合金钢(修改).

在碳素钢的基础上，加入其他元素后形成的、具有某些特定性能的钢.第八章合金钢1、综合机械性能差碳素钢的缺陷2、热稳定性差碳钢在使用温度超过200℃后，软化变形，机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于高温场合。3、耐腐蚀性差碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤其对酸几乎没有任何抵御能力。4、淬透性差碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零件。5、不能满足某些特殊性能要求非碳化形成元素不能与碳形成化合物，包括NiSiAlCuCoP等；碳化形成元素包括Ti、Nb、V、Mo、Cr、Mn等，他们与碳的亲和力比铁与碳的亲和力大，其中以钛为最大，其余依次减小。合金元素对钢性能的影响常用的合金元素常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化形成元素两大类合金元素对钢性能的影响影响1、强化铁素体合金元素溶于铁素体内形成合金渗碳体，产生固溶强化。F的强度↑，硬度↑，塑性、韧性↓例：SiMnNi大于CrWMo合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体硬度影响合金元素对钢性能的影响2、形成碳化物铁和碳形成的碳化物亲和力最弱，亲和力越强稳定性越高，合金渗碳体越难溶于奥氏体。难聚集长大。碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe强碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素影响Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高钢中碳化物W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。合金元素对钢性能的影响影响3、细化晶粒⑴对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。⑵对奥氏体晶粒长大倾向的影响：碳化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。Mn、P促进长大。合金元素对钢性能的影响影响合金元素溶入奥氏体后（除钴外），能增加奥氏体的稳定性，使c曲线右移，提高钢的淬透性。加入合金元素越多，c曲线右移越显著。4、提高淬透性除Co、Al外,所有元素都使Ms、Mf点下降，其中Mn的作用最为强烈。合金元素对钢性能的影响影响5、提高回火稳定性※注意：合金钢不经过处理，它的机械性能比碳钢提高不多，只有经过热处理，才能显著提高综合性能和特殊性能。合金元素使淬火钢在回火过程中，组织分解和转变速度减缓，增加了回火抗力，提高回火稳定性，从而使合金钢的硬度回火后下降程度减轻。某些碳化物形成元素，甚至出现回火时二次硬化现象。按所含合金元素的种类分合金钢的分类按用途分合金结构钢合金工具钢特殊性能钢按合金元素含量低合金钢合金元素总含量﹤5%中合金钢5—10%高合金钢﹥10%锰钢铬钢硼钢镍铬钢按化学成分分合金钢重要的机械零件和工程结构具有特殊的物理、化学性能的钢重要的刃具、量具和模具含磷、硫较低的高级优质钢，则钢号最后加“A”合金钢的牌号二位数字＋化学元素符号＋数字平均含碳量的万分数合金元素平均含量的百分数合金元素平均含碳量为0.18%合金钢的牌号合金结构钢二位数字+化学元素符号+数字元素含量小于1.5%不标所加元素含碳量的万分之几18Cr2Ni4WA高级优质平均含W量小于1.5%平均含Ni量4%平均含Cr量2%含钼、钒量小于1.5%合金钢的牌号合金工具钢①含碳量小于1%一位数字+元素符号+数字例：9Mn2V平均含钒量小于1.5%平均含锰量为2%表示平均含碳量为0.9%②含碳量大于1%牌号前不标数字例：Cr12MoV表示平均含碳量大于1%含铬量12%为表示钢的用途，在钢号前附以字母。如滚动轴承钢合金钢的牌号特殊合金钢其牌号基本与合金工具钢相同特殊专用钢按照用途不同，合金结构钢可分为：第三节合金结构钢在碳素结构钢的基础上加入适量合金元素的钢。