合金钢课件
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5.2.2 合金结构钢
在铁碳结构钢基础上加入合金元素就形成了合金结构钢，合金结构钢用于制造重要工程结构 和机器零件。主要有低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承 钢。 一、低合金高强度结构钢（简称低合金高强钢） 1. 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
5.2.3 合金渗碳钢
1. 用途 主要用于制造汽Baidu Nhomakorabea、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零
件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。
拨叉
2. 性能要求
变速齿轮
(1) 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧
性。
3. 成分特点
(1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳质量分数不超过0.20%； (2) 加入以锰为主的合金元素； (3) 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利 于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 此外，加入少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右 ）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元 素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。
合金结构钢40Cr，平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质量分数在1.5%以下。 合金工具钢5CrMnMo, 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr、Mn、Mo的质量分数均在 1.5%以下。 专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。 如:滚珠轴承钢,在钢号前标以“G”。GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约1.5%(这 是一个特例, 铬质量分数以千分之一为单位的数字表示)的滚珠轴承钢。 Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于1.5%的易切削钢等等。 对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。
5.1.1 碳钢的局限性 碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：
淬透性低 一般情况下，碳钢水淬的最大淬透直径只有10mm～20mm。 强度和屈强比较低 如普通碳钢Q235钢的σs为235 MPa，而低合金结构钢Q345
（16Mn）的σs则为360MPa以上。40钢的σs /σb仅为0.43, 而合金钢35CrNi3Mo的 σs /σb高达0.74。（σs 屈服强度，σb强度极限二者的比值为屈强比。材料的屈 强比越小，构件的可靠性越高，因为万一超载也不至于马上断裂。然而屈强比太小 时，虽然安全性提高了，但对材料的有效利用率降低，并且会使构件笨重、成本加 大。屈强比的大小可以通过合金化、热处理调整）。 回火稳定性差 碳钢在进行调质处理时，为了保证较高的强度需采用较低的回火温度， 这样钢的韧性就偏低；为了保证较好的韧性，采用高的回火温度时强度又偏低，所 以碳钢的综合机械性能水平不高。 不能满足特殊性能的要求 碳钢在抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊 电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。
2. 性能要求
(1) 高强度：一般屈服强度在300 MPa以上； (2) 高韧性：要求延伸率为15%～20%，室温冲击韧性大于600 kJ/m2～800 kJ/m2。对于大型 焊接构件，还要求有较高的断裂韧性； (3) 良好的焊接性能和冷成型性能； (4) 低的冷脆转变温度；(5) 良好的耐蚀性。
4. 常用低合金高强度结构钢
常用低合金高强度结构钢的钢号、成分、性能及用途 Q345（16Mn）是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒 的铁素体—珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀性能高20%～38%。 Q420（15MnVN）中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧 性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。 加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能 也较好，多用于高压锅炉、高压容器等。 5. 热处理 这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般 为铁素体+索氏体。
第五章 合金钢
内容提要： 本章介绍合金钢的分类方法、成份和主要应用。着重介绍各类合金钢的钢号、成 份特点、热处理工艺、组织、性能和应用。
学习目标： 重点掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应
用。一些常用金属材料的牌号要熟记。 5.1 碳钢
随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、 高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求，碳钢已不能完 全满足要求。
5.2 合金钢 一、合金钢的分类
按合金元素含量多少合金钢分为： 低合金钢（合金元素总量低于5%）、中合金钢（合金元 素总量为5%～10%） 、高合金钢（合金元素总量高于10%）；
按所含的主要合金元素合金钢分为：铬钢（Cr-Fe-C) ，铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) ，锰钢（MnFe-C) ，硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)；
(2) 心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易
按小试样正火或铸态组织合金钢分为：珠光体钢 ，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； 5.2.1、合金钢的编号
我国合金钢是按碳质量分数、合金元素的种类和数量以及质量级别来编号的。 在牌号首部用数字标明碳质量分数。为了表明用途，规定结构钢以万分之一为单位的数字 （两位数）、工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数，而工 具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。 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……。
