工业用钢铁材料 Iron & Alloyed Steel

（4） 细化碳化物 ——过共析钢：Mn，Cr，V
（5） 控制非金属夹杂和杂质元素
教程首页 本章首页 上一页
Engineering Materials
MAT,SWJTU
下一页
结束放映
钢的合金化主要目的及作用：
（一）首要目的－提高淬透性：影响Ｃ曲线右移和改变形状， 保证淬火时容易获得马氏体。为进一步强韧化提供保障。 （二）第二目的－提高钢的回火稳定性：使钢回火析出的碳
2、对过冷A转变的影响
①位置：
非碳化合物（Al,Ni,Cu,Si）：不改 变形状 碳化物(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)： 分离成上下两个C曲线：
②形状
③Ｍ转变临界温度
P区 Ｂ区
（1）提高淬透性：除Co以外的固溶于A中 合金元素。常用：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、 B （2）Ms、Mf温度下降（残余A增加）： 除Co、Al以外： Mn、Cr、Ni、Mo、W、 Si 强 弱 （3）影响M形态：Ni、Cr、Mn、Mo、Co 增大片状M形成倾向
A3
C3 —— —— A4
Q235A
Q235B Q235C Q235D Q255A
——
—— 用于重要焊接结构 用于重要焊接结构 ——
强度较高，塑性 好。用于承受载 荷较大的结构， 也可制作转轴、 心轴、拉杆、螺 栓、螺母
强度更高。可制 作链、销、转轴、 轧辊、主轴等中 等载荷零件
C4
C5
Q255B
Q275
合金元素对钢的热处理的影响。
一)合金元素与铁和碳的作用
1.溶于基体中形成合金F 或合金A 。
Me在钢中的存在方式
2.与碳作用形成合金碳化物 (Fe,Cr)3C。溶于渗碳体！ 3.单独形成特殊碳化物
第六章 工业用钢铁材料
二)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
（1）影响A和F存在的范围
（a）扩大γ相区元素（奥氏
例如
Q235A﹒F表示屈服强度为235MPa的质量等级为A级的沸腾钢。
教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
Engineering Materials
MAT,SWJTU
第六章 工业用钢铁材料
碳素结构钢新旧牌号对照和用途
GB700－79牌号 1号钢（A1、B1） A2 C2 GB700－88牌号 Q195 Q215A Q215B 备 注 应 用 Q195的化学成分与 B1同，力学性能与 A1同 —— —— 塑性好，有一定 强度。用于承受 载荷不大的桥梁 构件，也作铆钉、 冲压件、焊接件
Engineering Materials MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
第六章 工业用钢铁材料
二、碳钢的分类
1．碳含量 ：低碳钢C%< 0.25% 、中碳钢0.25<C%<0.6%、高碳钢C>0.6% 2．质量 （S、P杂质含量）： 普碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 3．按用途 ：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢
第六章 工业用钢铁材料
2．钢的强化
（1）热处理（淬火＋回火）——综合利用四种强化手段
固溶强化：过饱和C和Me，
①淬火形成Ｍ： 位错强化：高密度位错
细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束
+
第二相强化：析出细小碳化物粒子
②回火
基本保持了淬火态的细小晶粒、高密度位错及
一定的固溶强化作用。
Engine源自文库ring Materials
体稳定化元素） A4，A3
Mn,Ni,Co作用最强，使α相
消失， γ相扩大至室温。
Co, C, N, Cu作用次之。 Notes: 除Mn外均为非碳化 合物形成元素，而Mn的碳 化物稳定性也是最差的！
Engineering Materials
A、扩大γ区并与γ -Fe无限互 B、部分扩大γ区的Fe-Me相图 溶的Fe-Me相图（Me=Mn、 （Me=C、N、Cu) Ni、Co)室温下形成单相A
4．铸钢
“ ZG”加平均碳含量万分数表示，如：ZG25 （ 0.25%C）， ZG45 （0.45%C） 形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。
Engineering Materials MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
6.2 合金钢(Alloyed Steel)
化物更细小，均匀和稳定；并使马氏体的微细晶粒及高密
度错保持较高的温度。 （三）其它：有的合金能产生二次硬化、良好的高温性能、 耐腐蚀性能等。
第六章 工业用钢铁材料
