
热 处 理 工 艺 ９ ０ 气 体 渗 碳 ２℃
渗 碳 ０ ２～０４ ． ． ｍｍ
二、改进 后工艺及试验分析
１ ．改进后工艺 （ 见表 ２ ）
表 ２ 改 进 后 工 艺
零 件
加热温度 保温时间 材 料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ／ ℃
硬度
金 相 组 织
ＨＲＣ
２ ．存在 问题分析
渗碳淬火后 回火温 度提高 至 ４ ０ １ ℃。此时零 件所处 的组 织状态为 回火索 氏体 ，呈两相组 织 ，耐磨性 较低 ，加之 零件薄 ，经过这样 一个复 杂 的热处 理工 艺后 变形较 大 ，
１０ ＭＰ ，具有好的 塑性 （ ６０ ａ Ａ≥１％ ，Ｚ≥４ ％ ） ０ ０ 、韧 性 （ ￣５ Ｊ ，良好 的冷 加工性 、焊接性 ，以及热处理 畸 Ａ ＞ ９） 变小等优点。 凡是 ＜０ ２ ％的非合 金钢 （ ．５ 碳素 钢 ）或低 碳低 合金 结 构 钢 ，经 强 烈 淬 火 后 ，获 得 ８ ％ 以 上 甚 至 ０ １０ ０ ％的低碳马 氏组 织 ，这类 钢 统称 为 低碳 马 氏体 钢 。
一
磨加工后无法保证零件渗层 的均 匀性 ，硬度也不 能保 证
在 ４ ４ ＨＲ 。在实际工作 中垫圈常被 阀冲击 打出一个 ０～ ５ Ｃ
钢中存在哪几种类型的碳化物
1.钢中存在哪几种类型的碳化物？比较它们稳定性的强弱。
碳化物的稳定性对钢的性能及热处理有什么意思？答：分类：复杂点阵结构碳化物、简单点阵碳化物、合金碳化物、合金渗碳体。
性能意义：碳化物稳定性高，可使钢在高温下工作并保持其较高的强度和硬度。
钢的红硬性、热强性好。
相同硬度条件下，碳化物稳定性高的钢可在更高温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。
合金钢较相同硬度的碳钢综合力学性能好。
碳化物的稳定性高，在高温和应力作用下不易聚集长大，也不易因原子扩散作用而发生合金元素的再分配。
钢的抗扩散蠕变性能好。
热处理意义：（1）特殊碳化物稳定性高，合金钢奥氏体化的温度要提高、保温时间要延长。
（2）碳化物的稳定性过高，加热时不溶于奥氏体，随后冷却时加速奥氏体的分解，降低钢的淬透性；碳化物的稳定性低，加热时溶于奥氏体中，增大过冷奥氏体的稳定性，提高淬透性。
（3）碳化物的稳定性高，淬火钢的回火稳定性高。
2.合金钢二次硬化现象的本质是什么？对钢的性能有什么影响？答：二次硬化为淬火钢在回火时出现的硬度回升现象，原因是特殊碳化物的弥散强化+二次淬火。
影响：提高热强性，红硬性。
3.低合金高强度钢中的主加合金元素Mn对钢的性能有哪些影响？为什么它会有这些影响？答：锰是A形成元素，能降低A→P转变的温度Ar1，并减缓其转变速度，可细化P，↑钢的强度和硬度。
锰的加入可使Fe-C状态图中“S”点左移，使基体中P数量增多，可使钢在相同含碳量下，P量增多，致使强度不断↑。
锰还能↓钢的韧脆转变温度。
原因：锰属于复杂立方点阵，其点阵类型及原子尺寸与α-Fe相差较大，因而锰的固溶强化效果较强。
4.机器零件用钢中的主加合金元素有哪些？他们的作用？答：主加合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、B，作用：分别加入或复合加入钢中，对↑钢的淬透性、↑钢的综合力学性能起主导作用。
5.弹簧钢的成分特点是什么？这样的成分对钢的性能有哪些影响？答：1、中、高碳碳素弹簧钢的含碳量在0.6%～0.9%之间，合金弹簧钢的含碳量一般在0.40%～0.70%之间，以保证高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。
碳素钢简介——精选推荐
碳素钢简介第⼀部分碳素钢⼀.钢和铁的区别:铁和钢是我们⽣活中许多常见的物质的组成材料，它们的存在在很⼤程度上“加固”了我们的⽣活的结构，认识、了解它们将有助于我们更清楚的认识⽣活、改造⽣活。
铁的合⾦⾸先应该知道铁和钢的区别在于它们含碳量的不同（分别为2%-4.3%和0.03%-2%），然后还要了解铁和钢各⾃的分类情况，重点放在各种物质的俗名和实际⽤途上，如铸造⽣铁俗名灰⼝铁，常⽤于制造各种铸件等。
这⼀部分的学习应该以对⽐为主，虽然其中的数据理论不多，但我们要加以重视，因为考试中常以常识类选择题的形式出现。
炼铁铁的矿⽯有很多种:磁铁矿、⾚铁矿等，对于这些矿⽯所对应的主要成分⼤家应该知道，否则在出现类似“写出⽤⼀氧化碳还原磁铁矿的反应⽅程式”的题⽬时，就会不知所措的。
