合金鋼概念、成分和處理用途

1、合金鋼概念、成分和處理用途 重 點合金鋼的概念合金元素在鋼中的存在方式及影響 合金元素對鐵碳相圖的影響合金鋼的分類和牌號典型合金鋼的成分、性能、熱處理，用途以及如何選用合金鋼。2、合金鋼與碳鋼相比：1、概念：合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，為了改善鋼的組織與性能，在冶煉時有意識地加入一種或數(shù)種合金元素的鋼。淬透性好。高強度，高屈強比具有特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕，高耐 磨性等。高回火穩(wěn)定性鎢（W）鉬（Mo）釩（V）錳（Mn）硅（Si）鉻（Cr）鈦（Ti）鈮（Nb）鋯（Zr）鎳（Ni）合金鋼中常用的合金元素稀土 RE非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti

2、、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用一、合金元素對鋼中基本相的影響1.形成合金鐵素體2.形成碳化物(a)對硬度的影響 (b)對沖擊韌性的影響合金元素對鐵素體性能的影響（退火狀態(tài)）固溶強化奧氏體相區(qū)擴大元素：C、N、Co、Ni、Mn、Cu等元素的加入都會使奧氏體相區(qū)擴大，特別以Ni、Mn的影響更大。1Cr18Ni9Ti鋼，由于Ni元素含量高，使其成為奧氏體不銹鋼。奧氏體相區(qū)縮小元素，鐵素體形成元素：Cr、Mo等元素的加入都會使奧氏體相區(qū)縮小，相區(qū)縮小，可得到單一的鐵素體鋼。如0Cr13鋼。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1. 對奧氏體相區(qū)的影響合金元素會使奧氏體的單相

3、區(qū)擴大或縮小。奧氏體相區(qū)擴大元素：使A1降低。奧氏體相區(qū)縮小元素：使A1升高。2.對共析溫度的影響A1降低A1升高3.對共析點（S）位置的影響1、對鋼在加熱時奧氏體化的影響 三、合金元素對鋼的熱處理影響（1）基本過程：形核 長大 碳化物的溶解 均勻化 （2）非碳化物形成元素（ Co、Ni、），增加碳的擴散，加速奧氏體化， （少部分）（3）碳化物形成元素（ Cr、Mo、V ），？（大多數(shù)）大部分抑制分解（4） 對奧氏體化工藝的影響（5）阻礙奧氏體晶粒長大導熱性能差2、對奧氏體分解過程的影響 非碳化物形成元素除Co外，右移，不改變形狀碳化物形成元素，右移，改變形狀合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變臨界溫度的影響

4、，除Co、Al以外的所有合金元素都使Ms線下移（1）提高鋼的回火穩(wěn)定性淬火鋼在回火時，抵抗軟化的能力稱為鋼的回火穩(wěn)定性。 3、對回火的影響 （2）產(chǎn)生二次硬化當含W、Mo、V、Ti量較高的淬火鋼，在500600回火時，其硬度并不降低，反而升高，回火時硬度升高的現(xiàn)象稱為二次硬化。析出細小、彌散、穩(wěn)定的特殊碳化物（3）回火脆性無法消除，與冷卻速度無關(guān)，是包括碳鋼及所有鋼材共有現(xiàn)象。合金鋼淬火回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為回火脆性。第一類回火脆性：第二類回火脆性：可以消除，與冷卻速度有關(guān)，消除方法：1）高溫回火后，把零件放在水中快速冷卻。2）鋼中加入可降低回火脆性傾向的元素Mo、W，如40CrN

5、iMo 合金鋼的回火脆性示意圖第二節(jié) 合金鋼的分類和牌號合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 按用途分類用于制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼 用于制造各種工具的鋼 具有某種特殊物理、化學性能的鋼、耐熱鋼、耐磨鋼一、分類重點分類和命名低合金鋼 中合金鋼 高合金鋼 按合金元素總含量分類 合金元素總含量10%。 二、合金鋼的牌號1、合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字（碳含量）+元素符號（或漢字）+數(shù)字表示例如：40Cr鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，60Si2Mn鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，40CrC：0.4%Cr：1.5%60Si2Mn C：0.6%Mn：1.5%Si：2%萬分之幾百分之幾，滾動軸承鋼例外，千分之幾2、合金工具鋼的牌號 合

