第六章 低合金钢与合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低合金钢的应用
一、低合金高强度结构钢
二、低合金耐候钢
低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、 铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进 一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、 锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。
三、低合金专用钢
1.汽车用低合金钢 它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒
耐磨钢主要应用于巨大压力和强烈冲击载荷作用下工作 的零件，如起重机和拖拉机的履带、挖掘机铲斗的斗齿、碎 石机的颚板、铁路道岔、防弹钢板等。
耐磨钢制成的产品
第六章 低合金钢与合金钢
§6-1 合金元素在钢中的作用
一、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会引 起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢 中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元 素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%， Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时， 则 韧 性 有 下 降 的 趋 势 ; 而 铬 和 镍 在 适 当 范 围 内 (Cr≤2.0% ， Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性 提高，从而提高合金钢的强度和韧性。
一、不锈钢
不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀 性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只 能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如 酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。
常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢 和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、 马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
§6-2 低合金钢与合金钢的分类和牌号
一、低合金钢与合金钢的划分
低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。
二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)普通质量低合金钢 (2)特殊质量低合金钢 (3)优质低合金钢 2.按主要性能及使用特性分类
低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接
等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通 过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。 2.锅炉、压力容器用低合金钢
压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中
压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢 板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧 性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性 破坏。
3.铁道用低合金钢 铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗
钢整体车轮等。 4.矿用低合金钢
矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。
§6-4 合金结构钢
合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制 造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。
一、合金渗碳钢
合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后， 便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨 性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。
活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来 的。
塑料制品与塑料模具
三、合金量具钢
量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样 板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、 高的尺寸稳定性和足够的韧性。
量规和样板
§6-6 特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
与碳素钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比相同 含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同 的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内 应力，使其韧性更好。
高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和 高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬 性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。
常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍 和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬 透性。
五、提高钢的回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏 体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长 大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下 降较慢。
四、滚动轴承钢
滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈 及滚动体。
滚动轴承及构件
§6-5 合金工具钢
合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和 合金量具钢。
一、合金刃具钢
合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金 属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高 热硬性及足够的强度和韧性等。
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
合金渗碳钢的应用
二、合金调质钢
合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良 好的综合力学性能的重要结构件。
三、合金弹簧钢
合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过 高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主 要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作 用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元 素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必 须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性， 不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
三、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。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
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形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
二、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的
强度，能较好地适应高温条件的特殊性能钢。钢的耐热性 包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。在高温下具有抗 高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢;在高温下仍具有足够 力学性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的 总称。
三、耐磨钢
耐磨钢指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化 的高锰钢。
二、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倾向于形
成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高， 但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。当钢中的特殊碳化物呈弥 散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降 低其韧性。
四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
合金刃具钢的应用
wenku.baidu.com
1. 低合金刃具钢
2. 高速钢 高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的
合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、 铬、钒、钼等强碳化物形成元素。
高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣 刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣 刀、拉刀等)。
一、低合金高强度结构钢
二、低合金耐候钢
低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、 铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进 一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、 锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。
三、低合金专用钢
1.汽车用低合金钢 它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒
耐磨钢主要应用于巨大压力和强烈冲击载荷作用下工作 的零件，如起重机和拖拉机的履带、挖掘机铲斗的斗齿、碎 石机的颚板、铁路道岔、防弹钢板等。
耐磨钢制成的产品
第六章 低合金钢与合金钢
§6-1 合金元素在钢中的作用
一、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会引 起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢 中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元 素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%， Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时， 则 韧 性 有 下 降 的 趋 势 ; 而 铬 和 镍 在 适 当 范 围 内 (Cr≤2.0% ， Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性 提高，从而提高合金钢的强度和韧性。
一、不锈钢
不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀 性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只 能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如 酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。
常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢 和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、 马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
§6-2 低合金钢与合金钢的分类和牌号
一、低合金钢与合金钢的划分
低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。
二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)普通质量低合金钢 (2)特殊质量低合金钢 (3)优质低合金钢 2.按主要性能及使用特性分类
低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接
等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通 过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。 2.锅炉、压力容器用低合金钢
压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中
压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢 板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧 性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性 破坏。
3.铁道用低合金钢 铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗
钢整体车轮等。 4.矿用低合金钢
矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。
§6-4 合金结构钢
合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制 造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。
一、合金渗碳钢
合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后， 便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨 性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。
活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来 的。
塑料制品与塑料模具
三、合金量具钢
量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样 板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、 高的尺寸稳定性和足够的韧性。
量规和样板
§6-6 特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
与碳素钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比相同 含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同 的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内 应力，使其韧性更好。
高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和 高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬 性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。
常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍 和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬 透性。
五、提高钢的回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏 体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长 大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下 降较慢。
四、滚动轴承钢
滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈 及滚动体。
滚动轴承及构件
§6-5 合金工具钢
合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和 合金量具钢。
一、合金刃具钢
合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金 属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高 热硬性及足够的强度和韧性等。
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
合金渗碳钢的应用
二、合金调质钢
合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良 好的综合力学性能的重要结构件。
三、合金弹簧钢
合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过 高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主 要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作 用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元 素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必 须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性， 不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
三、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。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
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形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
二、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的
强度，能较好地适应高温条件的特殊性能钢。钢的耐热性 包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。在高温下具有抗 高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢;在高温下仍具有足够 力学性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的 总称。
三、耐磨钢
耐磨钢指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化 的高锰钢。
二、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倾向于形
成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高， 但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。当钢中的特殊碳化物呈弥 散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降 低其韧性。
四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
合金刃具钢的应用
wenku.baidu.com
1. 低合金刃具钢
2. 高速钢 高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的
合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、 铬、钒、钼等强碳化物形成元素。
高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣 刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣 刀、拉刀等)。