接下来要对炼铁的主要反映原理加以了解，即利⽤还原剂将铁还原出来，要注意对试验的现象的表述——“红棕⾊的粉末变成⿊⾊”（这是考试的常有内容）。
由此及彼，⾼炉中炼铁的原理也⼤致如此。
对于实际⽣产中的⼀些知识，⾸先应该了解⾼炉的基本结构“五炉、两进⼝、三出⼝”，及各部分发⽣的化学反应、炉渣的⽣成反应等，需要注意的是：⾼炉煤⽓的成分为⼀氧化碳、⼆氧化碳和氮⽓等的混合⽓体，需经过净化才能排出，它是很好的⽓体燃料。
炼钢炼钢和炼铁都是利⽤氧化还原反应进⾏的，但是两者在反应对象上有很⼤的区别：炼铁是将铁还原出来，⽽炼钢则是将⽣铁中的过量碳和其他杂质除去，所以两者在实际操作中有联系也有区别。
炼钢的⽅法主要有三种：转炉、电炉和平炉。
其中转炉炼钢法运⽤⽐较普遍。
我们不需要记忆其具体的操作过程（只需导致了解），但对于其中发⽣的反应，如：氧化铁单质、除去杂志和脱氧等要加以注意。
在炼钢过程中还会出现⼤量的棕⾊蒸⽓，它的成分是氧化铁尘粒和⾼浓度的⼀氧化碳，必须加以净化。
⼆．定义及分类主要指⼒学性能取决于钢中的碳含量，⽽⼀般不添加⼤量的合⾦元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。
合金结构钢的定义与分类
合金结构钢的定义与分类一、调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。
传统的调质钢是指淬火和高温火钢调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。
调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。
具有较低或中等的合金化程度。
钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。
热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。
热处理后的金相组织是回火索氏体。
这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。
调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。
在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。
由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。
脆性破坏抗力较大。
但也存在特有的高温回火脆性。
大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。
，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。
少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。
常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。
二、渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。
汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。
渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。
保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。
一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。
重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。
马氏体相变
（1）低碳钢立方马氏体（<0.2%C）
板条马氏体（低碳M、位错M）： 体心立方结构。具有高密度位错（约 0.3~0.9×1012cm-2 ） 的 亚 结 构 ， 属 位错马氏体。其惯习面原为｛111｝ γ ， 现修改为｛557｝ γ 。与母相的位向关系 为K-S关系。
低碳板条状马氏体 0.03C-2Mn