（二）合金元素对钢的工艺性能的影响 （1）铸造性能：Cr、Mo、V、Ti、Al使之恶化 （2）塑性加工性能： 热加工： Cr、Mo、W热塑性下降 合金钢加热冷却需缓慢 冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率， Si、Ni、Cr、Cu降低深冲性能 Nb、Ti、Zr（改善硫化物形态）提高冲压性能 （3）焊接性能：C%越高，合金元素多降低焊接性能 少量 V、Ti可提高焊接性能 （4）切削性能（HB170-230）：一般合金钢比碳钢难切削 易切削钢：S(0.08-0.30%)、P(0.08-0.15%)、 Pb(0.10-0.30%) （5）热处理性能：淬透性（高）、变形与开裂倾向（大）、过热 敏感性（P、Mn、Si大）、回火脆化倾向（ P主导、Mn、Cr、Ni 协同）、氧化脱碳倾向（Si大，Ni、Mo次之）
主要还是以固溶形式存在！
教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
MAT,SWJTU
Mn 元素对奥氏体区的影响
第六章 工业用钢铁材料
（b）缩小γ 相区元素
（F稳定化元素）A3 ，A4
Me对铁碳相图的影响
Cr,Mo,W,V,Ti,Al,Si作用强，可使γ相区完全封闭。 Notes: 除Al、Si外均为
（2）影响A晶粒长大
（a）强烈阻碍：V、Ti、Nb、Zr(生成特殊碳化物：高熔点、颗粒、弥散间
隙)
（b）中等阻碍：W、Mo、Cr
（c）影响不大：Si、Ni、Cu （d）促进长大：Mn（只在高温下和碳结合）、P、B
Engineering Materials MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
三、碳钢的牌号及作用
1．普通碳素结构钢
碳素结构钢分为五类20种，其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于 16mm的钢的屈服强度数值进行划分，然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细分。 其牌号中符号的意义如下： Q——代表钢的屈服点字母。 A、B、C、D——反映碳素结构钢中有害元素（S、P）含量多少的质量 等级符号，按字母顺序，等级高含S、P量下降。 F、b、Z、TZ——表示脱氧方法的符号。其中 F——沸腾钢、b——半镇静钢、Z——镇静钢、TZ——特殊镇静钢。
Me对铁碳相图的影响
第六章 工业用钢铁材料
（2）使S、E点大大左移
Why:3Cr2W8V
热模具钢
0.3%C 却属过共析钢？
W18Cr4V 高速钢 铸态下
合金元素对 S 点成分的影响
（<1.0%C） 出现莱氏体组织？
合金元素对 S 点成分的影响
Engineering Materials MAT,SWJTU
3、对回火转变的影响
（1）提高回火稳定性：V、Si、Mo、
W、Ni、Mn、Co
（2）产生二次硬化：A‟ M‟：Mn、 Mo、W、Cr、V 、 (Ni、Co协同） 沉淀硬化：V、Mo、W、Cr、(Ni、 Co协同） （3）影响回火脆性（第二类回火脆 性——450-600oC高温，与P有关）：
（a）增大第二类回火脆性：Mn、Cr、
第六章 工业用钢铁材料
一、合金钢的编号
1．合金结构钢
C%=0.4%
注 （1）、合金含量用（百分数）表示,如20Cr3MoWVA, 其中C%=0.2%, （2）、Cr%=3%, Mo,W,V<1.5%. （3）、合金含量小于1.5%不标 （4）、 A：表示高级优质 碳含量用万分数（两位）C％ 如40Cr，
B,Nb,Zr作用次之。
与a-Fe无限互溶
强碳化合物形成元素！
与a-Fe有限互溶
D、缩小并封闭γ区，与a-Fe无 限互溶的Fe-Me相图
Engineering Materials MAT,SWJTU
C、缩小并封闭γ区，与a-Fe有 限互溶的Fe-Me相图
教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
Cr 元素对奥氏体区的影响
Engineering Materials
MAT,SWJTU
教程首页 本章首页 上一页
下一页
结束放映
第六章 工业用钢铁材料
3．碳素工具钢
0.65------1.35C%， 用以制作刃具、量具、模具
钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。 如：T10A （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）, T9 （0.9%C） , T12 （ 1.2%C,） T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 T9、T10、T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、 丝锥、手锯及冷作模具。 T12，T13， 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、 量规。
