《金屬材料與熱處理（第八版）》- 課件 第六章 低合金鋼與合金鋼

第六章低合金鋼與合金鋼§6-1合金元素在鋼中的作用一、強(qiáng)化鐵素體大多數(shù)合金元素(除鉛外)都能溶于鐵素體，形成合金鐵素體。由于合金元素與鐵的晶格類型和原子半徑的差異會(huì)引起鐵素體的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，因而會(huì)使合金鋼中鐵素體的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降。有些合金元素對(duì)鐵素體韌性的影響與它們的含量有關(guān)，如Si<1.00%，Mn<1.50%時(shí)，鐵素體的韌性沒有下降，當(dāng)含量超過此值時(shí)，則韌性有下降的趨勢;而鉻和鎳在適當(dāng)范圍內(nèi)(Cr≤2.0%，Ni≤5.0%)，在明顯強(qiáng)化鐵素體的同時(shí)，還可使鐵素體的韌性提高，從而提高合金鋼的強(qiáng)度和韌性。二、形成合金碳化物合金滲碳體錳、鉻、鉬、鎢等弱、中強(qiáng)碳化物形成元素傾向于形成合金滲碳體。合金滲碳體較滲碳體略穩(wěn)定，硬度也略高，但明顯提高低合金鋼的強(qiáng)度。2.特殊碳化物釩、鈮、鈦等強(qiáng)碳化物形成元素能與碳形成特殊碳化物。特殊碳化物比合金滲碳體具有更高的熔點(diǎn)、硬度和耐磨性，而且更穩(wěn)定，不易分解。當(dāng)鋼中的特殊碳化物呈彌散分布時(shí)，將顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而不降低其韌性。三、細(xì)化晶粒幾乎所有的合金元素都有抑制鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大的作用，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。強(qiáng)碳化物形成元素鈮、釩、鈦等形成的碳化物，以及鋁(Al)在鋼中形成的AlN和Al2O3，均能強(qiáng)烈地阻礙奧氏體晶粒的長大，使合金鋼在熱處理后獲得比碳素鋼更細(xì)的晶粒。四、提高鋼的淬透性除鈷外，所有的合金元素溶解于奧氏體后，均可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲其向珠光體的轉(zhuǎn)變，使C形曲線右移，從而減小鋼的淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。常用的提高淬透性的合金元素主要有鉬、錳、鉻、鎳和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明顯提高鋼的淬透性。五、提高鋼的回火穩(wěn)定性淬火鋼在回火時(shí)抵抗軟化的能力稱為鋼的回火穩(wěn)定性。合金鋼在回火過程中，由于合金元素的阻礙作用，使馬氏體不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集長大，從而保持較大的彌散度，所以鋼在回火過程中硬度下降較慢。與碳素鋼相比，在相同的回火溫度下，合金鋼比相同含碳量的碳素鋼具有更高的硬度和強(qiáng)度。在強(qiáng)度要求相同的條件下，合金鋼可在更高的溫度下回火，以充分消除內(nèi)應(yīng)力，使其韌性更好。高的回火穩(wěn)定性使鋼在較高溫度下仍能保持高硬度和高耐磨性。金屬材料在高溫下保持高硬度的能力稱為紅硬性，這種性能對(duì)一些工具鋼具有重要意義?！?-2低合金鋼與合金鋼的分類和牌號(hào)一、低合金鋼與合金鋼的劃分低合金鋼與合金鋼是按所含合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來劃分的。低合金鋼與合金鋼合金元素規(guī)定含量界限值（摘自GB/T13304.1—2008）二、低合金鋼的分類(GB/T13304.2—2008)1.按質(zhì)量等級(jí)分類(1)普通質(zhì)量低合金鋼(2)特殊質(zhì)量低合金鋼(3)優(yōu)質(zhì)低合金鋼2.按主要性能及使用特性分類

低合金鋼按主要性能及使用特性分類，可分為可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼和其他低合金鋼。三、合金鋼的分類(GB/T13304.2—2008)1.按質(zhì)量等級(jí)分類(1)優(yōu)質(zhì)合金鋼(2)特殊質(zhì)量合金鋼2.按主要性能及使用特性分類(1)工程結(jié)構(gòu)用合金鋼(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼(3)不銹、耐腐蝕和耐熱鋼(4)工具鋼(5)軸承鋼(6)特殊物理性能鋼(7)其他如焊接用合金鋼等。四、低合金鋼與合金鋼的牌號(hào)低合金鋼與合金鋼的牌號(hào)表示方法（摘自GB/T221—2008）專用結(jié)構(gòu)鋼的用途、特性和工藝方法表示符號(hào)見下表：專用結(jié)構(gòu)鋼的用途、特性和工藝方法表示符號(hào)（摘自GB/T221—2008）五、鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系(GB/T17616—2013)鋼鐵及合金牌號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系，簡稱“ISC”，它規(guī)定了鋼鐵及合金產(chǎn)品統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)的編制原則、結(jié)構(gòu)、分類、管理及體系表等內(nèi)容。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)的組成§6-3低合金鋼低合金鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入了少量(一般總合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過3%)的合金元素而得到的。由于合金元素的強(qiáng)化作用，低合金鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼(含碳量相同)的強(qiáng)度要高得多，并且具有良好的塑性、韌性、耐腐蝕性和焊接性能。低合金鋼廣泛用于制造工程構(gòu)件。低合金鋼的應(yīng)用一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的主要力學(xué)性能及應(yīng)用（摘自GB/T1591—2018）續(xù)表二、低合金耐候鋼低合金耐候鋼是在低碳非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量銅、鉻、鎳等合金元素，使鋼表面形成一層保護(hù)膜的鋼。