é ¯ Î ² ×Ö Ð Ã û ´ µ × ¬ ´ Æ × ¡ ¬ ´ ªÆ × å õ ´ ©Ì × û ´ µ × ¬ ´ Æ × ¬ ´ Æ × ¡ ¬ ´ ªÆ × ¡ ¬ ´ ªÆ ×
/ /
Fe-Ni-C £ Ni24~35% £ ¨ ¬ C~1.0%£ ©
bcc£ ¦ /£ ¨Á © bct£ ¦ /£ ¨Á ©
时，在瞬间形成大量马氏体，T～f曲线的开始阶段呈垂直上升的势态。 称爆发型马氏体相变。
自促发形核、瞬时长大
（4）弹性马氏体相变
弹性马氏体相变是指马氏 体与母相的界面可以发生 双向可逆移动。分为热弹 性和机械弹性两类。
热弹性马氏体的弹性消长
形状记忆效应
一些形状记忆合金
4.3 马氏体相变热力学
将 G 0 的温度定义为T0
Ms、Mf、As、Af、T0与合金成分的关系
As-Ms可因引入塑性变形而减少。 在Ms点以上对奥氏体进行塑性变 形，可诱发马氏体相变而使Ms点上 升到Md点。相应地，塑性变形可使 As点下降至Ad点。 Md点和Ad点分别称为形变诱发马 氏体相变开始点和形变诱发奥氏体相 变开始点。它们的极限温度均为T0。
低碳马氏体
低碳马氏体显微组织性能及处理工艺锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件2，低碳马氏体的合金化低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合提高淬透性,Nb还细化晶粒BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05%Mn-Si-Mo-V-Nb系列铁素体-马氏体双相钢特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上4，高的加工硬化指数,你>0.245，高的塑性变化双相组织或得方法1热处理双相处理刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用热轧双相钢热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷双相钢优异性能的原因屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。
再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。
双相钢的典型成分和用途化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6%用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。
金属材料学
碳钢及合金钢的分类及编号一、碳钢的分类及牌号1、碳素结构钢符号用Q十数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。
例如，Q275表示屈服强度为275MPa。
若牌号后面标注字母A、B、C、D，表示硫、磷质量分数不同，即A、B、C、D表示钢材质量依次提高。
2、优质碳素结构钢优质碳素结构钢的钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。
例如，钢号“20”即表示碳质量分数为0.20％（万分之二十）的优质碳素结构钢。
3、碳素工具钢碳素工具钢的碳质量分数在0.65％～1.35％之间，钢号用平均碳质量分数的千分数的数字表示，数字之前冠以“T”（“碳”的汉语拼音字头）。
例如，T9表示碳质量分数为0.9％（即千分之九）的碳素工具钢。
二、合金钢的牌号及分类1、合金钢的分类方法(1) 例如按合金元素质量分数多少，可分为：低合金钢（总量<5％）、中合金钢（总量为5％～10％）和高合金钢（总量>10％）。
(2) 按所含的主要合金元素，可分为：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。
(3) 按小试样正火或铸造状态的显微组织，可分为：珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。
(4) 按用途来分类，可分为：合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三大类。
