第四章合金鋼

1、第四章第四章 合金鋼及鑄鐵合金鋼及鑄鐵碳素鋼的主要缺點：1. 綜合機械性能差；2. 熱穩(wěn)定性差；3. 耐腐蝕性差；4. 淬透性差；5. 不能滿足某些特殊性能。合金鋼為改善鋼的組織、性能，在冶煉時特意加入合金元素的鋼。 有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb（鈮）、Zr（鋯）等。1.強化固溶強化細(xì)化晶粒2.穩(wěn)定組織，細(xì)化晶粒3.提高淬透性 4.提高抗氧化和耐蝕能力 低合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 合金滲碳鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金彈簧鋼 滾動軸承鋼 低合金刃具鋼 合金刃具鋼 高速鋼 冷變形模具鋼合金工具鋼 合金模具鋼 熱變形模具鋼 合金量具鋼 不銹鋼特殊性能鋼 耐熱鋼 1. 結(jié)構(gòu)

2、鋼的含碳量用兩位數(shù)字表示。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)以結(jié)構(gòu)鋼的含碳量用兩位數(shù)字表示。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)以萬分之一為單位的數(shù)字。如萬分之一為單位的數(shù)字。如60Si2Mn;20CrMnTi。 2. 工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）來表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用一位數(shù)字表示，（一位數(shù)）來表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用一位數(shù)字表示，含碳量大于含碳量大于1%時不標(biāo)出。時不標(biāo)出。 如如5CrMnMo;Cr12注：注：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)字之后，為鋼中主要合金元素，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)字之后，為鋼中主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)明，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)明，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.5%時不

3、標(biāo)數(shù)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時不標(biāo)數(shù)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%2.49%、2.5%3.49%時，相應(yīng)地標(biāo)以時，相應(yīng)地標(biāo)以2、3數(shù)字?jǐn)?shù)字+化學(xué)元素化學(xué)元素+數(shù)字?jǐn)?shù)字 的方法表示。的方法表示。合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種機器零件和各類用于制造各種機器零件和各類工程結(jié)構(gòu)的鋼。工程結(jié)構(gòu)的鋼。 主要包括： 1.合金滲碳鋼 2.合金調(diào)質(zhì)鋼 3.合金彈簧鋼 4.滾動軸承鋼。 1. 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 a. 用途用途 在工作中主要經(jīng)受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。 如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。 b. 性能要求性能要求 表面滲碳層硬度高，以保證耐磨性和

4、接觸疲勞抗力。 心部具有高的韌性和一定高的強度。 有良好的熱處理工藝性能 在高的滲碳溫度（900 950 ）下，奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性。 c. 成分特點 低碳：Wc:0.10%0.25%。 加入提高淬透性的合金元素： 常加入Cr、Ni、Mn、B等。 加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素： 主要加入少量合金元素Ti、V、W、Mo等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。e. 熱處理方法 熱處理工藝： 一般是滲碳后直接淬火低溫回火。 熱處理后： 滲碳層硬度為60 HRC62 HRC。 心部硬度為25 HRC48 HRC； 心部沖擊韌性一般都高于70 kJ/cm2。d. 典型鋼種及牌號 20Cr、20Mn2、

5、20CrMnTi 、18Cr2Ni4W、 20Cr2Ni4A。2. 合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼 . 用途 用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。. 性能要求 大多承受多種工作載荷，受力復(fù)雜，要求高的綜合機械性能，還要求有很好的淬透性。 . 成分特點 中碳：Wc:0.25%0.50%之間，以0.4%居多； 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等： 除了提高淬透性外，還能提高鋼的強度。 提高回火穩(wěn)定性的元素： Mo、W、V、Al等。3. 合金彈簧鋼合金彈簧鋼. 用途 合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。. 性能要求 高的彈性極限

6、e，尤其是高的屈強比s /b以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力和較大的承載能力。 高的疲勞強度r，以防止在震動和交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞斷裂。 足夠的塑性和韌性，以免受沖擊時脆斷。 此外，彈簧鋼還要求有較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容易繞卷成形等。. 成分特點 中、高碳 Wc:0.50%0.70%。 主加元素Si、Mn 、 Cr 提高淬透性的，回火穩(wěn)定性和屈強比。 輔加元素W 、Mo 、V 減小脫碳和過熱敏感性，進一步提高彈性極限和屈強比。 此外，彈簧的冶金質(zhì)量對疲勞強度有很大的影響，所以彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。 . 鋼種和牌號 以Si、Mn為主要合金元素的彈簧鋼：65Mn和60Si2Mn。

