第七章合金鋼

1、第七章 合金鋼（P114）w 碳素鋼：生產(chǎn)簡單，價(jià)格低廉，種類齊全，但碳素鋼的強(qiáng)度較低，淬透性差，熱硬性、耐磨、耐蝕、耐熱性差。w 合金鋼：為了改善碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊物理、化學(xué)性能，有選擇地加入一些合金元素，這類鋼稱為合金鋼。第七章 合金鋼（P114）第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用 第二節(jié) 合金鋼的分類與編號(hào)第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼 第四節(jié) 合金工具鋼 第五節(jié) 特殊性能鋼第六節(jié) 硬質(zhì)合金簡介 第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用（P114）一、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響二、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響一、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響（P114）w 鐵素體和滲碳體是鋼

2、中的兩個(gè)基本相。w 合金元素溶入鐵素體形成合金鐵素體，產(chǎn)生固合金鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化溶強(qiáng)化效果，但這個(gè)效果是極為有限的。w 形成合金滲碳體和合金碳化物合金滲碳體和合金碳化物，主要以第二相強(qiáng)化的方式來提高材料的力學(xué)性能，特別是一些高熔點(diǎn)、高硬度的碳化物（如VC、Ti）將對(duì)鋼的性能產(chǎn)生重要的影響。二、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響（P115）1 1、合金元素對(duì)、合金元素對(duì)A A相區(qū)的影響相區(qū)的影響：1）擴(kuò)大A相區(qū)（Mn、Ni、Co）；2）縮小A相區(qū)（Cr、V、Mo、Si)；3）正是這個(gè)原因我們可以生產(chǎn)奧氏體鋼和鐵素體鋼；2 2、合金元素對(duì)合金元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響：凡是擴(kuò)大A相區(qū)的元素均使S、

3、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)；凡是縮小A相區(qū)的元素均使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)。二、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響（P115）圖73 合金元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響a）Cr對(duì)S、E點(diǎn)的影響b）Mn對(duì)S、E點(diǎn)的影響三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響（P116）1 1、對(duì)奧氏體化的影響、對(duì)奧氏體化的影響大多數(shù)合金元素（鎳、鈷除外）都減緩?qiáng)W氏體化過程。所以在熱處理時(shí)就需要比碳鋼更高的加熱溫度和更長的保溫時(shí)間。碳化物不宜分解。2 2、對(duì)奧氏體晶粒大小的影響、對(duì)奧氏體晶粒大小的影響大多數(shù)合金元素有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。但錳和硼卻相反，可以促進(jìn)奧氏體晶粒長大，所以，除錳鋼外，合金鋼在加熱時(shí)不易過熱。這樣有利于在淬火后獲得細(xì)馬氏體；

4、也有利于適當(dāng)提高加熱溫度，使奧氏體中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高鋼的力學(xué)性能。 三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響（P116）3 3、合金元素對(duì)過奧氏體轉(zhuǎn)變的影響、合金元素對(duì)過奧氏體轉(zhuǎn)變的影響除鈷外，所有合金元素都使C曲線右移，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性（如圖7-4）。有些合金元素還使C曲線的形狀發(fā)生改變。另外，大多數(shù)合金元素還使Ms點(diǎn)下降。第二節(jié) 合金鋼的分類與編號(hào)一、合金鋼分類（P117）1 1、按合金元素的含量分、按合金元素的含量分 1）低合金鋼 合金元素總含量小于等于5%； 2）中合金鋼 合金元素總含量在5%10%之間； 3）高合金鋼 合金元素總含量大于等于10%；2、按合金

5、元素的種類分、按合金元素的種類分 有鉻鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、硅錳鉬釩鋼等。 第二節(jié) 合金鋼的分類與編號(hào)一、合金鋼分類（P117）3 3、按主要用途分、按主要用途分 （1）結(jié)構(gòu)鋼 1）建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼 2）機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼 （2）工具鋼 （3）特殊性能鋼第二節(jié) 合金鋼的分類與編號(hào)二、合金鋼的牌號(hào)（P117）w 合金金牌號(hào)的一般命名原則合金金牌號(hào)的一般命名原則 合金鋼的含碳量、合金元素的各類、合金元素的含量均應(yīng)在牌號(hào)中體現(xiàn)出來。 例：合金彈簧鋼 60Si2Mn 含碳量 0.6%；硅含量 2%；錳含量 Mn1%。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼（P118）一、低合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼 二、合金滲碳鋼二、合金滲碳