6、金工具鋼的牌號和合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別：僅在于碳含量的表示方法，它用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，當碳含量大于等于1.0%時，則不予標出。 如9SiCr鋼為合金工具鋼，平均含碳量為0.90%，主要合金元素為硅、鉻，含量均小于1.5%。9SiCrC：0.9%Si、Cr：1%，不標出Cr：12%Mo、V: 1.5%W18Cr4VC：1%，也不標出W：18%，Cr：4%V: 1.1 % Cr,Mo, W,V 提高耐磨性 Cr12MoV鋼沖孔落料模生產(chǎn)工藝路線如下： 下料鍛造退火機械加工淬火+低溫回火精磨或電火花加工成品 熱作模具鋼用于制造熱鍛模和熱壓模。 熱作模具在工作時，除承受較大的各種機械應力外，還

7、使模膛受到熾熱金屬和冷卻介質(zhì)（水、油和空氣）的交替作用產(chǎn)生的熱應力，易使模膛龜裂，即熱疲勞現(xiàn)象。（1）性能要求： 具有較高的強度和韌性，并有足夠的耐磨性和硬度（HRC40-50） 有良好的抗熱疲勞性 有良好的導熱性及回火穩(wěn)定性，以利于始終保持模具的良好強度和韌性。 熱作模具一般體積大，為保證模具的整體性能均勻一致，還要求有足夠的淬透性。（二）熱作模具鋼中C:0.3 %0.6%含碳量（2）化學成分Cr、Ni 、Mn、Si：可提高鋼的淬透性。W、Mo、V：主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性、二次硬化 。Mo防止回火脆性。合金元素 5Cr2MnMo-小型熱鍛模 3Cr2W8V、 4Cr5MoSiV-大型熱

8、鍛模典型鋼種 特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學性能的鋼，它的種類很多，并且正在迅速發(fā)展。其中最主要的是不銹鋼和耐熱鋼。1不銹鋼（又稱為不銹耐酸鋼）是指能抵抗大氣或酸等化學介質(zhì)腐蝕的鋼。 用途：不銹鋼是石油、化工、化肥等工業(yè)部門廣泛使用的金屬材料.各種容器、管道、閥門總是在腐蝕性氣體和介質(zhì)工作，常因腐蝕而失效。第五節(jié) 特殊性能鋼化學腐蝕：是金屬在干燥氣體或非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕過程不產(chǎn)生電流，鋼在高溫下的氧化屬于典型的化學腐蝕；電化學腐蝕：是金屬與電解質(zhì)溶液接觸時所發(fā)生的腐蝕，腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，鋼在室溫下的銹蝕主要屬于電化學腐蝕。（1）金屬腐蝕的一般概念腐蝕通?？煞譃? 化學腐蝕 電化

9、學腐蝕電化學腐蝕實際是電池作用。當兩種互相接觸的金屬放入電解質(zhì)溶液時，由于兩種金屬的電極電位不同，彼此之間就形成一個微電池，并有電流產(chǎn)生。電極電位低的金屬為陽極；電極電位高的金屬為陰極電極反應的兩個規(guī)律1電極電位最低的物質(zhì)首先在陽極反應。2電極電位最高的物質(zhì)首先在陰極反應。陽極的金屬將不斷被溶解，而陰極金屬就不被腐蝕。陰極的反應為：2H+2eH2陽極的反應為：Zn-2e Zn +2對于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，也會形成微電池，造成電化學腐蝕。例如鋼組織中的珠光體，是由鐵素體和滲碳體兩相組成的，在電解質(zhì)溶液中就會形成微電池，由于鐵素體的電極電位低，為陽極，就被腐蝕。而滲碳體的電極電

10、位高，為陰極而不被腐蝕。在觀察碳鋼的顯微組織時，要把拋光的試樣磨面放在硝酸酒精溶液中浸蝕，使鐵素體腐蝕后，才能在顯微鏡下觀察到珠光體的組織，就是利用電化學腐蝕的原理實現(xiàn)的。珠光體腐蝕示意圖提高金屬的抗電化學腐蝕能力的措施：盡量使金屬在獲得均勻的單相組織條件下使用，這樣金屬在電解質(zhì)溶液中只有一個極，使微電池難以形成。如在鋼中加入大于24%的Ni，會使鋼在常溫下獲得單相的奧氏體組織。加入合金元素提高金屬基體的電極電位，例如在鋼中加入大于13%的Cr，則鐵素體的電極電位由提高到，從而使金屬的抗腐蝕性能提高。加入合金元素，在金屬表面形成一層致密的氧化膜，又稱鈍化膜，把金屬與介質(zhì)分隔開，從而防止進一步的

