最新工程材料学笔记整理

第一章钢的合金化概论

钢类钢号举例表示方法及说明

合金结构钢40Cr

20CrMnTi

18Cr2Ni4W

38CrMoAlA

40CrNiMo

碳的质量分数一般用万分之几表示，列于钢号开头。主要合

金元素一般用百分之十几表示，当平均质量分数<1.5%，一

般只标出元素符号

低合金结构钢和耐候钢Q345A

Q500C

16Mn

低合金高强度结构钢，钢号按照国际标准用屈服强度命名

Q+屈服强度，八个强度等级，三或五个质量等级。专业用

低合金高强钢：钢号加后缀，16MnL、Q235R、16Mnq(Q345q)

滚动轴承钢GCr15

GCr15SiMn

G20CrMo

高碳铬轴承钢：钢号冠G，含碳量不标出，Cr平均质量分数

千分之几；渗碳轴承钢：与合金结构钢类似，但也冠G;高

碳铬不锈钢和高温轴承钢：钢号不冠G，其他与不锈钢耐热

钢表示方法相同

合金工具钢和高速钢9SiCr

5CrW2Si

Cr12MoV

9Mn2V

5Cr06NiMo

3Cr2W8V

W18Cr4V

W6Mo5Cr4V2

平均含碳量>=1.0%不标，<1.0%用千分之几表示。低铬合金

工具钢中Cr含量用千分之几表示，并在表示含量的数字前

加0.塑料模具冠SM；

高速钢不标碳含量合金元素含量百分之几表示

1.工程结构钢包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。碳素结构钢分为Q195，Q215，Q235,Q275(最低强度)四个等级。低合金高强度结构钢最低屈服强度为345MPa

2.低合金高强度结构钢按用途可分为结构钢，耐腐蚀钢，低温用钢，耐磨钢，钢筋钢，钢轨刚及其他专业用钢

3.工程机构钢以工艺性能为主，力学性能为辅，主要性能要求如下

①足够的强度和韧度

②良好的焊接性和成型工艺性

③良好的耐腐蚀性

4.合金元素通过固溶强化，析出弥散强化，细化晶粒强化和增加珠光体含量这四种强化机制提高这类钢的强度

5.所谓优良的焊接性是指焊接工艺简单，焊缝与母材结合牢固强度不低于母材，焊缝热影响区保持足够的强度和韧性，没有裂纹及各种缺陷

6.少量Cu可以非常有效的提高钢耐大气腐蚀的能力。

7.低合金高强钢合金元素强化方法：固溶强化、细晶强化、沉淀强化

7.

第三章机械制造结构钢

1.机械零件要求有良好的服役性能，如具有足够高的强度，塑形，韧度，疲劳强度，耐磨性等

2.根据热处理强化工艺特点分为整体强化态钢和表面强化态钢。根据钢的生产工艺和用途可分为调

质钢，非调质钢，低碳马氏体钢，超高强度结构钢，渗碳钢氮化钢，弹簧钢，轴承钢等

3.机械制造结构钢主要性能

①具有良好的冷热加工工艺性

②具有良好的力学性能

4.机械零件用钢的合金化元素主要有Cr,Mn,Si,Ni,Mo,W,V,B等或是单独加入，或是复合加入。其中，主加元素为Cr,Mn,Si,Ni。主加元素的作用主要是提高钢的淬透性和力学性能。辅加元素有Mo,W,V,B，能降低钢的过热敏感性，消除钢的回火脆性，进一步提高淬透性等作用，但含量一般都不高

5.一般机械零件的主要失效形式是变形和断裂

6.整体强化态钢均承受拉，压，扭等交变应力，大部分是整体受力。其主要失效形式是疲劳破坏，主要性能指标为δ，抗拉强度，冲击吸收能量KV（KU），断裂韧度等。总体上要求具有良好的综合力学性能。这些钢主要制造轴，杆，轴承类零件，如连杆，螺栓，主轴，半轴等。这类钢主要有调质钢，弹簧钢，轴承钢，低碳马氏体钢，超高强度钢等。

7.调质钢：

结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高强韧性，适用于这种热处理的钢称为调质钢。

调质钢含碳量一般是中碳，调质钢按淬透性分级：低淬透性钢，中淬透性钢、高淬透性钢。

调质钢中合金元素作用:

Mn：↑↑淬透性，易使钢有过热倾向，回火脆性倾向

Cr：提高淬透性、提高回火稳定性，有回火脆性倾向

Ni：非碳化物形成元素，↑韧度

Ni-Cr复合加入：提高淬透性作用很大，也有回火脆性

Mo：进一步提高淬透性，↑回火稳定性，细化晶粒，有效消除回火脆性倾向

V：碳化物形成元素，细化晶粒，溶入奥氏体会提高淬透性，降低过热敏感性

复合热处理综合强化也得到了许多应用，即热处理强化，表面处理及形变强化结合起来。

8.弹簧钢

1.弹簧的主要作用是储能减震，它一般是在动负荷下工作，即在冲击，振动或长期均匀的周期改变应力的条件下工作。它起到缓和冲击力，使与它配合的零部件不受到冲击而早期破坏

2.要求弹簧钢具有高的弹性极限以及弹性减退抗力好，较高的屈强比，高的疲劳强度和足够的塑性和韧度。对淬火强化处理的弹簧钢还应有做够的淬透性，较好的冶金质量和组织均匀性，要求严格控制材料内部缺陷。

3.常用弹簧材料是碳素钢和低合金弹簧钢。碳素钢含碳量在0.60％-1.05％，高碳，低合金弹簧钢0.40％-0.74％.常加入Si，Mn，Cr，V等合金元素。Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高弹性极限，V提高淬透性和细化晶粒

4.弹簧在热成型后，进行淬火及回火强化处理

5.弹簧钢常用热处理工艺是淬火和中温回火，得到回火托氏体

9.滚动轴承钢

1.在各种载荷作用下，运行一段时间后将产生解除疲劳破坏，即在轴承套圈和滚体表面出现小块剥落，形成麻点，使噪声和振动增大，磨损加剧，工作温度不断上升，最后导致轴承破坏失效

2.轴承钢性能要求

1.高而均匀的硬度和耐磨性

2.高的接触疲劳强度

3.高的弹性极限和一定的韧度

4.尺寸稳定性好

5.一定的耐蚀性

6.良好的冷热加工工艺性

3.对轴承钢的质量要求是纯净和组织均匀

4.非金属夹杂物根据化学成分主要有氧化物，硫化物，硅酸盐三种

5.轴承钢球化退火的主要目的是为最终淬火处理做好组织准备