第3章 钢的热处理 34低合金钢和合金钢

1-1课题四低合金钢和合金钢1-2教学重点常用低合金钢、合金结构的牌号、性能及用途。教学难点合金元素对钢性能的影响、低合金钢，合金结构钢牌号与应用之间的一般关系。本课题重点与难点1-31、合金元素在钢中的存在形式及作用3.4.1合金元素在钢中的作用1）合金元素与铁作用形成固溶体合金元素可以溶入α-Fe或γ-Fe中，形成含合金元素的铁素体或奥氏体。合金元素的溶入，将导致铁素体或奥氏体的晶格畸变，产生固溶强化。硅、锰、镍等元素对铁素体的强化效果显著。2）合金元素与碳作用形成合金碳化物大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物，熔点高、硬度高、不易分解，呈颗粒状分布在晶界上，可细化晶粒，提高钢的强度和硬度。1-42、合金元素对钢热处理的影响3.4.1合金元素在钢中的作用1）合金元素对加热时奥氏体化的影响大多数合金元素能减慢碳的扩散速度，加之合金碳化物稳定、难溶解，显著减慢碳及合金元素的扩散速度，故减慢了奥氏体化过程。大多数低合金钢和合金钢，需更高的加热温度、更长的保温时间。大多数合金元素（除锰、磷外）形成的碳化物，在高温下较稳定，且分布在奥氏体的晶界上，能有效阻止奥氏体晶粒的长大，起到细化奥氏体晶粒的作用。1-53.4.1合金元素在钢中的作用2）合金元素对冷却时奥氏体转变的影响增加过冷奥氏体的稳定性，固溶于奥氏体中的合金元素（除钴以外），均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性（C曲线右移），使钢的淬透性增加，降低马氏体点（Ms），除钴、铝以外，大多数合金元素均会降低马氏体点，使合金钢淬火后的残余奥氏体量增加。1-63.4.1合金元素在钢中的作用3）合金元素对回火转变的影响1）提高钢的耐回火性（回火稳定性）1-73.4.1合金元素在钢中的作用2）产生二次硬化1-83.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号1、低合金钢的分类及牌号1）低合金钢的分类（1）按主要质量等级分类普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢（2）按主要性能和使用特性分类分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其他低合金钢等。1-93.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号2）低合金钢的牌号（1）低合金高强度结构钢表示方法与碳素结构钢相同。例：Q345。（2）易切削结构钢以“易”字的汉语拼音字首“Y”为首，其后数字表示平均碳含量的万分数，钢中含锰量较高时标出“Mn”。例：Y40Mn。1-103.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号2、合金钢的分类及牌号1）合金钢的分类（1）按主要质量等级分类优质合金钢特殊质量合金钢（2）按主要性能和使用特性分类分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。1-113.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号2）合金钢的牌号（1）机械结构用合金钢和工程结构合金钢(1)调质处理合金结构钢、表面硬化合金结构钢、合金弹簧结构钢。两位数字+元素符号+数字（+A）(碳含量的万分数)(所含合金元素)(该元素含量的百万分数)(硫磷含量少钢质量高)例：18Cr2Ni4WA。(2)高锰耐磨钢。ZG+Mn+数字(铸钢汉语拼音字首)(锰)(平均含锰量的百分数)例：ZGMn13-1。1-123.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号（2）轴承钢GCr+××（+元素符号+数字）(G：“滚”汉语拼音字首；Cr:铬；××：平均含铬量千分数；元素符号：若还有其他元素；数字：含量百分数。）例：GCr15SiMn。（3）合金工具钢表示方法与合金弹簧钢类似，差别在于：若钢中的WC＜1%时，牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几；若钢中的WC≥1%时，牌号前不标出含碳量。例：9Mn2V。1-133.4.2低合金钢和合金钢的分类及牌号（4）高速工具钢表示方法与合金工具钢类似，主要差别是无论钢中的含碳量多少，均不在牌号前标出数字。例：W18Cr4V。（5）不锈钢和耐热钢表示方法与合金工具钢类似，只是当WC≤0.03%或WC≤0.08%时，其牌号前的数字分别用“00”或“0”代替。例：3Cr13；00Cr17Ni14Mo2。1-143.4.3低合金钢1、常用低合金高强度结构钢1）低合金高强度结构钢的成分和性能特点成分特点：在低碳钢（Wc＜0.2%）的基础上加入少量的锰、硅、钛、钒、铌等合金元素而制成的钢。