2、合金钢的牌号（1）结构钢以万分之一为单位的数字（两位数/10000）来表示碳质量分数；在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明，平均质量分数少于1.5％时不标数，平均质量分数为 1.5％～2.49％、2.5％～3.49％……时，相应地标以 2、3……。
（碳质量分数+合金元素符号及含量+质量级别符号）例如： 40Cr为结构钢，平均碳质量分数为 0.4％，主要合金元素 Cr的质量分数在1.5％以下。
（2）工具钢和特殊性能钢：以千分之一为单位的数字表示碳质量分数；之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明，平均质量分数少于1.5％时不标数，平均质量分数为1.5％~2.49％、2.5％~3.49％…时，相应地标以 2、3……。
3第3章 机器零件用钢DOC
第3章机器制造结构钢1、了解机械制造结构钢的服役条件，理解主要失效形式、性能要求和合金化特点，掌握强韧化机理；2、理解调质钢、非调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、低碳马氏体钢、合金渗碳钢、氮化钢、耐磨钢的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；3、理解零件材料选择的基本原则和思路并简单运用。
机械制造结构钢的强度和脆性；各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；零件材料选择的基本原则和思路。
各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；运用理论知识选择零件材料。
5多媒体+讲授，案例根据钢的生产工艺和用途，可分为：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。
3.1 概述一、机器零件用钢的性能要求1、具有良好的冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。
2、具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。
一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。
二、机器零件用钢合金化特点主加元素：Cr、Mn、Si、Ni。
主要作用：↑淬透性和力学性能。
辅加元素：Mo、W、V等↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
最佳范围：获得最佳性能→称为极限合金化理论，结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn，1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。
或是单独加入，或是复合加入。
三、零件材料和工艺选择途径1、对于要求良好综合力学性能，零件选①低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。
为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类为代表.②回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温回火。
为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高频感应加热淬火等表面硬化工艺方法。
轴类零件为典型。
材料的途径为：2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性。
可选择中碳钢，采用低温回火工艺。
如低合金中碳马氏体钢。
农业机械较多.3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火。
20CrMnTi简介
20CrMnTi简介20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。
常作为齿轮钢用作制造汽车、摩托车、农用车、各种工程机械的传动齿轮,广泛应用于机械、汽车等行业。
其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。
