第6章 合金钢

第六章 合金钢第六章 合金钢合金合金碳素钢碳素钢合金钢合金钢？主要由Fe、C两元素组成，含其它杂质元素，如Si、Mn、S、P、N等在碳素钢的基础上有目的地添加了其它合金元素，如Mn、Si、Ni、V等。杂质元素合金元素同为Si、M等非Fe、C元素，为何在碳素钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素？为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！获得比碳素钢更好的性能强硬度、塑韧性、耐腐蚀性、尺寸稳定性、耐摩擦性能、易切削性等。第六章 合金钢6.1 碳素钢碳素钢6.2 合金钢合金钢6.3 合金结构钢合金结构钢6.4 合金工具钢合金工具钢6.5 特殊性能钢特殊性能钢第六章 合金钢6.1 碳素钢6.1 6.1 碳素钢碳素钢一、成分和分类一、成分和分类主要元素C：0.0218-2.11%有益常存元素Si、Mn：产生固溶强化有害常存元素P：冷脆 S：热脆 O、H、N：强度、塑性、韧性1.成分成分6.1 碳素钢按含碳量分类2.分类分类低碳钢：0.0218-0.25%中碳钢：0.25-0.6%高碳钢：0.6-2.11%按质量（S、P含量）分类普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢按用途分类碳素结构钢优质碳素钢碳素工具钢6.1 碳素钢二、碳素钢的牌号及用途二、碳素钢的牌号及用途1.碳素结构钢碳素结构钢成分：成分：含碳量在0.06-0.38%之间；非金属夹杂物和有害元素含量较高。牌号：牌号：如 Q235-A，F 其中Q表示屈服强度，235为屈服强度最小值，A为质量等级，F脱氧方法碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧脱氧方法方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.600.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.600.050/0.0450.045F,b,Z Q265 A0.14-0.220.60-0.650.600.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.60-0.700.600.0450.045F,b,ZC0.180.65-0.800.600.0400.040ZD0.170.65-0.800.600.0650.065TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.600.050/0.0450.045ZQ2750.28-0.680.50-0.800.650.0500.045Z6.1 碳素钢应用：应用：钢板、钢筋、型钢等，做桥梁建筑构件多边型角钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁6.1 碳素钢2.优质碳素钢优质碳素钢成分：成分：含碳量在0.05-0.7%之间；有害元素含量较低。牌号：牌号：如 45钢（0.45%），60钢（0.6%）等 两位数字表示含碳量，以万分之一为单位6.1 碳素钢优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10206540455060650.05-0.110.07-0.160.17-0.260.62-0.690.67-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.65-0.650.65-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.060.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.06562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062滚动轴承钢合金结构钢复习一般表示方法一般表示方法：“两位数字+元素符号+数字+”表示含碳量，万分之一为单位表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于1.5%时，数字省略高级优质钢在最后加A表示举例：举例：40CrMnMo60Si2MnWA20CrMnTi普低钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢普低钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢常用合金结构钢：常用合金结构钢：6.4 6.4 合金工具钢合金工具钢 在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元素，用来制造各种刃具、模具、量具等用钢就称为合金工具钢。6.4 合金工具钢回顾碳素工具钢的牌号、用途、热处理、室温组织等！牌号牌号：T8、T12用途用途：凿子、锉刀、量具等热处理热处理：淬火+低温回火室温组织室温组织：回火M+球状渗碳体+残余A6.4 6.4 合金工具钢合金工具钢6.4.1 牌号表示方法牌号表示方法6.4.2 刃具钢刃具钢6.4.3 模具钢模具钢6.4.4 量具钢量具钢6.4 合金工具钢牌号的一般表示方法牌号的一般表示方法合金元素合金元素：表示方法与合金结构钢相同高速钢高速钢，不论含碳量多少都不标，W18Cr4V6.4.1 牌号表示方法含碳量含碳量：W(C)1.0%，不标；W(C)1.0%，以一位数表示，千分之一为单位合金结构钢中合金元素是怎么表示的？含碳量又合金结构钢中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？