【力学性能及工程材料】第七章 合金钢

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柴油机曲轴
20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线
三.碳素调质钢及合金调质钢 ( carbon hardened – tempered steel and alloy hardened – tempered steel )
1.对调质钢的性能要求: 既强又韧
2.对调质钢的含碳量的要求: 中碳
1.对弹簧钢的性能要求: 高的σe、高的σs/ σb、高的σ-1、 良好的韧性。 2.对弹簧钢含碳量的要求: 中、高碳。 3.热成型弹簧钢的热处理特点: 淬火 + 中温回火( 450~550℃ )
碳素弹簧钢
合金弹簧钢
化 Wc = 0.6~0.9 % Wc = 0.5~0.7 % 学 合金元素: Si、Mn、 成 Cr、V、W、Mo等。 分 热 处 理 后 的 组 织
普通低合金钢 合金渗碳钢
合金调质钢
弹簧钢
滚动轴承钢
易切削钢
一.普通低合金钢 ( common low – alloyed steel )
1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素: Mn 1.8 %以内。
辅加合金元素:V、Ti、Nb、B。
一.普通低合金钢
2.牌号: Q 345 C
1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧 2.对渗碳钢的含碳量的要求: 低碳 3.渗碳钢的热处理特点: 渗碳 淬火 + 低温回火(180~200℃)
碳素渗碳钢
化 Wc ≤ 0.25 % 学 成 分 热 处 表层:M回+Fe3C+A残 理 后 心部:F+P 的 组 织
合金渗碳钢
Wc = 0.15~0.25 % 合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、Mo、 Ti等。 表层:M回+Cm+A残
汽车板簧
热卷大弹簧
弹簧丝 大型热卷弹簧
五.滚动轴承钢 ( bearing steel )
1.性能要求: 高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 高的纯净度;
滚珠轴承
滚针轴承
滚柱轴承
五.滚动轴承钢 ( bearing steel )
2.化学成分特点:
高碳, Wc = 0.9~1.1%。 主加Cr, 0.4~1.65 % 辅加Si、Mn。 优质钢材。
锻造 球化退火 机加工
淬火 + 冷处理 ( – 60 ~ – 80℃;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定
化处理 ( 120 ~ 130℃;5 ~ 10h )
六.易切削钢( fee – cutting steel )
1.用途: 适用于高速切削和在自动加工机 床上加工的材料。 2.性能要求: 降低切削力和切削热,减少 刀具磨损,延长刀具寿命,改 排屑性能,提高切削速度。 3.化学成分特点: S:Ws = 0.08~0.3% Pb:WPb=0.15~0.25% Ca:微量
板牙
2.高速钢 ( high – speed steel )
高速钢 --- 锋钢、风钢 ; 18 – 4 – 1 钢 (1) 性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红 硬性(600℃时,HRC63以上) 、 有一定的强度和韧性。
车刀
铣刀
钻头
(2) 化学成分特点: 高碳 0.7~1.5%: 保证高硬度 钨 18%: 退火状态下形成M6C碳化物, 在560℃左右回火时, 弥散析 出W2C, 造成二次硬化, 提高 钢的红硬性。 钼 5%: 1%Mo的作用等同于2%W。 铬 4%: 形成Cr23C6碳化物;提高钢的 淬透性。 钒1.5%: 形成VC, 硬度极高, 提高钢的 硬度和耐磨性, 产生二次硬化。
9 Si Cr W18 Cr4 V 合金元素及含量
千分之几的含碳量
1.低合金刃具钢
1.性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一 定的红硬性、强度和韧性, 工作温度不超过300℃。
2.化学成分特点: *高碳 *加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。
3.热处理特点: 球化退火 淬火 Βιβλιοθήκη Baidu 低温回火
9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线
扩大奥氏体区
缩小奥氏体区
改变共晶点和共析点的参数
1.扩大奥氏体区的合金元素
Mn、Ni、Co等元素。
作用: 使A3线温度下降, A4线温度上升。
Mn 元素对奥氏体区的影响
2.缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。 作用: 使A3线温度上升, A4线温度下降。
Cr 元素对奥氏体区的影响
(3) W18Cr4V钢的生产工艺及 热处理特点
铸造 锻造 球化退火 机加工 磨削加工
淬火+三次570℃回火
铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织 中含有大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物M6C,钢的韧性大 幅下降。
W18Cr4V钢的铸态组织
W18Cr4V铸造组织
130
W18Cr4V钢的铸态组织
T回 T回 制造尺寸在Φ20~25 mm左右的弹簧。
制造尺寸小于 Φ8~15mm的 小型弹簧。
4.合金弹簧钢的牌号
65 65 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn Mo V Nb
5.冷成形弹簧生产工艺特点
用于生产尺寸小于Φ8~15mm的小型 弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方 法有: T组织冷成型+200~300℃去应力 退火。60、75、85、65 Mn。 T回组织冷成型+去应力退火。 退火组织冷成型+淬火+中温回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。
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。
二.合金元素在钢中的作用
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。
第二节 合金结构钢 ( Alloy Constructional Steel )
3.改变共晶点和 共析点参数的元素
几乎所有的合金元素。 作用: 使S点和E点的成分向左移。 使A1线的温度变化。
合金元素对A1线的影响
三)合金元素对钢的热处理的影响
加热时对奥氏体形成的影响
对过冷奥氏体转变的影响
对回火转变的影响