7、價格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼。主要用于汽車、拖拉機上的板簧和螺旋彈簧。 在Si、Mn基礎(chǔ)上，加Cr、V、W等元素的彈簧鋼：50CrVA。 大大提高鋼的淬透性，而且還有較高的高溫強度、韌性和熱處理工藝性能?？芍谱髟?50400 溫度下承受重載的較大彈簧。如高速汽油機的氣門彈簧。. 加工、熱處理與性能 彈簧按加工和熱處理可分為兩類： 熱成形彈簧 用熱軋鋼絲或鋼板制成，具有高的屈服強度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來制作為較大型的彈簧。 冷成形彈簧 小尺寸彈簧一般用冷拉鋼絲冷卷成形。4. 滾動軸承鋼 . 用途 主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等。從化學(xué)成分上

8、看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機床絲杠等耐磨件。滾珠滾珠軸承 . 性能要求 高的接觸疲勞強度：軸承元件如滾珠與套圈，運動時為點或線接觸，接觸處的壓應(yīng)力高達1500 MPa5000 MPa；應(yīng)力交變易造成接觸疲勞破壞，產(chǎn)生麻點或剝落，所以軸承鋼疲勞強度應(yīng)很高。 高的硬度和耐磨性：硬度一般為62HRC64HRC。 足夠的韌性和淬透性。 此外，還要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。. 成分特點 高碳 Wc:0.95%1.10%。 鉻為主加元素。 提高淬透性和耐磨性，特別是疲勞強度。適宜Wcr: 0.40%1.65%。 加入硅、錳、釩等。 Si、Mn進一步提高淬

9、透性。 V提高鋼的耐磨性并防止過熱。 純度要求極高。 Ws0.02%；Wp 0.027%。 因此，軸承鋼一般采用電爐冶煉和真空去氣處理。 . 鋼種和牌號 鉻軸承鋼最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分。 添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼 如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。. 熱處理方法 熱處理：球化退火、淬火和低溫回火。 工具鋼按用途分為 1.刃具鋼 2.模具鋼 3.量具鋼第三節(jié) 合金工具鋼銑刀英制模板刀1.合金刃具鋼 主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。a. 性能要求 基本性能要求：高硬度高硬度 金屬切削刀具的硬度一般都在60 HRC以上高耐磨性高耐磨

10、性 高熱硬性高熱硬性 熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）足夠的塑性和韌性足夠的塑性和韌性 以防刃具受沖擊震動時折斷和崩刃。 c. 成分特點 （1） 低合金刃具鋼 最高工作溫度不超過300 。 高碳：Wc:0.9%1.1%。 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素： Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細(xì)小的晶粒。 （2） 高速鋼 具有很高的熱硬性。 高碳：Wc:0.70%1.6%。 加入Cr、W、Mo、V等合金元素： Cr 提高淬透性。 W 、Mo 保證高的熱硬性。 V 提高耐磨性，細(xì)化晶粒。d.

11、鋼種及牌號 （1）低合金刃具鋼 典型鋼種：9SiCr。 加工過程： 球化退火機加工淬火低溫回火。 （2） 高速鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼 齒輪滾刀（W18Cr4V鋼）工藝路線： 鍛造球化退火粗加工淬火回火精加工表面處理。 1. 碳素工具鋼：熱硬性差，隨使用溫度提高迅速軟化。 2. 高速鋼：W18Cr4V在600 還保持60 HRC的高硬度。 3. 低合金刃具鋼：9SiCr要保持同樣的硬度，工作溫度不能超過350 。 2.合金模具鋼按用途分：冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。 （1） 冷作模具鋼 A.用途 冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200 3

12、00 。 B. 性能要求 冷模具工作時承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩擦。 應(yīng)具有以下基本性能： 高硬度，一般為58 HRC62 HRC； 高耐磨性； 足夠的韌性和疲勞抗力； 熱處理變形小。C. 成分特點 高碳 Wc:1.0% 2.2%。 高鉻 為主加合金元素，含量高達12%。 提高鋼的耐磨性和淬透性。輔加Mo、W、V等合金元素改善鋼的淬透性。D. 鋼種和牌號 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 要求不高的冷模具用低合金刃具鋼制造。 Cr12大型冷模具用鋼，熱處理變形很小，制造重載和形狀復(fù)雜的模具。E. 熱處理方法 球化退火淬火、回火。 ( 2 )熱作模具鋼 A. 用途 用于制造各種熱鍛模