11、腐蝕。鉻是不銹鋼合金化的主要元素。鋼中加入鉻，提高電極電位，從而提高鋼的耐腐蝕性能。當含鉻量達n/8原子分數(shù)值（n=1、2、3），即達到1/8、2/8、3/8（也即12.5%、25%、37.5%）原子分數(shù)時，電極電位呈臺階式躍增，即腐蝕速度呈臺階式下降，這稱之為n/8規(guī)律。所以鉻鋼中的含鉻量只有超過臺階值（如n=1，換成重量百分數(shù)則為12.5%X(52/55.8)=11.7%）時，鋼的耐蝕性才明顯提高。由于含鉻量超過11.7%，而且絕大部分都溶于固溶體中，使電極電位躍增，使基體的電化學腐蝕過程變緩。同時，在金屬表面被腐蝕時，形成一層與基體金屬結(jié)合牢固的鈍化膜，使腐蝕過程受阻，從而提高鋼的耐蝕性

12、。 M不銹鋼 (稱Cr13型)：1Cr13, 2Cr13 用于汽輪機葉片、熱裂設(shè)備, 3Cr13, 4Cr13： 手術(shù)器具及刀具F不銹鋼： 1Cr17 、 1Cr28 ：化工設(shè)備、食品工業(yè)不能通過熱處理強化 A不銹鋼(稱188型) ： 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni9Ti： 化工生產(chǎn)中的某些設(shè)備及管道、食品、醫(yī)療行業(yè)不能通過熱處理強化（2）常用不銹鋼2耐熱鋼在發(fā)動機、化工、航空等部門，有很多零件是在高溫下工作，要求具有高的耐熱性的鋼稱為耐熱鋼。例如：氣門是內(nèi)燃機重要的典型零件，工作溫度高，尤其是在排氣門與汽缸相接觸的面，溫度高達600C700C，隨著內(nèi)燃機向高轉(zhuǎn)速、大功率、輕量化的方向

13、發(fā)展，對發(fā)動機的主要零件氣門的性能特點提出了更高的要求.4Cr14Ni14W2MoV屬于奧氏體型耐熱鋼 ，常用于內(nèi)燃機排氣閥，氣門等 （1）耐熱鋼的一般概念*鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫強度兩方面的涵義。金屬的高溫抗氧化性是指金屬在高溫下對氧化作用的抗力；而高溫強度是指鋼在高溫下承受機械負荷的能力。所以，耐熱鋼既要求高溫抗氧化性能好，又要求高溫強度高。a）高溫抗氧化性金屬的高溫抗氧化性，通常主要取決于金屬在高溫下與氧接觸時，表面能形成致密且熔點高的氧化膜，以避免金屬的進一步氧化。一般碳鋼在高溫下很容易氧化，這主要是由于在高溫下鋼的表面生成疏松多孔的氧化亞鐵（FeO），容易剝落，而且氧原子不

14、斷地通過FeO擴散，使鋼繼續(xù)氧化。為了提高鋼的抗氧化性能，一般是采用合金化方法，加入鉻、硅、鋁等元素，使鋼在高溫下與氧接觸時，在表面上形成致密的高熔點的r2O3、SiO2、l2O3等氧化膜，牢固地附在鋼的表面，使鋼在高溫氣體中的氧化過程難以繼續(xù)進行。如在鋼中加15r，其抗氧化溫度可達900；在鋼中加2025r，其抗氧化溫度可達1100 。b）高溫強度金屬在高溫下所表現(xiàn)的力學性能與室溫下大不相同。在室溫下的強度值與載荷作用的時間無關(guān)，但金屬在高溫下，當工作溫度大于再結(jié)晶溫度、工作應力大于此溫度下的彈性極限時，隨時間的延長，金屬會發(fā)生極其緩慢的塑性變形，這種現(xiàn)象叫做“蠕變”。在高溫下，金屬的強度是

15、用蠕變強度和持久強度來表示。蠕變強度是指金屬在一定溫度下，一定時間內(nèi)，產(chǎn)生一定變形量所能承受的最大應力。而持久強度是指金屬在一定溫度下，一定時間內(nèi)，所能承受的最大斷裂應力。為了提高鋼的高溫強度，通常采用以下幾種措施：固溶強化。固溶體的熱強性首先取決于固溶體自身的晶體結(jié)構(gòu)，由于面心立方的奧氏體晶體結(jié)構(gòu)比體心立方的鐵素體排列的更緊密，因此奧氏體耐熱鋼的熱強性高于鐵素體為基的耐熱鋼。在鋼中加入合金元素，形成單相固溶體，提高原子結(jié)合力，減緩元素的擴散，提高再結(jié)晶溫度，能進一步提高熱強性。析出強化。在固溶體中沉淀析出穩(wěn)定的碳化物、氮化物、金屬間化合物，也是提高耐熱鋼熱強性的重要途徑之一。如加入鈮、釩、鈦