低合金结构钢Q345合金调质钢40Cr合金渗碳钢20CrMnTi合金弹簧钢60Si2CrA滚动轴承钢Gcr15超高强度钢Ni25Ti2AlNbB大型渗碳齿轮A数控机床主轴C滚动轴承D弹簧合金渗碳钢20CrMnTi合金弹簧钢60Si2Mn合金调质钢40Cr滚动轴承钢GCr15改装钢的性能，使用可靠持久。普通低合金钢概念在碳素结构钢的基础上加入适量合金元素的钢。作用目的取代普通碳素结构钢，船舶、车辆、高压容器、管道、建筑材料等。合金高强度钢Q420合金渗碳钢概念经渗碳淬火、低温回火后使用的钢。应用成分制造表面承受强烈摩擦，并承受动载荷的零件。如：轴、连杆、齿轮。化学成分：含碳量：0.10%—0.25%主加元素：Cr、Ni、Mn、B提高淬透性V、Ti细化晶粒，保证淬火后心部得到低碳马氏体。热处理：渗碳、淬火+低温回火常用：20CrMnTi、20Mn2B化学成分：C0.3—0.5%主加元素：Mn、Cr、Ni、Ti、B提高淬透性，强化铁素体。细化晶粒，提高回火稳定性。常用材料：40Cr合金调质钢概念调质钢是经调质处理后使用的钢性能特点成分具有良好的综合机械性能，即有较好的强度、塑性和韧性，并有一定的硬度。失效原因：疲劳破坏化学成分：热处理及性能：冷成型弹簧D﹤10mm去应力退火热成型弹簧大型弹簧淬火+中温回火合金弹簧钢要求弹簧一般是在动载荷和交变应力的条件下工作。有高的强度，高的疲劳极限，足够的塑性和韧性性能特点成分含碳量0.50%—0.70%主加元素硅、锰常用材料：65Mn、60Si2Mn化学成分高铬碳钢C0.95—1.15%高硬度，高耐磨性，高强度Cr提高淬透性，形成合金渗碳体，提高强度、疲劳极限和耐磨性。Si、Mn进一步提高淬透性。常用：GCr15、GCr9合金轴承钢要求制造滚动轴承的专用钢叫滚动轴承钢。性能要求：高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，有一定的抗蚀能力成分及特点牌号前加“G”表示屈服强度大于1380MPa，抗拉强度大于1500MPa的钢。35Si2MnMoVA做飞机起落架，框架等。40SiMnCrWMoRe做超音速飞机的机体。超高强度钢特点及应用特点：淬透性好，耐磨性好，热硬性高，热变形小。第四节合金工具钢刃具钢量具钢模具钢低合金刃具钢9SiCr高速钢W6Mo5Cr4V2冷作模具钢CrWMn热作模具钢5CrNiMoCrMn合金工具钢模具刃具量具刃具钢工作条件高压力和摩擦，温度高，冲击振动性能要求(1)高硬度、高耐磨性：一般其硬度为60HRC，应远远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均匀且稳定。(2)高的红硬性：红硬性是指钢在高温下仍能保持足够高硬度的特性。(3)一定的强韧性：为保证刃具在工作中受到拉压弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有一定的韧性是必须的。切削加工的基本形式高硬度、高耐磨性、较好的红硬性（250℃～300℃）热处理：等温球化退火→等温淬火+低温回火去应力低合金刃具钢主加元素铬、锰、硅、钨、钒含量小于5%①提高淬透性:Cr、Mn、Si②提高耐回火性：Si③提高耐磨性、细化晶粒:W、V常用材料9SiCr、9Mn2V、CrWMn板牙丝锥例：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2高速钢高硬度、高耐磨性、很高的红硬性（600℃）主加元素铬、钨、钼、钒、高碳①提高淬透性:Cr②保证高的热硬性：W、Mo③提高耐磨性、细化晶粒:V加工工艺路线：下料→锻造→球化退火→机加工→淬火→高温回火→磨削高速钢W18Cr4V钢的铸态组织高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体、黑色P、树枝状M+T（白亮）及残余Ａ组成，其中碳化物含量高达１８－２７％，且分布极不均匀，故脆性大且无法热处理改善。⑵球化退火目的：降低硬度，便于切削加工；为淬火作组织准备。退火后组织：S+均匀细小颗粒状碳化物⑴反复锻造目的：打碎粗大的碳化物，使其均匀分布于基体中。（反复镦拔，８５０－９００℃以下缓慢进行，锻后缓冷）W18Cr4V钢的退火组织⑶最终热处理：淬火+高温回火淬火后组织：M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V钢的淬火组织热处理特点：a：淬火加热须预热（800-840℃）截面大形状复杂的可500-600℃再加一次预热b：淬火加热温度高，高于1200℃（保证M中合金元素含量，从而获得二次硬化效果）c:一般油淬，通常采用分级或等温淬火，减少变形，提高韧性e：常进行三次回火.