13、、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達600 以上。 B. 性能要求 性能要求： 高的熱硬性和高溫耐磨性； 高的抗氧化性能； 高的熱強性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模鋼； 高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞； 由于熱模具一般較大，所以還要求熱模具鋼有高的淬透性和導(dǎo)熱性。 C. 成分特點 中碳 Wc:0.3%0.6%。 主加Cr、Ni、Mn、Si等 提高淬透性和耐熱疲勞性能，并增加鋼的韌性。 輔加元素Mo、W、V等 提高高溫強度和回火穩(wěn)定性。 D.鋼種和牌號 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等。 E. 熱處理方法 預(yù)先熱處理：鍛造后球化退火 最終熱處理：淬火高溫回

14、火，3.量具用鋼A. 用途 用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。螺紋規(guī)游標(biāo)卡尺千分尺 B. 性能要求 主要性能要求: (1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸穩(wěn)定性 熱處理變形要小。 C. 成分特點 (1)高碳 Wc:0.9%1.5%； (2)加入元素Cr、W、Mn等。 D. 量具用鋼 （1）尺寸小、形狀簡單、精度較低的量具，選用高碳鋼制造； （2）復(fù)雜的精密量具一般選用低合金刃具鋼； （3）精度要求高的量具選用CrMn、CrWMn、GCr15等制造。 E. 熱處理方法 鍛造后球化退火機加工淬火、回火。 特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性能并可在

15、特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性能并可在特殊環(huán)境下工作的鋼，如不銹鋼，特殊環(huán)境下工作的鋼，如不銹鋼， 耐熱鋼，耐磨耐熱鋼，耐磨鋼等。鋼等。第四節(jié) 特殊性能鋼1.不銹鋼不銹鋼與耐酸鋼的總稱。不銹鋼與耐酸鋼的總稱。（1） 用途及性能要求 在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發(fā)、國防工業(yè)和一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，熱裂設(shè)備零件，醫(yī)療手術(shù)器械，防銹刃具和量具等。 性能要求： （1）耐蝕性； （2）高硬度、高強度、高耐磨性； （3）較好的加工性能。（2） 成分特點 碳含量 耐蝕性要求愈高，碳含量應(yīng)愈低。大多數(shù)Wc:0.1%0.2%。 主加合金元素鉻、鎳

16、。 鉻含量:Wcr: 12%30%。提高鋼的耐蝕性。 鎳含量可達8%11%，可提高鋼的強度。 加入鉬、銅、鈦、鈮、錳等。 提高鋼的耐蝕性。（3）常用不銹鋼 馬氏體不銹鋼 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。 有較高的硬度、耐磨性，但耐蝕性很低。鐵素體型不銹鋼 1Cr17、1Cr17Ti等 耐蝕性比Cr13型鋼更好，但強度較低。主要用作耐蝕性要求很高而強度要求不高的構(gòu)件，例如化工設(shè)備、容器和管道等。奧氏體型不銹鋼 Cr18Ni9型 這類鋼碳含量很低（約0.1%），強度、硬度低，無磁性， 塑性、韌性和耐蝕性均較Cr13型不銹鋼更好。 2.耐熱鋼 是指在高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強

17、性的特殊鋼。（1） 用途及性能要求 用于制造加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C等高溫裝置中的零部件。要求在高溫下具有良好的抗蠕變和抗斷裂的能力，良好的抗氧化能力、必要的韌性以及優(yōu)良的加工性能。具有較好的抗高溫氧化性能和高溫強度（熱強性）。 （2）成分特點 耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特別是Cr。它們的加入，提高鋼的抗氧化性，Cr還有利于熱強性。Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能提高室溫和高溫強度及抗氧化性。（3）常用鋼種 常用鋼種有0Cr13Al、1Cr17；1Cr18Ni9Ti、2Cr21Ni12N、2Cr23Ni13、4Cr14Ni14W2Mo 、4Cr9Si2、1Cr11MoV等

18、。 3.耐磨鋼（1） 用途及性能要求 主要用于運轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機鏟斗、破碎機顎板和鐵軌分道叉等。對耐磨鋼的主要要求是有很高的耐磨性和韌性。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼。（2）成分特點 高碳 Wc:1.0%1.3%。 高錳 錳是擴大奧氏體區(qū)的元素，它和WMn: 1114%。 一定量的硅 硅可改善鋼水的流動性，并起固溶強化的作用。WSi:0.3%0.8%。（3）典型鋼種 ZGMn13 高錳鋼由于機械加工困難，故基本上是鑄態(tài)下使用。 可用于制造各種機器零件，如機床的床身、床頭箱；發(fā)動機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸；軋機的軋輥及機器的底座等。鑄鐵Wc2.1

