工程材料第七章合金钢(合)

第七章合金钢第七章合金钢合金碳素钢合金钢？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。第七章合金钢§7.1碳素钢§7.2合金钢§7.3合金结构钢§7.4合金工具钢§7.5特殊性能钢本章主要内容第七章合金钢§7.1碳素钢§7.1碳素钢一、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§7.1碳素钢按含碳量分类2.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§7.1碳素钢二、碳素钢的牌号及用途1.碳素结构钢成分：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：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(GB/T700-1988)牌号等级化学成分脱氧方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于Q195－0.06-0.120.25-0.500.600.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.600.050/0.0450.045F,b,ZQ265A0.14-0.220.60-0.650.600.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.60-0.700.600.0450.045F,b,ZC0.180.65-0.800.600.0400.040ZD0.170.65-0.800.600.0650.065TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.600.050/0.0450.045ZQ275－0.28-0.680.50-0.800.650.0500.045Z§7.1碳素钢应用：钢板、钢筋、型钢等，做桥梁建筑构件多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁§7.1碳素钢2.优质碳素钢成分：含碳量在0.05-0.7%之间；有害元素含量较低。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§7.1碳素钢优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分，%s，MPa≥CMnSiSP08F10206540455060650.05-0.110.07-0.160.17-0.260.62-0.690.67-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.65-0.650.65-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.060.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.065175205245615665655675400420§7.1碳素钢应用：较重要机械零件，如轴、齿轮、弹簧等汽车曲轴需要进行一定的热处理，如淬火、回火，渗碳等§7.1碳素钢3.碳素工具钢成分：含碳量较高；S和P的含量严格控制。牌号：如T8（0.8%），T12（1.2%）如在数字后出现A，表示高级优质钢，如T12A§7.1碳素钢钢号C,%Mn,%Si,%S,%P,%退火后HBS,水冷淬火温度，℃T7T8T8MnT9T10MnT10T12T160.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.650.400.400.40-0.600.400.40-0.600.400.400.400.650.650.650.650.650.650.650.650.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.06518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62)§7.1碳素钢用途：冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等螺纹量规热处理：淬火+低温回火组织：回火M＋粒状Fe3C+A'§7.1碳素钢碳素钢牌号1.碳素结构钢2.优质碳素钢3.碳素工具钢Q235-A，F；Q25520钢（0.2%）；45钢（0.45%）万分之一T8（0.8%）；T12（1.2%）千分之一§7.1碳素钢碳素钢总结碳素钢品种齐全，冶炼、加工成型比较简单，价格低廉。经过一定的热处理后，其力学性能得到不同程度的改善和提高，可满足工农业生产中许多场合的需求。但是碳素钢的淬透性比较差，强度、屈强比、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性等也都比较低，它的应用受到了限制。为了提高钢的某些性能，满足现代工业和科学技术迅猛发展的需要，人们在碳素钢的基础上，有目的地加人了锰、硅、镍、钒、钨、钼、铬、钛、硼、铝、铜、氮和稀土等合金元素，形成了合金钢§7.1碳素钢§7.2合金钢§7.2合金钢1.常加入的合金元素有哪些？2.为什么要加入这些合金元素？3.这些合金元素怎样对钢的性能产生影响？Mn、Si、Ni、V、Mo、Cr、Ti、B、Al等有针对性地改善钢的淬透性、强硬度、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性。