20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
●化学成份碳C：0.17～0.23硅Si：0.17～0.37锰Mn：0.80～1.10铬Cr：1.00～1.30硫S：允许残余含量≤0.035磷P：允许残余含量≤0.035镍Ni：允许残余含量≤0.030铜Cu：允许残余含量≤0.030钛Ti：0.04～0.10[2]●力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥1080(110)屈服强度σs (MPa)：≥835(85)伸长率δ5 (%)：≥10断面收缩率ψ (%)：≥45冲击功Akv (J)：≥55冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥69(7)硬度：≤217HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为15mm●20CrMnTi密度:7.8×103kg/m3弹性模量:207GPa泊松比:0.25导热率:1.26×10-51/℃[3]热处理规范：淬火:第一次880℃,第二次870℃,油冷;回火200℃,水冷、空冷。
金相组织：回火马氏体。
回火组织与性能的研究20crMnTi钢是低碳低合金结构钢,该钢通常在化学热处理状态下使用。
经渗碳或碳氮共渗处理后,具有良好的耐磨性能和抗弯强度,以及较高的抗多次冲击能力。
该钢还可在调质状态下使用,其热处理工艺简单,热加工和冷加工性能均较好,在兵器工业中,主要用来制造截面在30mm以下的承受中等载荷的零件,如履带车辆的左右分离圈、同步器固定齿套等。
20crMnTi钢作为低碳马氏体用钢,经淬火低温回火后,在获得高强度的同时,比优质碳素钢有更好的塑性、韧性的配合,其冷脆倾向较小,低温冲击值高,综合机械性能良好,可用以制造中小尺寸的高强度零件。
钢板钢种名称介绍
1、中国牌号表示方法：
（1）冷轧无取向硅钢带（片）：表示方法：DW+铁损值（在频率为50HZ，波形为正弦的磁感峰值为1.5T的单位重量铁损值。）的100倍+厚度值的100倍。
如DW470-50表示铁损值为4.7w/kg，厚度为0.5mm的冷轧无取向硅钢，现新型号表示为50W470。
表示方法：DR+铁损值（用50HZ反复磁化和按正弦形变化的磁感应强度最大值为1.5T时的单位重量铁损值）的100倍+厚度值的100倍。如DR510-50表示铁损值为5.1，厚度为0.5mm的热轧硅钢板。
家用电器用热轧硅钢薄板的牌号用JDR+铁损值+厚度值来表示，如JDR540-50。
2、日本牌号表示方法：
铬钢（Cr-Fe-C)
铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C)
锰钢（Mn-Fe-C)
硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)
按小试样正火或铸态组织，分为
珠光体钢பைடு நூலகம்
马氏体钢
铁素体钢
奥氏体钢
莱氏体钢
按用途分类
合金结构钢
合金工具钢
特殊性能钢
普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号
1、日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P（Plate）表示板，T（Tube）表示管，K（Kogu）表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如：SS400——第一个S表示钢（Steel），第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。
3、锅炉用钢板：用小写g在牌号尾表示。其牌号可用屈服点表示，如：Q390g；也可用含碳量或含合金元素来表示，如20g、22Mng、15CrMog、16Mng、19Mng、13MnNiCrMoNbg、12Cr1MoVg等。
钢的结构组织和特性
钢的结构组织和特性一、铁素体（F)碳在α铁（Fe -σ）中的固溶体，呈体立方晶格。
溶碳能力很小，最大为%02.0；硬度和强度很低，HB 12080-，MPa b 250=σ；而塑性和韧性很好，%50=δ，%80%70-=ψ。
因此，含铁素体多的钢材（软钢）可用来制作可压、挤、冲板与耐冲击震动的机件。
这类钢有超低碳钢，如130Cr 、131Cr 、硅钢片等。