19、1%、并常含有較多的Si、Mn、S、P等元素的鐵碳合金。第五節(jié)第五節(jié) 鑄鑄 鐵鐵1白口鑄鐵白口鑄鐵 2麻口鑄鐵3灰口鑄鐵（1）灰鑄鐵）灰鑄鐵 碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；（2）可鍛鑄鐵）可鍛鑄鐵 碳主要以團絮狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；碳主要以團絮狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；（3）球墨鑄鐵）球墨鑄鐵 碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；碳主要以球狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵；（4）蠕墨鑄鐵）蠕墨鑄鐵 碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。碳主要以蠕蟲狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。（二）鑄鐵的分類（二）鑄鐵的分類1. 性能性能良好的鑄造性能 良好的減震性較低的缺口敏感性良好的切削加工性良好的減摩

20、性良好的抗壓性能灰鑄鐵是價格便宜、應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。二、二、 灰鑄鐵灰鑄鐵(a)F+G片(b)F+P+G片(c)P+G片 較高的強度、塑性和沖擊韌性，可部分代替碳鋼。比灰鑄鐵性能優(yōu)越；適用于薄壁、形狀復(fù)雜的零件。但生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜，成本較高，已逐步被球墨鑄鐵所代替。1. 性能特點由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。三、三、 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵五、五、 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。 蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強度。 RuT300、RuT420 六、特殊性能鑄鐵六、特殊性能鑄鐵 （合金鑄鐵）（合金鑄鐵） 在鑄鐵中加入某些 合金元素，得到一些具

21、有各種特殊性能的合金鑄鐵。（1） 耐磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。 （2） 耐熱鑄鐵 耐熱鑄鐵是指可以在高溫下使用，其抗氧化或抗生長性能符合使用要求的鑄鐵。（3）耐蝕鑄鐵 耐蝕鑄鐵是指能耐化學(xué)、電化學(xué)腐蝕的鑄鐵。主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。 鋁合金、銅合金、軸承合金、硬質(zhì)合金以及鈦合金、鎂合金等。此外還有耐蝕合金、高溫合金、形狀記憶合金、超塑性合金、超導(dǎo)材料、非晶態(tài)合金等大多也屬于非鐵金屬材料。除了鋼鐵（黑色）以外其他金屬的統(tǒng)稱。 第六節(jié)第六節(jié) 有色金屬有色金屬法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管（二）鋁合金 鋁中加入合金元素后，可獲得鋁合金。鋁合金具有較高的強度，良好的加工性能。

22、鋁合金可用于制造承受較大載荷的機器零件和構(gòu)件。 根據(jù)成分及工藝特點，鋁合金分變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。（1）變形鋁合金（2）鑄造鋁合金 1. 變形鋁合金 變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。 （1） 防銹鋁合金 防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。 壓氣機葉片壓氣機葉片2. 鑄造鋁合金（1） Al-Si 鑄造鋁合金(硅鋁明) （2） Al-Cu鑄造鋁合金（3）Al-Mg鑄造鋁合金 （4） Al-Zn鑄造鋁合金 1.鑄造鋁鑄造鋁 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) )2.鑄造鋁鑄造鋁 銅合金銅合金 ( ZL201ZL

23、203 ) :汽缸頭汽缸頭3.鑄造鋁鑄造鋁 鎂合金鎂合金 ( ZL301、ZL302 ) :鼓風(fēng)機用密封件鼓風(fēng)機用密封件(ZL102)(ZL102)及及抗空架件抗空架件(ZL301)(ZL301)4.鑄造鋁鑄造鋁 鋅合金鋅合金 ( ZL401、ZL402 ) : 大型空壓機活塞大型空壓機活塞(ZL401)(ZL401)1. 定義定義 :工件體工件體軸軸軸瓦軸瓦2. 性能要求性能要求 :（1） 在工作溫度下在工作溫度下,應(yīng)具有足應(yīng)具有足 夠的夠的抗壓強度抗壓強度、疲勞強度疲勞強度 和和高的耐磨性高的耐磨性。（2）具有足夠的）具有足夠的塑性與韌性塑性與韌性。（3） 具有具有較小的摩擦系數(shù)較小的摩擦系數(shù)。（4）具有良好的）具有良好的磨合性磨合性。（5）具有良好的）具有良好的抗蝕性抗蝕性。（6）具有良好的）具有良好的導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性。（7）具有較）具有較小的膨脹系數(shù)小的膨脹系數(shù)。（8）具有良好的）具有良好的抗咬合性抗咬合性。各類型軸瓦各類型軸瓦巴氏合金軸瓦巴氏合金軸瓦內(nèi)燃機軸瓦內(nèi)燃機軸瓦（一） 錫基軸承合金(錫基巴氏合金) 錫基軸承合金是一種軟基體硬質(zhì)點類型的軸承合金。常用的牌號是 ZChSnSb11-6（含11%Sb和6%Cu，余Sn）。