為了進(jìn)一步改善耐候鋼的性能，還可再添加微量的鈮、釩、鈦、鉬、鋯等其他能增強(qiáng)耐大氣腐蝕性能的合金元素。低合金耐候鋼的牌號(hào)及應(yīng)用三、低合金專用鋼1.汽車用低合金鋼它是在低碳鋼中，通過單一或復(fù)合添加鈮、鈦、釩等微合金元素，形成碳氮化合物粒子進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)通過微合金元素的細(xì)化晶粒作用，獲得較高的強(qiáng)度。2.鍋爐、壓力容器用低合金鋼壓力容器絕大多數(shù)由鋼板拼焊而成，在制造過程中壓力容器鋼板要經(jīng)受冷、熱加工，所以要求壓力容器鋼板具有良好的工藝性能，并且具有一定強(qiáng)度和足夠的韌性，以保證在正常工作條件下承受外載荷而不發(fā)生脆性破壞。3.鐵道用低合金鋼鐵道用低合金鋼主要用于制造鐵路鋼軌、鐵路用輾鋼整體車輪等。4.礦用低合金鋼礦用低合金鋼主要用于制造煤機(jī)、礦用結(jié)構(gòu)件等?！?-4合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼主要指機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼，它主要用于制造機(jī)械零件，如軸、連桿、齒輪、彈簧、軸承等。一、合金滲碳鋼合金滲碳鋼經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火的典型熱處理后，便具有“外硬內(nèi)韌”的性能，用于制造既具有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性，又能承受沖擊載荷的零件。合金滲碳鋼的應(yīng)用常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途續(xù)表二、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用于制造一些受力較復(fù)雜的，要求具有良好的綜合力學(xué)性能的重要結(jié)構(gòu)件。受力較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途續(xù)表三、合金彈簧鋼合金彈簧鋼的含碳量一般為0.45%~0.70%。若含碳量過高，則塑性和韌性降低，疲勞極限也會(huì)下降。合金彈簧鋼中可加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩和鎢等。加入硅、錳主要是提高鋼的淬透性，同時(shí)提高鋼的彈性極限，其中硅的作用最為突出。但硅元素含量過高易使鋼在加熱時(shí)脫碳，錳元素含量過高則易使鋼產(chǎn)生過熱。因此，重要用途的彈簧鋼必須加入鉻、釩、鎢等，它們不僅使鋼材具有更高的淬透性，不易過熱，而且可在高溫下保持足夠的強(qiáng)度和韌性。常用合金彈簧鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1222—2016）四、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼主要用于制造各種滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈及滾動(dòng)體。滾動(dòng)軸承及構(gòu)件常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、熱處理工藝及用途（摘自GB/T18254—2016）§6-5合金工具鋼合金工具鋼按用途可分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼。一、合金刃具鋼合金刃具鋼主要用于制造車刀、銑刀、鉆頭等各種金屬切削刀具。合金刃具鋼要求具有高硬度、高耐磨性、高熱硬性及足夠的強(qiáng)度和韌性等。合金刃具鋼的應(yīng)用1.低合金刃具鋼常用低合金刃具鋼的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、熱處理工藝及用途（摘自GB/T1299—2014）2.高速鋼高速鋼是一種具有高紅硬性、高耐磨性和足夠強(qiáng)度的合金工具鋼。鋼中含有較多的碳(0.7%~1.5%)和大量的鎢、鉻、釩、鉬等強(qiáng)碳化物形成元素。高速鋼常用于制造切削速度較高的刀具(如車刀、銑刀、鉆頭等)和形狀復(fù)雜、載荷較大的成形刀具(如齒輪銑刀、拉刀等)。高速鋼成形刀具常用高速鋼的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、熱處理工藝及用途（摘自GB/T9943—2008）續(xù)表二、合金模具鋼1.冷作模具鋼冷作模具鋼用于制造使金屬在冷狀態(tài)下變形的模具，如沖裁模、拉絲模、彎曲模、拉深模等。沖裁模2.熱作模具鋼熱作模具鋼用于制造使金屬在高溫下成形的模具，如熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模)等。熱鍛模、壓鑄模和熱擠壓模3.塑料模具鋼從兒童玩具到我們每天使用的生活用品，塑料制品在生活中無處不在。這些塑料制品大都是通過塑料模具壓注出來的。塑料制品與塑料模具常用塑料模具鋼的類別、牌號(hào)及特性三、合金量具鋼量具是測量工件尺寸的工具，如游標(biāo)卡尺、量規(guī)和樣板等。它們的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。量規(guī)和樣板合金量具鋼的應(yīng)用實(shí)例§6-6特殊性能鋼具有特殊的物理性能和化學(xué)性能的鋼稱為特殊性能鋼。一、不銹鋼不銹鋼主要指在空氣、水、鹽水溶液、酸及其他腐蝕性介質(zhì)中具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的鋼，又稱不銹耐酸鋼。只能抵抗大氣腐蝕的鋼是一般不銹鋼，而在一些化學(xué)介質(zhì)(如酸類)中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。一般不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼大都具有良好的耐腐蝕性能。常用的不銹鋼按化學(xué)成分可分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼等，按金相組織特點(diǎn)又可分為奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼等。常用不銹鋼的主要化學(xué)成分、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T20878—2007）續(xù)表二、耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的強(qiáng)度，能較好地適應(yīng)高溫條件的