6、鋼 三、合金調(diào)質(zhì)鋼三、合金調(diào)質(zhì)鋼 四、合金彈簧鋼四、合金彈簧鋼 五、滾動(dòng)軸承鋼五、滾動(dòng)軸承鋼 第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼 （P118）1 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn) 較高的強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性、 良好的焊接性能。廣泛應(yīng)用建筑、橋梁等。2 2、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量0.2%)；主 要合金元素為Mn(含量為1.251.5%)。3 3、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) 一般不進(jìn)行熱處理。4 4、常用鋼種、常用鋼種 16Mn、15MnTi等。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金滲碳鋼 （P119）1 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn) 用于制造表面硬而耐磨，心部韌性 好而耐沖擊的零件，如齒輪、凸輪等。（具有

7、 良好的滲碳能力和淬透性）2 2、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 低碳鋼（含碳量0.10.25%)； 主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作 用是提高淬透性和防止過熱。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金滲碳鋼 （P119）3 3、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) 預(yù)先熱處理為正火、滲碳后為淬 火加低溫回火。 以20CrMnTi為例生產(chǎn)汽車變速箱齒輪為例，其 工藝路線如下： 鍛造 正火 加工齒形 局部鍍銅 滲碳 預(yù)冷淬火、低溫回火 噴 丸 磨齒 第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金滲碳鋼 （P119）4 4、常用鋼種、常用鋼種 20Cr、20CrMnTi圖圖76 20CrMnTi鋼制汽車變速齒輪熱處理工藝曲線鋼制汽車變

8、速齒輪熱處理工藝曲線 第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼三、合金調(diào)質(zhì)鋼（P121）1 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn) 調(diào)質(zhì)處理后具有高強(qiáng)度與很好塑性 及韌性的配合，即具有良好的綜合力學(xué)性能。2 2、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 中碳鋼（0.30.5%),合金元素 主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高 淬透性、細(xì)化晶粒和防止過熱。3、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) 預(yù)先熱處理為退火或正火，最終 熱處理為淬火+高溫回火。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼三、合金調(diào)質(zhì)鋼（P123）4、常用鋼種、常用鋼種 40Cr、40CrMn等。 以40Cr制作拖拉機(jī)連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如 下： 鍛造 正火 粗加工 調(diào)質(zhì) 精加工 裝配 第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)

9、鋼四、合金彈簧鋼（P126）1 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn) 制造各種彈性元件如常圈簧、板簧 等。要求具有高的彈性極限、高的屈強(qiáng)比、高 的疲勞強(qiáng)度以及足夠的韌性。 2 2、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 含碳量（0.50.7%),合金元素 主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提 高淬透性和回火穩(wěn)定性，防止回火脆性。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼四、合金彈簧鋼（P126）3、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) （1）熱成型彈簧（尺寸8mm的大型彈簧） 下料 加熱（Ac3+100） 成型 余熱淬火 中溫回火（430） 產(chǎn)品 （2）冷成型彈簧（尺寸8mm小型彈簧） 下料 冷撥鋼絲冷卷成型 低溫退火 產(chǎn)品4、常用鋼種、常用鋼

10、種 60Si2Mn 第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼五、滾動(dòng)軸承鋼（P126）1、性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 要求具有很高的強(qiáng)度和硬度、很高 的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和淬 透性，很高的耐磨性，而且還應(yīng)有一定的抗腐 蝕能力。 2 2、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 高碳（0.95%Wc1.1%）；加 入的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐 磨性。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼五、滾動(dòng)軸承鋼（P128）3 3、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) 預(yù)先熱處理為球化退火，最終熱 處理為淬火+低溫回火。 生產(chǎn)工藝如下：軋制、鍛造 球化退火 機(jī)械加工 淬火加低溫回火 磨削加工 成品 金相組織為：回M+粒狀碳化物+少量A殘4 4、常用鋼種、常

11、用鋼種 GCr15、GCr15SiMn（注意Cr的含 量、C的含量）第四節(jié) 合金工具鋼（P129） 一、合金刃具鋼一、合金刃具鋼 二、合金模具鋼二、合金模具鋼 三、合金量具鋼三、合金量具鋼第四節(jié) 合金工具鋼一、合金刃具鋼 （P129）w 刃具鋼應(yīng)具有下列性能要求刃具鋼應(yīng)具有下列性能要求 （1）高硬度（60HRC以上） （2）高的耐磨性 （3）高的熱硬性（紅硬性） （4）具有一定的強(qiáng)度、韌性和塑性一、合金刃具鋼 （一）低合金刃具鋼（P129）1 1、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 高的含碳量（0.751.5%)；為 了提高淬透性和回火穩(wěn)定性，加入Cr、Mn、Si、 V、W等合金元素；2、熱處理特點(diǎn)、