是如何表示的？特例特例返回返回6.4.2 刃具钢刃具钢：刃具钢：用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。工作条件：工作条件：强摩擦，磨损严重，刃部高温至500-600，常受冲击和振动性能要求：性能要求：高硬度高硬度，一般都在60HRC以上 高耐磨性高耐磨性，严重影响刃具的使用寿命和使用效率 高红硬性高红硬性，高硬度下保持高硬度的能力 良好配合的强度、塑性和韧性良好配合的强度、塑性和韧性，防止冲击和振动载荷分类：分类：低合金刃具钢、高速钢低合金刃具钢、高速钢一、低合金刃具钢：一、低合金刃具钢：在碳素工具钢的基础上加入（3-5%）合金元素 就形成低合金刃具钢化学成分：化学成分：含碳量含碳量：（0.75-1.5）%之间 Si、Mn、Cr：提高淬透性，Si还能提高回火稳定性 W、V：细小弥散的合金碳化物，提高硬度和耐磨性，细化晶粒，进一步增加回火稳定性热处理特点：热处理特点：预处理：球化退火，改善锻造组织和切削加工性能 最终热处理：淬火+低温回火室温组织：室温组织：回火M+碳化物+少量残余奥氏体性能：性能：HRC60以上，使用温度200-6006.4.2 刃具钢9SiCr钢制造圆板牙钢制造圆板牙工艺路线：工艺路线：下料 球化退火 机加工 淬火+低温回火 磨平面 抛槽 开口热处理工艺：热处理工艺：800-8102-4h炉冷700-720炉冷出炉空冷6-8h500600-650850-870160-200190-2006.4.2 刃具钢常用的低合金刃具钢常用的低合金刃具钢板牙板牙丝锥丝锥9SiCr、9Mn2V等，用于几何形状复杂、加工精度要求较高、切削速度不大的板牙、丝锥、铰刀、搓丝板等6.4.2 刃具钢二、高速钢：二、高速钢：合金元素总量超过10%的的高合金工具钢化学成分：化学成分：含碳量含碳量：w(C)=0.7 1.2%W：提高红硬性的主要元素，“二次硬化”现象 Cr：提高淬透性、硬度和耐磨性 V：细化晶粒，提高硬度和耐磨性性能：性能：高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性 VC等弥散硬化 高红硬性高红硬性 600 时HRC62，W2C等提高热硬性。高淬透性高淬透性 尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。6.4.2 刃具钢W18Cr4V钢制造圆盘形齿轮铣刀钢制造圆盘形齿轮铣刀工艺路线：工艺路线：下料 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工 淬火淬火+多次回火多次回火 喷砂 磨加工成品锻造目的锻造目的：成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。6.4.2 刃具钢1270-1280800-840580-620560分级淬火预热，保证表面心部均匀加热热处理热处理：淬火（1280，油冷）+三次回火（560）6.4.2 刃具钢淬火淬火：高的加热温度增加A、M中合金含量，提高热硬性。三次回火三次回火：W2C、VC弥散硬化，产生“二次淬火”，多次回 火基本消除A 。室温组织室温组织：回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体 。常用高速钢：常用高速钢：W18Cr4V、W5Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Al 等等应用应用：高速车刀、钻头、铣刀等。返回返回6.4.2 刃具钢6.4.3 模具钢模具钢：模具钢：用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢，分为冷作模具和热作模具两大类一、冷作模具钢：一、冷作模具钢：室温下对金属进行变形加工的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模。拉丝模、落料模等性能要求：性能要求：较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度化学成分：化学成分：w(C)1%，Cr、Mn、W、Mo、V应用：应用：大型模具-Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。小型模具-9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等，要求不高时 也可用碳素工具钢最终热处理：最终热处理：淬火+低温回火最终组织：最终组织：回火M+碳化物 +少量 A 二、热作模具钢：二、热作模具钢：用于制造在受热（400-600）状态下对金属进行 变形加工的模具性能要求：性能要求：较高的温度下具有良好的强韧性、较高的硬度、耐磨性、导热性、抗热疲劳能力，较高的淬透性 和尺寸稳定性化学成分：化学成分：w(C)=（0.3-0.6）%，Cr、Ni、Mn 提高淬透性和强度 W、Mo、V 产生二次硬化，提高红硬性应用：应用：中小型模具 5CrMnMo 等。大型模具 6Cr2W8V等，淬透性好。最终热处理：最终热处理：淬火+高（中）温回火最终组织：最终组织：回火索氏体（回火托氏体）6.4.3 模具钢返回返回6.4.4 量具钢量具钢：量具钢：用于制造卡尺、千分尺、样板、塞规、块规、螺旋测微仪 等各种测量工具的钢性能要求：性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。化学成分：化学成分：w(C)=（0.9-1.5）%，Cr、W、Mn 提高淬透性和减小应力应用：应用：简单量具：T10A、T12A 等。高精度量具：GCr15、CrWMn 等。没有专用的量具钢没有专用的量具钢最终热处理：最终热处理：淬火 +（-70-80）冷处理+低温回火+时效处理最终组织：最终组织：回火索氏体（回火托氏体）时效处理：时效处理：120160，保温几几十小时，使M、A 稳定，消除内应力。