尽可能降低Ar含量每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。d：回火温度高560℃（提高韧性，产生二次硬化效果）①析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。高速钢硬度与回火温度关系W18Cr4V钢热处理工艺示意图工具钢量具钢要求：高精度、尺寸稳定、热处理变形小。常用材料：CrMn、CrWMn热处理：淬火+低温回火冷处理消除残余奥氏体，稳定尺寸。卡尺塞规千分尺模具钢冷作模具钢用于制造冲压、锻压成型和压铸等模具。工作条件：承受压力、弯曲应力、冲击应力和摩擦力。磨损、断裂、变形超差。要求：高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性。化学成分：含碳量高，主加铬、锰、硅常用材料：轻载GCr15、CrWMn、9Mn2V重载5CrMnMo热处理：球化退火+淬火+低温回火特例：CrWMn一般采用高温回火作为预备热处理，保证淬火效果模具钢热作模具钢要求：1）强度、韧性、耐磨性。2）高的回火稳定性。3）抗热疲劳能力。4）较高的淬透性。5）较好的导热性。热处理：淬火+中温回火曲轴模具热模锻曲轴毛坯压铸模钢（1000℃以上）典型钢号是3CrW8V,为过共析钢.高的回火稳定性、红硬性及高的热疲劳抗力.淬火+高温回火（两次）后组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)型板压铸模压铸工艺第七节特殊性能钢分为三类：不锈钢、耐热钢、耐磨钢金属腐蚀材料与它所处环境介质之间所发生作用而引起材料变质和破坏。如空气、海水、土壤、酸、碱、盐等概念1、经济损失2、造成的危害、灾难事故危害金属腐蚀分类化学腐蚀电化学腐蚀气体腐蚀非电解质溶液中的腐蚀按腐蚀历程常温腐蚀高温腐蚀按腐蚀温度自然腐蚀工业环境介质腐蚀大气腐蚀土壤腐蚀按腐蚀环境海水腐蚀微生物腐蚀金属腐蚀化学腐蚀金属与环境介质发生单纯化学作用，生成金属化合物，并使材料性能蜕化的现象。如钢的高温氧化、脱碳等钢铁的吸氧腐蚀负极：2Fe－4e-＝2Fe2+正极：2H2O+O2+4e-＝4OH-钢铁的析氢腐蚀钢铁表面形成的微小原电池示意图负极：Fe－2e-＝Fe2+正极：2H+＋2e-＝H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O电化学腐蚀2、改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢（不锈钢）1、金属表面覆盖保护层如涂油漆、油脂、塑料、陶瓷等，镀上一层耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Cr等)，或氧化形成致密的氧化物薄膜作保护层。原理：隔绝金属与外界空气、水、电解质溶液的接触。金属腐蚀的防护3、电化学保护法——牺牲阳极的阴极保护法原理：将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，被保护金属做正极，不反应得到保护；而活泼金属反应作负极被腐蚀。用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换锌块用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀金属腐蚀的防护3、电化学保护法——外加电流的阴极保护法原理：通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护常用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。金属腐蚀的防护金属腐蚀提高钢耐腐蚀性的一般途径（1）尽量使钢在室温下呈单相组织（2）提高电极电位（3）形成钝化膜①马氏体不锈钢:最常用的是Cr13型系列②铁素体不锈钢:Cr﹤15%1Cr17铬不锈钢铬镍不锈钢含铬18%的钢中加入9—10%镍。如1Cr18Ni9抗强酸1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Nb具有耐热性1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位(n/8规律)3、Ni：获得单相奥氏体