12、熱處理特點(diǎn) 預(yù)處理為球化退火，最終熱處理 為淬火+低溫回火。3 3、常用鋼種、常用鋼種 9SiCr、9Mn2V （一）低合金刃具鋼9SiCr鋼圓板牙淬火回火工藝（P129）溫度時(shí)間850870（Ac1Accm)160200190200分級(jí)淬火600650低溫回火6090min3045min（二）高速鋼（P131）1 1、化學(xué)成分特點(diǎn)、化學(xué)成分特點(diǎn) 高C：0.7 %1.5 %；加 入Cr提高淬透性；加入W、Mo提高熱硬性； 加入V提高耐磨性。2 2、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn) 退火1270淬火560 580回火（三次）。3 3、典型鋼種、典型鋼種 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 （二）高速鋼（

13、P134） W18Cr4V 鋼盤形銑刀淬火回火工藝曲線時(shí)間溫度560三次回火580620分級(jí)淬火12701280800840空冷空冷空冷空冷二、合金模具鋼（P135）（一）冷作模具鋼（一）冷作模具鋼 用來制造在室溫下使金屬塑 性變形的模具，如落料模、冷鐓模、剪切 模等。（屬高碳鋼 0.9%）（二）熱作模具鋼（二）熱作模具鋼 用來制造對(duì)金屬進(jìn)行熱變形 加工的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。（含 碳量 0.3%0.6%,含C量太高，導(dǎo)熱性下降)二、合金量具鋼（P138）w 用于制造量具的合金鋼稱為合金量具鋼。例如制造卡尺、塞規(guī)、量塊卡尺、塞規(guī)、量塊等。w 量具在使用的過程中要經(jīng)受磨損，要求具有較較高的硬

14、度和耐磨性高的硬度和耐磨性，同時(shí)要有較高的尺寸穩(wěn)定較高的尺寸穩(wěn)定性性。w 為提高尺寸的穩(wěn)定性，淬火后要進(jìn)行冷處理冷處理。（50 78）第五節(jié) 特殊性能鋼（P139）一、不銹鋼一、不銹鋼二、耐熱鋼三、耐磨鋼第五節(jié) 特殊性能鋼一、不銹鋼（P139）1、金屬腐蝕的種類1 1）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕金屬在電解質(zhì)中微電池腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。2 2）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕金屬在非電解質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)腐蝕稱為化學(xué)腐蝕。一、不銹鋼（P139）電化學(xué)腐蝕基本原理圖iFeCuCuFe+NaCl水溶液Fe2eFe+Fe+2Cl-FeCl2鐵的電極電位低為負(fù)極銅的電極電位高為正極一、不銹鋼（P140）提高金屬抗腐蝕能力的主

15、要措施1）盡量使金屬獲得單相組織單相組織；2）加入合金元素使各相間的電極電位差減小電位差減??；3）加入合金元素，使金屬表面腐蝕后形成一層致致密的氧化膜密的氧化膜。一、不銹鋼2、常用鋼種（P140）（1 1）馬氏體不銹鋼）馬氏體不銹鋼 含碳量：0.080.45%; Cr含量：13%； 牌號(hào)有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13； 性能：通過熱處理可得到回M，具有較高的 強(qiáng)度和硬度，但耐蝕性能較差； 應(yīng)用：各種閥、機(jī)泵和工具等；一、不銹鋼2、常用鋼種（P140）（2）鐵素體不銹鋼）鐵素體不銹鋼 含C量：0.1%； 含Cr量：1232%； 常用牌號(hào)：0Cr13、1Cr17、1Cr28等； 性能：耐蝕性、塑性、焊接性好，但硬度和 強(qiáng)度較低； 應(yīng)用：用于耐蝕零件，如硝酸和氮肥工業(yè)；一、不銹鋼2、常用鋼種（P140）（3）奧氏體不銹鋼）奧氏體不銹鋼 含C量：0.15%； 含Cr量 ：18% ； 含Ni量：811%； 常用鋼種：0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti； 性能：耐蝕性能、冷熱加工性能、