7.2.1合金元素在钢中的作用合金元素基本相相图加热冷却过程§7.2合金钢一、对Fe-C合金基本相的影响铁素体奥氏体渗碳体溶入F中形成合金铁素体，产生固溶强化效果（P﹥Si﹥Mn﹥Ni﹥……）溶入A中形成合金奥氏体，淬火后形成合金马氏体形成合金渗碳体(Fe，Me)3C或者特殊碳化物（如VC，TiC等）按合金元素与C元素的亲和能力：Ti﹥Zr﹥Nb﹥V﹥W﹥Mo﹥Cr﹥Mn﹥Fe强碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V等易形成特殊碳化物（难溶）中碳化物形成元素W、Mo、Cr，两类碳化物都可形成弱碳化物形成元素Mn形成合金渗碳体（易溶）返回§7.2合金钢二、对Fe-Fe3C相图的影响对S点和E点的影响扩大奥氏体相区（A形成元素）：Ni、Mn、Co缩小奥氏体相区（F形成元素）：Cr、V、Mo、W等扩大奥氏体相区元素使S和E点向左下方移动(低温、低碳方向)缩小奥氏体相区元素使S和E点向左上方移动（低温、高碳方向）S点和E点的移动对钢的组织和性能有什么影响？返回§7.2合金钢对奥氏体相区的影响三、对加热冷却过程的影响奥氏体化过程奥氏体晶粒强碳化物形成元素延缓奥氏体化进程非碳化物形成元素有促进奥氏体转变的作用除Mn以外大多数合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大过冷奥氏体转变过程除Co和Al外，大多数合金元素溶入A中降低钢的Ms点，增大残余奥氏体的量，对硬度和尺寸稳定性产生重大影响§7.2合金钢除Co以外大多数合金元素使C曲线右移，增大过冷奥氏体的稳定性，提高淬透性，改变C曲线的形状合金钢的种类繁多，根据选材、生产，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分类方法：1.按合金钢的用途分类1)合金结构钢2)合金工具钢3)特殊性能用钢2.按合金元素的含量分类低合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe≤5％。中合金钢：钢中合金元素总的质量分数Wme：5％～10％。高合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe≥10％。3.按平衡状态或退火组织分类亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。7.2.2合金钢的分类§7.2合金钢§7.3合金结构钢一、牌号及其表示方法二、普通低合金结构钢三、易切削钢四、渗碳钢五、调质钢六、弹簧钢七、滚动轴承钢§7.3合金结构钢牌号及其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60Si2Mnw(C)=0.6%,w(Si)=1.5-2.4%,w(Mn)﹤1.5%18Cr2Ni4WAw(C)=0.18%,w(Cr)=1.5-2.4%,w(Ni)=3.5-4.4%,w(W)﹤1.5%高级优质钢特例：滚动轴承钢（GCr15），G表示滚动轴承，Cr是常加元素，15表示含铬量千分之一为单位易切削钢（Y40Mn），Y表示易切削钢，后面部分与一般表示方法相同GCr25与Cr12的含铬量？返回普通低合金结构钢普通低合金结构钢（普低钢）：在低碳碳素结构钢的基础上加入少量合金元素（﹤3%）获得的钢种低合金高强度钢含碳量：﹤0.2%主加元素：Mn（1.25-1.5）%，溶入铁素体，起固溶强化作用细化珠光体，起细晶强化作用辅加元素：Nb、V、Ti，形成稳定碳化物，起第二相弥散强化作用，并阻碍A晶粒长大，起细晶强化作用性能：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好热处理、组织：热轧空冷，F+S钢号旧钢号主要化学成分，%机械性能CMnSi，s，MPab，MPa5，%Q29509MnNb12Mn0.160.80~1.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.18~0.201.00~1.600.5534563021~22Q39016MnNb15MnTi0.201.00~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.00~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.00~1.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV≥34J）普通低合金结构钢应用：常用于工程机械领域，如高压容器桥梁船舶车辆普通低合金结构钢返回易切削钢易切削钢：为了提高钢的切削加工性能，而加入一种或几种合金元素，形成易切削钢。主加元素：S（0.08-0.30）%，形成夹杂物，使切屑容易脆断具有减摩作用，降低切削力和切削热减低表面粗糙度，延长刀具使用寿命性能：具有良好的切削性能！过量的S容易产生热脆现象！Pb（0.15-0.25）%，降低摩擦系数、切屑变脆易断Ca（0.001-0.005）%，形成硅酸盐保护膜，降低磨损返回渗碳钢渗碳钢：用于制造渗碳零件的钢。性能要求：表面具有较高的硬度和耐磨性心部具有良好的塑性和韧性外硬内韧成分：w(C)=(0.1-0.25)%，保证心部具有良好的塑性和韧性合金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，强化铁素体，改善表面和心部的组织和性能Ni：提高心部强度，提高韧性和淬透性少量Mo、W、V、Ti：稳定的合金碳化物，细化晶粒，提高表层硬度和耐磨性热处理：正火处理（改善锻造的不良组织）+渗碳+淬火+低温回火室温组织：表面是回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体，60-62HRC心部淬透时：低碳回火马氏体+铁素体心部未淬透：索氏体+铁素体常用渗碳钢：低淬透性渗碳钢，20Cr、15Cr、20Mn2、20Mn2V等中淬透性渗碳钢，20CrMnTi、20CrMnMo等高淬透性渗碳钢，18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:930℃，回火：200℃）p172主要化学成