1.合金元素对加热时 奥氏体形成的影响
除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
心部: S回
4.合金调质钢的牌号 38 Cr Mo Al A
5.典型合金调质钢种介绍
低淬透性调质钢 钢含合金元素总量<3 %。 圆 锥 40Cr、40MnB等。 齿 轮 中淬透性调质钢 钢含合金元素总量在4 % 左右。 38 CrSi、35 CrMo 等。 常用于制造较小的齿轮、 轴、螺栓等零件。
合金刃具钢 ( alloy cutting steel ) 合金模具钢 ( alloy die steel ) 合金量具钢( alloy measuring steel )
刃 具
量 具


一.碳素刃具钢 ( carbon cutting steel ) 1.性能要求: 高硬度、高耐磨性,有一 定的强度和韧性。 2.化学成分特点: 高碳。 3.热处理特点: 淬火 + 低温回火
活塞销( 20Cr )
中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件,如变速箱齿轮。
柴油机凸轮轴
5.典型合金渗碳钢种介绍
高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 %~ 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件,如柴油机曲轴。
柴油机凸轮轴
5.典型合金调质钢种介绍
高淬透性调质钢 钢含合金元素总量在4 %~ 10 %。
制造大截面重载荷零件,如 曲轴等用高淬透性的零件等 。 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、 25 Cr2 Ni4 W A等。
40Cr钢制造连杆螺栓的 热处理工艺曲线
四.碳素弹簧钢及合金弹簧钢 ( carbon spring steel and alloy spring steel )
五.滚动轴承钢 ( bearing steel )
3.热处理特点: 球化退火+ 淬火+ 低温回火
极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体
4.滚动轴承钢的牌号
G Cr9 Si Mn
含Mn量WMn≤1.5 % 含Si量WSi≤1.5 %
含Cr量WCr ≈ 0.9 %
滚动轴承钢
5.铬轴承钢制造轴承的工艺路线
第七章 合金钢( Alloyed Steel )
合金钢的基础知识 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
第一节 合金钢的基础知识
一.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。 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
W18Cr4V铸态组织
420
锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依 靠反复多次锻打来击碎。
4.组织: M回 + Fe3C + A残
一.碳素刃具钢 ( carbon cutting steel ) 5.用途:用于低速、低温(<200℃)、 低冲击、硬度在HRC62左右的 锉刀 刃具。
手 锤
二.合金刃具钢( alloy cutting steel )
种类 : 低合金刃具钢 ; 高速钢。 牌号 :
心部:低碳M回 +F
4.合金渗碳钢的牌号
20 Mn2 Ti A 等级:高级优质
含钛量WTi≤1.5 %
含锰量WMn 2 % 含碳量WC 20 %00
5.典型合金渗碳钢种介绍
低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量<3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件,如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。
强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。
2.合金元素对 过冷奥氏体转变的影响
除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。 提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。
质量等级 345 MPa 屈服强度
一.普通低合金钢
Q345钢(16Mn)综合性能好,
用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。
Q390钢含V、Ti、Nb,强度
万吨远洋轮 南京长江大桥
高,用于中等压力的容器。
Q460钢含Mo、B,正火组织
压力容器
为B,强度高,用于石化中温 高压容器。
二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢 ( carbon case-hardened steel and alloy case-hardened steel )
3.调质钢的热处理特点:
淬火 + 高温回火( 500~650℃ )
碳素调质钢
合金调质钢
化 Wc = 0.25~0.6 % Wc = 0.25~0.5 % 学 合金元素: Cr、Mn、 成 Ni、B、Si、V、 分 W、Mo、Ti等。 热 处 理 后 的 组 织 表层: S回 表层: S回
心部: P + F
3.合金元素对回火转变的影响
回火抗力的增加 ( temper resistance ) 二次硬化的产生 ( secondary hardening ) 产生回火脆性 ( temper brittleness )
W、Mo、V 等碳化物在550℃时,使钢 达到最高硬度, 产生二次硬化。
Cr-Ni 钢的回火脆性示意图
4.易切削钢的牌号
Y 40 Mn 含锰量WMn ≤ 1.5 % 含碳量WC 0.4 % 易切削钢
5.易切削钢的热处理工艺特点
低碳易切削钢 ( Y12、Y15、Y20 ) 渗碳或淬火成低碳马氏体。
中碳易切削钢 ( Y40 ) 调质及表面淬火。
第三节 合金工具钢 ( Alloy tool steel )
1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。 2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。 3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。
1.溶于基体中形成合金F或合金A
1.溶于基体中形成合金F或合金A
3.单独形成特殊碳化物
熔点、硬度、耐磨性最高。 稳定性最高。 TiC、NbC、VC。
二)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
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