650820-840油冷冷处理-75-78 140-160 3h时效处理110-12036h110-1203h返回返回6.4.4 量具钢6.5 特殊性能钢6.5.1 牌号表示方法牌号表示方法6.5.2 不锈钢不锈钢6.5.3 耐热钢耐热钢6.5.4 耐磨钢耐磨钢6.6.5 5 特殊性能钢特殊性能钢6.5.1 牌号表示方法牌号的表示方法牌号的表示方法 特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！如9Cr18 不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。w(C)0.03%，在最前面用“00”表示，w(C)0.08%，在最前面用“0”表示00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9 耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ZG”，“ZG+元素符号+数字.”百分之一为单位ZGMn13-1 返回返回6.5.2 不锈钢不锈钢：不锈钢：某些在大气和一般介质中具有较高化学稳定性的钢一、金属腐蚀：一、金属腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀金属中不同相由于其电极电位不同而在电解质溶液中形成原电池，并在腐蚀过程中有微电流产生常用的防护措施：常用的防护措施：形成钝化膜保护金属 获得单相组织，避免形成原电池 提高基体电极电位，减小电极电位差二、常用不锈钢二、常用不锈钢1.马氏体不锈钢 常用的马氏体不锈钢的含碳量（0.1-0.45）%，主要合金Cr的质量分数（12-14）%，通常称为Cr13型钢，如1Cr13、2Cr13，用作受冲击载荷的汽轮机叶片等；3Cr13、4Cr13，用于弱腐蚀条件下有高硬度要求的医疗器具、弹簧、刃具等2.铁素体不锈钢 这类钢从室温加热到高温9601100，不发生相变，始终都是单相铁素体组织，因此被称为铁素体不锈钢。常用钢的碳质量分数小于015C，铬的质量分数在(12一32)Cr之间，钢号有0Crl3、1Crl3、1Crl7Ti、1Cr28等。一般用于硝酸、氮肥工业的设备、容器、管道和食品工厂设备等3.奥氏体不锈钢 这类钢有较高质量分数的镍，扩大了奥氏体区域，室温下能够保持单相奥氏体组织，所以称之为奥氏体不锈钢，一般铬的质量分数在(1719)Cr之间，镍的质量分数在(811)Ni之间，又简称为188型不锈钢。钢号有0Crl8Ni9、1CrNi9、0CrNi9Ti、1Crl8Ni9Ti等。返回返回6.5.3 耐热钢耐热钢：耐热钢：耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢1.金属耐热性的基本概念 金属材料的耐热性包含两方面。金属的高温抗氧化性金属的高温抗氧化性是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力，是钢能否持久地工作在高温下的重要保证条件。金属的高温强度金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力，即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。6.5.3 耐热钢2.常用耐热钢 1)抗氧化钢抗氧化钢：抗氧化钢基本上是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝、稀土元素等形成的，常用的有3Crl8Mnl2Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Crl8Ni25Si2等钢；2)热强钢热强钢(1)珠光体钢珠光体热强钢的化学成分特点是碳的质量分数较低，合金元素总量也小于(35)Me，常用钢号有15CrMo、12CrMoV等。(2)马氏体钢马氏体热强钢的铬质量分数较高，有Crl2型和Crl3型的钢1CrllMoV、1Crl2MoV钢和1Crl3、2Crl3钢等。(3)奥氏体钢奥氏体热强钢含较高的铬和镍，总量超过10%，常用钢有1Crl8Ni9Ti、4Crl4Nil4W2Mo等。返回返回6.5.4 耐磨钢耐磨钢：耐磨钢：耐磨钢主要是指在强烈冲击载荷作用下发生硬化的高锰钢成分成分：高锰钢碳的质量分数在(00915)C之间，锰的质量分数为(11一14)Mn，钢号表示为Mnl3。热处理热处理：10001100，保温，水冷A，硬度低，韧性高。性能性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。用途用途：履带、铁道岔道小结小结重点要求重点要求1.1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。6.6.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；一般要求一般要求.特殊性能钢；特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。时效处理、热硬性等概念。直径为直径为1010 mmmm 的的共析钢小试样加热共析钢小试样加热 AcAc+6060，用图，用图1-6 所示的冷却曲线进所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。答：答：a a M+A M+A单液淬火单液淬火b b M+A M+A分级淬火分级淬火c c T+M+A T+M+A 油冷淬火油冷淬火d d 下下B B 等温淬火等温淬火e e S S 正火正火f f P P 完全退火完全退火g g P P 等温退火等温退火