MAT,SWJTU
教程首页 本章首页 上一页
下一页
结束放映
第六章 工业用钢铁材料
（二）合金元素对钢的韧性的影响
提高韧性的途径
（1） 细化晶粒 Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻碍A 长大→细化晶粒。 （2） 改善基体韧性 Ni，Mn可以降低Tc→韧性提高 （3） 提高回火稳定性——同等硬度可提高回火温度
2．合金工具钢，特殊性能钢
注
（1）、碳含量大于1.0%时，不标注其含量。 （2）、碳含量小于1.0%时，用千分数表示， 如5CrMnMo，C％=0.5%
教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
Engineering Materials
MAT,SWJTU
二、合金元素对钢的组织和性能的影响
合金元素与铁和碳的作用。 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。
第六章 工业用钢铁材料
第六章 工业用钢铁材料
不锈钢带
Engineering Materials
MAT,SWJTU
教程首页 本章首页 上一页
下一页
结束放映
第六章 工业用钢铁材料
6.1 碳钢
一、碳钢中的杂质 1．锰 ——有益；0.25--0.80% a. 脱氧剂： 降低FeO→↓脆性， b. 脱硫剂： Mn+S→MnS(降低S的有害作 用) ↑热加工性能 c.固溶强化，使性能更优。 2．Si ——有益 a. 脱氧→↓脆性 b. 固溶强化 3．磷 ——有害 Fe3P 室温下<100℃，脆性大→ Engineering Materials
——
不分等级，化学成 分和力学性能均需 保证
Engineering Materials
MAT,SWJTU
教程首页 本章首页 上一页
下一页
结束放映
第六章 工业用钢铁材料
2．优质碳素结构钢 钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如： 08F （F表沸腾钢），20A（后有“A”表高级优质 钢） ，45，15Mn （表含Mn量高） 。 制作各种机器零件，一般进行热处理。 08F 塑性好，冷冲压件 10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 35，45，40，50 齿轮、轴类 60，65 弹簧
Engineering Materials
MAT,SWJTU
教程首页 本章首页 上一页
下一页
结束放映
第六章 工业用钢铁材料
b. 细晶强化 Nb，V，Al，Ti
晶界→阻碍位错运动→强化
c. 位错强化 位错→增殖并相互作用 →阻碍位错运动→强化 d. 第二相强化 第二相粒子→阻碍位错运动→强化。
Engineering Materials MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
合金元素对A1线的影响
教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
第六章 工业用钢铁材料
三、合金元素对热处理的影响
1、对加热转变Ａ的影响
（1）影响A形成速度
a.碳化物稳定性 b.阻碍C在相中的扩散
（a）(Cr,Mo,W,V)碳化物形成元素，推迟A转变；
（b）非碳化物形成元素：Co、Ni加快A形成；Al、Si、Mn影响不大
冷脆
MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
第六章 工业用钢铁材料
4．硫 —— 有害 985℃时， 热脆 产生的共晶体（Fe+FeS）→ 加入Mn→MnS（除硫）
5． O、N、H O —— ↓机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N —— 产生兰脆，有害元素 若钢中存在Al、V、Ti↑→兰脆消失→强度， 硬度提高 H —— 氢脆、白点，有害元素
Ni （b）消除第二类回火脆性：
Mo(0.5%)、W(1%)
Engineering Materials MAT,SWJTU 教程首页 本章首页 上一页 下一页 结束放映
防止第二类回火脆性的产生的方法:
在500～600 ℃快速冷却。
加入合金元素W、Mo。
四、合金元素对钢的性能的影响
1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作用。
Si、Mn、Cr、Ni、B。
2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高钢的性能,
弥补主加元素的不足与缺陷。
W、Mo、V、Ti、Nb。
第六章 工业用钢铁材料
（一）合金元素对钢的强度的影响
1．钢的强化机制 a. 固溶强化
溶质原子→晶格畸度→与位错相互作用 →阻碍位错运动→强化。
Mn，Si是主要强化 元素
碳、硼等溶质原子对 a－Fe强度的影响