二、奥氏体（A)碳在γ铁(Fe -γ)中的固溶体，呈面心立方晶格。
最高溶碳量为%11.2，在一般情况下，具有高的塑性，但强度和硬度低，HB 220170-，奥氏体组织除了在高温转变时产生以外，在常温时亦存在于不锈钢、高铬钢和高锰钢中，如奥氏体不锈钢等。
三、渗碳体（C)铁和碳的化合物(C Fe 3),呈复杂的八面体晶格。
含碳量为%67.6，硬度很高，HRC 7570-，耐磨，但脆性很大，因此，渗碳体不能单独应用，而总是与铁素体混合在一起。
碳在铁中溶解度很小，所以常温下，钢铁组织内大部分的碳都是以渗碳体或其他碳化物形式出现。
四、珠光体（P)铁素体片和渗碳体片交替排列的层状显微组织，是铁素体与渗碳体的机械混合物（共析体）。
是过冷奥氏体进行共析反应的直接产物。
其片层组织的粗细随奥氏体过冷程度不同，过冷程度越大，片层组织越细，性质也不同。
奥氏体约在C ︒600分解成的组织称为细珠光体（有的叫一次索氏体），在C C ︒-︒600500分解转变成用光学显微镜不能分辩的片层状的组织称为极细珠光体（有的叫一次屈氏体），它们的硬度较铁素体和奥氏体高。
正火后的珠光体比退火后的珠光体组织细密，弥散度大，故其力学性能较好，但其片状渗碳体在钢材承受载荷时会引起应力集中，故不如索氏体。
五、萊氏体（L)奥氏体和渗碳体的共晶混合物，铁合金溶液含碳量在%11.2以上时，缓慢冷却到C ︒1130便凝固出高温萊氏体L d ，由渗碳体与奥氏体组成。
当温度到达共析温度，萊氏体中的奥氏体转变为珠光体，此时萊氏体称为低温萊氏体L d '。
锅炉压力容器常用材料
第三节 锅炉压力容器常用材料由于锅炉压力容器的运行状态和安全性，因此对其材料有一定的要求，即：1、足够的强度（即较高的屈服极限和强度极限）以保证其安全性和经济性2、良好的韧性（常温、低温及时效冲击韧性）以保证不发生脆性破坏3、良好的冷热加工性能（包括冷热成型加工、焊接性能）4、良好的低倍组织和表面质量（分层、疏松、非金属夹杂物，气孔应尽可能少，不允许裂纹、白点）5、良好的高温特性（包括蠕变强度、持久强度、高温。
组织稳定性、高温抗氧化性）6、良好的抗腐蚀性（应用于酸碱介质中）7、对冶炼有更高的要求，主要控制S、P含量，含C量。
一、钢的分类和命名按化学成分分：非合金钢、低合金钢、合金钢1、碳钢：（非合金钢）含碳和铁两种基本元素，还存在其他少量元素Mn、Si、S、P、O、N、H等，不是特意加入的而是由于冶炼需要加入Mn铁、Si铁或无法去除的称杂质元素。
按含碳量分：① 低碳钢—含C ≤0.25%② 中碳钢=0.25～0.6%③ 高碳钢＞0.6%按质量分类（按硫、磷杂质含量分）①普通碳素钢 含S≤0.050% 含P≤0.045%②优质碳素钢 含S≤0.035% 含P≤0.035%③高级碳素钢 含S≤0.030% 含P≤0.035%按钢的用途分类：① 碳素结构钢：用于工程结构件、零件，一般为低碳钢也有中碳钢② 碳素工具钢：刀具、量具、模具，一般为高碳钢按脱氧程度分：①沸腾钢—用弱脱氧剂 锰铁脱氧，脱氧不完全，在浇铸钢锭时产生大量的一氧化碳气泡而引起钢液沸腾故称钢沸腾，沸腾钢成材率高、塑性好，但组织不致密，化学成分偏析大，力学性能不均。
用字母F。
因未用Si铁脱氧所以沸腾钢含硅量比较低，在0.03～0.07%。
沸腾钢硅含量不大于0.07%；半镇静钢含硅不大于0.17%；镇静钢硅含量下限制为0.12%（一般在0.3%）②镇静钢：除了在炉中用Si、Mn铁脱氧外还在出钢时在钢桶中用Ａl进一步脱氧，浇注时无ＣＯ气泡产生，锭模内钢液平静故称镇静钢。
马氏体组织形貌及物理本质
• 钢中的马氏体为体心立方（bcc）、体心正方 （bct），在不锈钢和高锰钢中还有密排六方 （hcp）结构。
• 立方马氏体和正方马氏体的碳含量的分界值，在 20世纪60年代定为0.2%。Fe-C马氏体中碳含量 高于0.2%时，晶体结构显示出正方性，变为体心 正方晶格。
• 低碳马氏体(<0.2%)中的碳原子处于柯垂尔气团 偏聚态.,即马氏体中的碳原子全部被位错所吸纳, 故马氏体保持体心立方晶格。
钢中马氏体是层错亚结构
TEM W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构
17
TEM W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构（左上角是Cu-Al
合金马氏体的层错亚结构）
18
4.4.5 超高碳马氏体