在铁碳结构钢基础上加入合金元素就形成了合金结构钢，合金结构钢用于制造重要工程结构 和机器零件。主要有低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承 钢。 一、低合金高强度结构钢（简称低合金高强钢） 1. 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
5.2.3 合金渗碳钢
1. 用途 主要用于制造汽Baidu Nhomakorabea、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零
件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。
拨叉
2. 性能要求
变速齿轮
(1) 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧
性。
3. 成分特点
(1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳质量分数不超过0.20%； (2) 加入以锰为主的合金元素； (3) 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利 于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 此外，加入少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右 ）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元 素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。
合金结构钢40Cr，平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质量分数在1.5%以下。 合金工具钢5CrMnMo, 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr、Mn、Mo的质量分数均在 1.5%以下。 专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。 如:滚珠轴承钢,在钢号前标以“G”。GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约1.5%(这 是一个特例, 铬质量分数以千分之一为单位的数字表示)的滚珠轴承钢。 Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于1.5%的易切削钢等等。 对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。
5.1.1 碳钢的局限性 碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：
淬透性低 一般情况下，碳钢水淬的最大淬透直径只有10mm～20mm。 强度和屈强比较低 如普通碳钢Q235钢的σs为235 MPa，而低合金结构钢Q345
（16Mn）的σs则为360MPa以上。40钢的σs /σb仅为0.43, 而合金钢35CrNi3Mo的 σs /σb高达0.74。（σs 屈服强度，σb强度极限二者的比值为屈强比。材料的屈 强比越小，构件的可靠性越高，因为万一超载也不至于马上断裂。然而屈强比太小 时，虽然安全性提高了，但对材料的有效利用率降低，并且会使构件笨重、成本加 大。屈强比的大小可以通过合金化、热处理调整）。 回火稳定性差 碳钢在进行调质处理时，为了保证较高的强度需采用较低的回火温度， 这样钢的韧性就偏低；为了保证较好的韧性，采用高的回火温度时强度又偏低，所 以碳钢的综合机械性能水平不高。 不能满足特殊性能的要求 碳钢在抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊 电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。
2. 性能要求
(1) 高强度：一般屈服强度在300 MPa以上； (2) 高韧性：要求延伸率为15%～20%，室温冲击韧性大于600 kJ/m2～800 kJ/m2。对于大型 焊接构件，还要求有较高的断裂韧性； (3) 良好的焊接性能和冷成型性能； (4) 低的冷脆转变温度；(5) 良好的耐蚀性。
4. 常用低合金高强度结构钢
常用低合金高强度结构钢的钢号、成分、性能及用途 Q345（16Mn）是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒 的铁素体—珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀性能高20%～38%。 Q420（15MnVN）中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧 性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。 加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能 也较好，多用于高压锅炉、高压容器等。 5. 热处理 这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般 为铁素体+索氏体。
第五章 合金钢
内容提要： 本章介绍合金钢的分类方法、成份和主要应用。着重介绍各类合金钢的钢号、成 份特点、热处理工艺、组织、性能和应用。
学习目标： 重点掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应
用。一些常用金属材料的牌号要熟记。 5.1 碳钢
随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、 高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求，碳钢已不能完 全满足要求。
5.2 合金钢 一、合金钢的分类
按合金元素含量多少合金钢分为： 低合金钢（合金元素总量低于5%）、中合金钢（合金元 素总量为5%～10%） 、高合金钢（合金元素总量高于10%）；
按所含的主要合金元素合金钢分为：铬钢（Cr-Fe-C) ，铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) ，锰钢（MnFe-C) ，硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)；
(2) 心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易
按小试样正火或铸态组织合金钢分为：珠光体钢 ，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； 5.2.1、合金钢的编号
我国合金钢是按碳质量分数、合金元素的种类和数量以及质量级别来编号的。 在牌号首部用数字标明碳质量分数。为了表明用途，规定结构钢以万分之一为单位的数字 （两位数）、工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数，而工 具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。 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……。