16、等，形成NbC、TiC、VC等，在晶內(nèi)彌散析出，阻礙位錯的滑移，提高塑變抗力，提高熱強性。強化晶界。材料在高溫下其晶界強度低于晶內(nèi)強度，晶界成為薄弱環(huán)節(jié)。通過加入鉬、鋯、釩、硼等晶界吸附元素，降低晶界表面能，使晶界碳化物趨于穩(wěn)定，使晶界強化，從而提高鋼的熱強性。a）珠光體耐熱鋼一般是在正火狀態(tài)下加熱到Ac3+30，保溫一段時間后空冷，隨后在高于工作溫度約50下進行回火，其顯微組織為珠光體+鐵素體。其工作溫度為350550 ，由于含合金元素量少，工藝性好，常用于制造鍋爐、化工壓力容器、熱交換器、汽閥等耐熱構(gòu)件。其中15CrMo主要用于鍋爐零件。這類鋼在長期的使用過程中，會發(fā)生珠光體的球化和石墨化

17、，從而顯著降低鋼的蠕變和持久強度。為此，這類鋼力求降低含碳量和含錳量，并適當加入鉻、鉬等元素，抑制球化和石墨化傾向。除此之外，鋼中加入鉻是為了提高抗氧化性，加入鉬是為了提高鋼的高溫強度。典型鋼:15CrMo、12CrMoV（2）耐熱鋼的種類b）馬氏體耐熱鋼這類鋼主要用于制造汽輪機葉片和氣閥等。 1Cr13、2Cr13是最早用于制造汽輪機葉片的耐熱鋼。為了進一步提高熱強性，在保持高的抗氧化性能的同時，加入鎢、鉬等元素使基體強化，使碳化物穩(wěn)定，提高鋼的耐熱性能。1Cr11MoV、1Cr12WMoV，經(jīng)淬火+高溫回火后，可使工作溫度提高到550580 。4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo是典型的汽

18、車閥門用鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有較高的耐熱性和耐磨性。0.4%的含碳量是為了獲得足夠的硬度和耐磨性，加入鉻、硅是為了提高抗氧化性，加入鉬是為了提高高溫強度和避免回火脆性。4Cr10Si2Mo常用于制作重型汽車的汽閥。c）奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼的耐熱性能優(yōu)于珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼，這類鋼的冷塑性變形性能和焊接性能都很好，一般工作溫度在600 700 ，廣泛用于航空、艦艇、石油化工等工業(yè)部門制造汽輪機葉片，發(fā)動機汽閥等。最典型的牌號是1Cr18Ni9Ti，Cr的主要作用是提高抗氧化性和高溫強度，鎳主要是使鋼形成穩(wěn)定的奧氏體，并與鉻相配合提高高溫強度，鈦是通過形成彌散的碳化物提高鋼的高溫強度。

19、4Cr15Ni20（HK40）是石化裝置上大量使用的高碳奧氏體耐熱鋼。這種鋼在鑄態(tài)下的組織是奧氏體基體+骨架狀共晶碳化物，在900工作壽命達10萬小時。鉻是抗氧化性能的主要元素，鉻和鎳同時加入，其主要作用是得到單相穩(wěn)定的奧氏體，提高鋼的高溫強度。 4Cr14Ni14W2Mo是用于制造大功率發(fā)動機排氣閥的典型鋼種。此鋼的含碳量提高到0.4%，目的在于形成鉻、鉬、鎢的碳化物并呈彌散析出，提高鋼的高溫強度。三耐磨鋼1定義： 通常是指在沖擊和磨損條件下使用的高錳鋼。2用途：制造球磨機的襯板、破碎機的顎板、挖掘機的斗 齒、拖拉機和坦克的履帶板。3化學成分： C：0.9%- 1.5% Mn：11%- 14%4典型鋼種： ZGMn13 *耐磨鋼機械加工困難，基本上是鑄造后直接使用。一、填空1.合金元素在鋼中的主要作用有、和。2合金鋼按主要用途分類，可分為、及三大類。3常用的不銹鋼有和兩種二、判斷1大部分合金鋼的淬透性都比碳鋼好。（ ）2合金工具鋼都是高碳鋼。 （ ）3GCr15鋼是滾動軸承鋼，但又可制造量具、刀具和冷沖模具等。（ ）4Cr12W8V是不銹鋼。（ ）一、填空1.合金元素在鋼中的主要作用有提高淬透性、提高強度、提高回火穩(wěn)定性和改善性能2合金鋼按