1、 工程材料讲稿七 李校夫编 第七章第七章 合金钢合金钢 合金钢合金钢：为改善钢的组织与性能，有意识地在碳钢的基础上加入某些合金元素形成的钢种。碳钢的特点：碳钢的特点：优点：优点：碳钢价廉，生产加工易，材料规格、形状品种齐全易购，采用热处理可提高性能。因此，无特殊要求应尽量采用。缺点：缺点：淬透性差，直径、厚度大的零件用水淬，也难于淬透，整个截面淬火品质也不均匀。强度较合金钢低。不耐高温（淬火后高温 使用，会产生回火，降低强度、硬度），不耐腐蚀。第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用能溶入碳钢形成合金钢的元素如下：能溶入碳钢形成合金钢的元素如下：非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu
2、，Si，Al，N，B 碳化物形成元素：Zr，Nb，Ti，V，W，Mo，Cr，Mn 等。合金元素在钢中的作用：合金元素在钢中的作用：一、对钢中基本相产生影响一、对钢中基本相产生影响 碳钢室温下的基本相，为铁素体F，渗碳体 。一般非碳化物元素溶入F体，形成合金铁素体（固溶体）；碳化物元素则置换 中的铁原子，形成渗碳体型碳化物和合金渗碳体（化合物）。凡能溶入铁素体的元素，只要在适当的含量适当的含量范围内，就都不同程度地使其硬度、韧性有所提高。（见书P99）CFe3CFe3 合金元素提强的机理：合金元素提强的机理：1。固溶强化作用固溶强化作用：形成合金铁素体时，由于溶入元素原子直径与原晶格中Fe原子的
3、直径有差别，引起铁素体晶格畸变，使塑性变形抗力增大固溶强化固溶强化。若合金元素的原子半径与Fe的原子半径相差越大；或两者晶格类型相差较大，则造成的畸变就越大，其固溶强化效果也越显著，使合金铁素体强度。2。细晶提强作用：细晶提强作用：合金元素溶入渗碳体内，增强了Fe与C的亲合力，提高了渗碳体的稳定性，形成渗碳体型碳化物。这种碳化物较难溶入奥氏体，难于聚集、长大，能起到细化晶粒，提高强度的目的。3。合金碳化物的提强作用：合金碳化物的提强作用：在高碳高合金钢中，除渗碳体型碳化物外，还有稳定性高的合金碳化物，其本身熔点、硬度很高，难溶入奥氏体，难于聚集、长大，因此其含量的增加使合合金钢强度、硬度显著提
4、高。金钢强度、硬度显著提高。二、合金元素对铁碳平衡图产生影响二、合金元素对铁碳平衡图产生影响 使铁碳平衡图上单相区扩大或缩小，使相变温度，向低温或低碳；高温或高碳方向移动。对热处理工艺的操作条件发生影响。三、合金元素对热处理过程的影响三、合金元素对热处理过程的影响 使使C曲线的鼻尖右移，曲线的鼻尖右移，C曲线变形曲线变形（向低移或 一分为二），淬透性提高。提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性，（即钢对回火时发生 软化、降硬的抵抗能力）因此，合金钢与碳 钢比，同一温度回火后，硬度远高于碳钢。产生二次硬化观象：产生二次硬化观象：合金钢中的某些钢种如含W，Mo、V、Ti量高的钢，回火时硬度不降，反升
5、不降，反升出 现二次硬化。降低回火脆性：降低回火脆性：碳钢，合金钢淬火后在某一温度回 火，会产生脆化称回火脆性。加入某些 特定的元素（W,Mo）可有效地防止回火脆 性。第二节第二节 合金钢的分类和编号方法合金钢的分类和编号方法 一、分类，分类，按按用途用途可分为：可分为：合金结构钢，合金工具钢，特殊性能钢。如下：二、编号方法：二、编号方法：按（GB221-79）的规定，合金钢结构钢与合金工具钢均采用下述方法编号：数字数字+化学元素化学元素+数字数字合金结构钢合金结构钢 (其中机器用钢其中机器用钢的编号的编号)第一部份数字为：含碳量的万分数；第二部分化学元素：即钢中所含合金元素;；第三部分数字：
6、合金含量。以合金平均含 量的百分数表示。含量1.5时，无数字；若含量等于、大 于1.5、2.5、3.5.时，分别以数字2、3、4、.表示。例例1：表示含碳0.570.65，含Si 1.5，Mn含量1.5的合金钢。例例2：表示含碳0.370.45，Cr含量1.5的铬钢。2Mn60SiCr40 合金工具钢的编号合金工具钢的编号 第一部份数字：含碳千分数，当含碳量1时不标数字；合金元素同结构钢；合金元素含量同结构钢。例：例：9SiCr含碳0.9，Si、Cr1.5的合 金工具钢。为强调钢用途时前加拼音为强调钢用途时前加拼音 例：例：GCr9G(滚)，滚动轴承钢铬9。Y12Y（易），易切钢12。高级优质
7、钢高级优质钢 与碳钢相似，后加“A”，或“高”字。例：例：60Si2MnA或60Si2Mn高。第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 一、普通低合金（高强）钢普通低合金（高强）钢：见书P105106 二、渗碳钢渗碳钢：指常采用制造工艺为：表面渗碳表面渗碳+淬火淬火+回火回火工艺的低碳钢，低碳合金钢。其主要用在承受冲击载荷和表面受到强烈摩擦、摩损条件下工作的零件，如变速齿轮等。渗碳钢化学成份渗碳钢化学成份：渗碳钢含碳量低，C 0.10.25之间，心部可有足够的韧、塑性。碳素渗碳钢淬透性差;渗碳低碳合金钢含Cr、Ni、Mn、B元素是为了提高淬透性；含Ti、V、Mo等是为了细化晶粒。渗碳钢热处理：渗碳钢
8、热处理：方法：渗碳+淬火+200低温回火。大多数合金钢采用渗碳后直接淬火。渗碳淬火表面：含C 0.851.0，硬度 HRC6062。渗碳钢心部组织：全淬透时，是低碳M体，多数是T、M、F的混合组织，一般综合 强度好，HRC2540，60 。2/cmjK 常用合金渗碳钢及工艺：常用合金渗碳钢及工艺：合金渗碳钢按淬透性可分为：低淬透性钢 15Cr，20Cr等；中淬透性钢 20CrMnTi，20CrMnMo等；高淬透性钢 等。其成分、热 处理、性能及用途见表73。WNiCr4218 典型零件工艺典型零件工艺:凸轮轴齿轮的典型工艺（见书P100的三种选材）三、调质钢调质钢 经调质处理（组织准备或终处理）后使用的结构钢。多数为中碳钢。其含碳在0.250.5之间。调质品质：调质品质：取决于钢的淬透性。因此，应选含有提淬 透性元素的合金来作调质钢。如：如：含Cr、Ni、Mn、Si、B元素的钢等。常用碳素调质钢：常用碳素调质钢：40，45，50 适用于小尺寸，负荷较轻零件。常用合金调质钢：常用合金调质钢：40Cr，40MnB等。因合金元素的强化作用，合金调质钢的含碳量可偏下限。如：如：30CrMo，40Cr，30CrMnTi等。常用调质钢的典型工艺调质钢的典型工艺-气缸螺栓气缸螺栓 四、调质钢中的专用氮化钢四、调质钢中的专用氮化钢 38CrMoAl用来作精密齿轮、镗杆等。第七章 完