性能特点：强度高，塑性、韧性好，焊接性好、冷成形性好、耐蚀性好、冷脆转变温度低、成本低。2）常用的低低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的强度比低碳钢高出10%～30%，代替碳素结构钢，可大大减轻机件或结构件的重量。例：南京长江大桥的桥梁采用Q345比用Q235节省钢材15%以上。广泛用于船舶、车辆、桥梁、压力容器等工程结构件及低温下工作的构件等。1-153.4.3低合金钢2、其它低合金结构钢简介1）易切削结构钢2）低合金耐候性钢3）汽车用低合金钢4）低合金钢筋钢5）铁道用低合金钢6）矿用低合金钢1-163.4.4合金钢1、常用机械结构和工程结构用合金钢1）合金调质钢(1）用途及性能要求用途：汽车、机床等机器中重要的零件。性能要求：良好的综合力学性能。(2）成分、性能和热处理特点成分、性能：Wc＝0.25％～0.50％，保证良好的综合力学性能。加入Cr、Mn、Si、Ni、B等提高淬透性、强化铁素体、细化晶粒、提高耐回火性等。热处理：调质处理(3）常用合金调质钢分低淬透性合金调质钢（如40Cr）、中淬透性合金调质钢（如35CrMo、38CrMoAl）、高淬透性合金调质钢（如40CrNiMo、40CrMnMo）三类。1-173.4.4合金钢2）合金渗碳钢(1）用途及性能要求用途：汽车发动机、变速箱中的齿轮、内燃机凸轮、活塞销等机械零件。性能要求：零件表面高的硬度、高的耐磨性和耐疲劳性能，心部高的韧性和足够的强度。(2）成分、性能和热处理特点成分、性能：Wc＝0.1％～0.25％,以保证零件心部有良好的塑性和韧性。加入Cr、Mn、Ni、Ti、V、W、Mo、B等以提高钢的淬透性，细化晶粒，在渗碳层获得均匀细小的耐磨碳化物。热处理：渗碳后淬火、低温回火。(3）常用合金渗碳钢分低淬透性合金渗碳钢（如20Cr、20MnV）、中淬透性合金渗碳钢（如20CrMnTi）、高淬透性合金渗碳钢（如18Cr2Ni4WA）三类。1-183.4.4合金钢3）合金弹簧钢(1）用途及性能要求用途：机械和仪表中各种弹性元件。性能要求：高的弹性极限和屈强比、较高的疲劳强度、足够的塑性和韧性。(2）成分、性能和热处理特点成分、性能：Wc＝0.5％～0.7%,保证高的弹性极限。加入Mn、Si、Cr、Mo、W、V、B等以提高钢的淬透性、细化晶粒、耐回火性、强化铁素体、提高弹性和屈强比等。冷成形弹簧：去应力退火或淬火加中温回火。热成形弹簧：淬火、中温回火(3）常用合金弹簧钢分硅锰系合金弹簧钢（如60Si2Mn）、硅铬系合金弹簧钢、铬锰系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢（如50CrVA）。1-193.4.4合金钢4）高锰耐磨钢(1）用途及性能要求用途：制造受强烈冲击和巨大压力，并要求耐磨的零件。性能要求：受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面高的硬度和耐磨性，心部良好的韧性和塑性，较高的抗冲能力。(2）成分、性能和热处理特点成分、性能：Wc＝0.90％～1.50％，WMn＝11％～14％，铸态组织为奥氏体和大量的碳化物，性能硬而脆。热处理：水韧处理，强度、硬度（180～230HBS）不高，塑性、韧性好。(3）常用高锰耐磨钢ZGMn13-1等。1-203.4.4合金钢2、轴承钢1）用途及性能要求用途：制造各种滚动轴承的元件，如滚珠、滚柱和内外套圈等。性能要求：很高的强度、硬度、耐磨性，很高的接触疲劳强度，一定的韧性和耐润滑剂腐蚀的能力。2）成分、性能和热处理特点成分、性能：Wc＝0.95％～1.15％，保证高硬度、高耐磨性。加入Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，提高钢的淬透性、耐磨性和接触疲劳强度。热处理：球化退火、淬火和低温回火。3）常用轴承钢高碳铬轴承钢（GCr15应用最广）和无铬轴承钢。1-213.4.4合金钢3、不锈钢与耐热钢通常将具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢。成分特点：低碳，加入大量的Cr、Ni等合金元素。作用是提高铁素体的电极电位；使钢获得单相组织；在钢的表面形成一层致密的氧化膜。1）马氏体不锈钢2）铁素体型不锈钢3）奥氏体-铁素体型不锈钢4）奥氏体型不锈钢5）沉淀硬化型不锈钢1-223.4.4合金钢耐热钢耐热钢是指具有高温抗氧化性和热强性的钢。成分特点：低碳，加入Cr、Al、Si（形成致密保护膜）、Ti、V、Mo、W（增加高温强度）。分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢主要用于长期在高温下不起氧化皮、强度要求不高的零件，如炉底板。热强钢主要用要求有高温强度又有较好抗氧化性的零件，如柴油机排气阀、汽轮机叶片等。