Fe-1.9C合金马氏 体
球墨铸铁的淬火马氏体组织
19
4.4.6．钢中马氏体物理本质的复杂性
29
Fe-19Mn的ε-马氏体
30
有色合金马氏体
• （1）. 晶体学特征 • 有色金属合金马氏体晶体结构十分复杂。 • 具有代表性的有色合金马氏体的晶体学特
征列于表4 -4。
31
32
铜合金马氏体的晶体结构
33
B2结构→2H、3R、或9R结构的马氏体
• B2结构形成2H、3R、或9R结构的马氏体，基面
• 如果是高碳钢，马氏体点低，引起孪生所需要的 临界切应力小，则得到孪晶片状马氏体。
• 这些学说难以解释马氏体形貌的演化规律。主要 错误是将金属在外力作用下的滑移、孪生变形应 用于马氏体相变。应当指出：马氏体相变不是在 外力作用下完成的，而是依靠相变驱动力转变的， 马氏体中的位错、孪晶是相变位错、相变孪晶。 非形变位错、形变孪晶。二者不能混淆。
位错马氏体与低碳马氏体型钢-PPT课件
较低的△Kth值和较高的疲劳裂纹扩展 速率da/dN的问题
低碳M本身具有良好的塑性和高的形变强化 指数，表明它具有较高的形变强化能力，通 过预拉形变强化，或者表面滚压强化，以及 喷丸强化，能有效的延长疲劳寿命，可以使 低C马氏体在性能上的这个短处得到弥补
低碳马氏体型结构钢的设计
性能要求： 较高的强度水平，优异的强韧性配合； 较高的疲劳极限； 较高的冲击值，低的韧脆转化温度； 低的缺口敏感度。
工艺 （强韧机制☆）
组织结构☆
实际应用☆
性能 （强韧性☆）
位错马氏体
出现于低、中碳钢，马氏体 时效钢，不锈钢等铁系合金 中； 其亚结构主要为位错，所以 称其为位错马氏体； 一般叫做板条马氏体； 在板条内有时也会存在相变 孪晶，但只是局部的，数量 不多； 与母相奥氏体的晶体学位相 关系是K-S关系，惯习面是 （111）γ
板条状马氏体 ☆
其他马氏体形态 ☆
片状马氏体 ☆
影响M形态及其内部亚结构的因素
1. 化学成分 奥氏体中碳含量的影响最为重要，在碳钢中，当C含量： ※ C<0.3%时，生成板条M，亚结构为位错； ※ C>1.0%时，生成片状M，亚结构为孪晶； ※ C为0.31.0%时，生成混合型组织(片状+板条)。 2. 形成温度 ※ MS点高的A，冷却后形成板条M，亚结构为位错; ※ MS点低的A， 冷却后形成片状M，亚结构为孪晶; ※ MS点不高不低的A，冷却后形成混合型组织(片状+板条 M)，亚结构为位错+孪晶。
组织与成分设计
钢材使用组织的设计构思
以条状位错马氏体为基体组织，在此基体上均匀分布着ε碳化物或θ-碳化物细微粒子，碳化物与基体保持着共格关 系；在组织可容许存在很少量的片状或条状孪晶马氏体； 细小的马氏体条束； 在马氏体条间存在着稳定的奥氏体薄膜，其量为5～10％；
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低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢是一类特殊的钢材，它们通过特定的热处理工艺（如淬火和回火）形成低碳马氏体组织，从而获得良好的力学性能。
这类钢材通常具有高强度、良好的塑性和韧性，以及较低的碳当量，使得它们在焊接性能和冷加工性能方面表现出色。
以下是低碳马氏体结构钢的一些特点和用途。
1.低碳含量：低碳马氏体结构钢的碳含量较低，通常小于0.25%，这有助于减少焊接过程中的碳沉积，提高焊接接头的性能。
2.高强度：通过淬火处理，低碳马氏体结构钢可以获得很高的强度，通常比传统的中碳结构钢强度更高。
3.良好的塑性和韧性：低碳马氏体结构钢在获得高强度的同时，仍然保持良好的塑性和韧性，这使得它们适用于承受较大载荷和动态载荷的结构件。
4.较低的冷脆倾向：由于低碳含量，这类钢材在低温下使用时具有较低的冷脆倾向，适用于寒冷环境。
5.优异的焊接性能：低碳马氏体结构钢的焊接性能良好，焊接接头易于处理，且焊接后的接头强度较高。
6.良好的冷加工性能：这类钢材具有良好的冷加工性能，适用于需要冷变形加工的场合。
7.应用领域：低碳马氏体结构钢广泛应用于建筑结构、桥梁、船舶、车辆、机械制造等领域，特别是在要求高强度和良好焊接性能的结构件中。
8.热处理工艺：低碳马氏体结构钢的热处理工艺通常包括淬火和回火。
淬火温度通常在Ac3以上，以形成马氏体组织，然后通过回火处理以改善塑性和韧性。
在选择和使用低碳马氏体结构钢时，需要根据具体的应用场景和性能要求来选择合适的钢种和热处理工艺，以确保结构的安全和可靠性。