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低合金钢与合金钢的分类(1)合金结构钢编号•前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数,元素符号表示钢中所含的合金元素,用化学符号表示,后面的数字表示合金元素平均含量的百分数。合金元素的平均含量四舍五入。•如0.37~0.45%C,0.80~1.10%Cr的铬钢,以40Cr表示;含0.57~0.65%C,1.5~2.0%Si、0.80~1.10%Mn的硅锰钢,以60Si2Mn表示。如含S、P量低的高级优质钢,则在钢号的末尾加以符号“A”或“高”字,如20Cr2Ni4A,表示平均碳质量分数为0.20%、Cr=2.0%、Ni=4.0%的高级优质合金钢。(2)滚动轴承钢与易切钢滚动承钢牌号为“G+平均铬质量分数的千分数”组成,碳质量分数不标出。如GCr15(滚铬15)表示平均含铬量为1.5%的滚动轴承钢。易切钢为“Y”+碳质量分数的万分数。如Y12、Y20分别表示平均碳质量分数为0.12%、0.20%的易切钢。(3)合金工具钢•合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似,区别的是平均碳质量分数≥1.0%时不标出,<1.0%时以千分数表示。•如9SiCr表示平均碳质量数为0.9%,Si、Cr的平均含量<1.5%;CrMn表示平均碳质量分数≥1.0%,Cr、Mn平均含量<1.5%。•对于高速钢不论碳质量分数多少,均不标出。如W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.7%~0.8%、含钨量为18%、含铬量为4%、含钒量<1.5%。(4)特殊性能钢牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。如9Cr18表示碳质量分数为0.9%,含铬量为18%。当平均碳质量分数≤0.03%及0.08%时,在钢号前分别标以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数≤0.03%、含铬量为18%、含镍量为10%;又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数≤0.08%、平均含铬量为19%、平均含镍量为9%。3.合金元素在钢中的作用常用的合金元素有:Mn、Si、Cr、Ti、Ni、V、Mo、W、RE等。3.合金元素在钢中的作用(1)合金元素对钢的基本相的影响(2)合金元素对Fe-C状态图的影响(3)合金元素对热处理的影响(3)合金元素对热处理的影响1)金元素对钢加热时奥氏体化的影响2)合金元素对过冷奥氏体转变的影响3)合金元素对马氏体转变的影响4)合金元素对淬火钢回火转变及性能的影响二.合金结构钢1.工程结构钢(1)低合金结构钢低碳、低合金,C0.2%,合金元素总量3.0%,可分为F-P钢,低碳B钢和低碳M钢。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。Mn是基本强化元素,1.8%时,除固溶强化外,还可细化F晶粒,提高强度、改善塑性。Ti、Nb、V等生成微细碳化物起到细化晶粒和弥散强化作用,提高钢的强度和韧性。少量Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。一般不进行热处理,在热轧正火状态使用。(2)船钢和锅炉钢专用于造船和锅炉制造的低合金结构钢,有专用牌号。船钢含P量不能太低,以保证一定的抗蚀性,碳质量分数不能太高,以提供良好的焊接工艺。锅炉钢Si含量不能太低,以保证Si氧化膜覆盖于钢的表面,提高钢的强度、韧性和抗氧化性,碳质量分数不能太高,便于焊接。机器结构用钢之(1)合金调质钢是指淬火+高温回火(调质处理)后使用的结构钢。组织为S回。C为0.30%~0.50%。含有较多的Mn、Cr、Si、Ni、B等,可固溶强化F,增加淬透性;另外含有少量的Mo、W、V等元素,形成特殊碳化物,细化晶粒,提高回火稳定性,防止第二类回火脆性。按淬透性大小可分三类:1)低淬透性合金调质钢主要40Cr、40MnB等。合金元素总量2.5%,淬透性低,综合力学性能及工艺性能好,可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连杆、齿轮。2)中淬透性合金调质钢主要牌号35CrMo、40CrNi。合金元素总量不大于3.5%,可用于制作大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。3)高淬透性合金调质钢主要牌号40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素总量达4.0%以上,淬透性高,可用于制作汽轮机的主轴、叶轮等。机器结构用钢之(2)合金渗碳钢渗碳+直接淬火+低温回火,表层为高碳M回+Ar+合金渗碳体,硬度HRC60~66。心部为F+T+少量低碳M,硬度HRC25~40;具有表硬,心强韧的特点。C:0.10~0.25%。合金Cr<2.0%、Ni<4.5%、Mn<2.0%、B<0.005%。合金元素具有固溶强化、提高淬透性作用;此外加入V、Mo、W、Ti等强碳化物形成元素,细化晶粒、抑制渗碳时A的长大,改善渗碳能力。可分三类:1)低淬透性合金渗碳钢:如15Cr、20CrMn等。经渗碳后淬火与低温回火后心部强度较低,强度与韧性配合较差,主要用于制造受力不大,强度、耐磨性要求不高的零件。2)中淬透性合金渗碳钢:如20CrMnTi、20Mn2TiB等。合金元素含量≤4.0%,淬透性较好,热处理后表面硬度高,而心部强韧性好,用作承受冲击载荷的齿轮、轴和凸轮盘等。3)高淬透性合金渗碳钢:如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等。合金元素总量4.0~6.0%,淬透性大,经渗碳+淬火+低温回火后心部强度很高,强度与韧性配合很好,可制造重载、大截面、强韧性和耐磨性要求高的重要零件,如内燃机车、飞机、坦克用的齿轮、轴、曲轴、连杆等。机器结构用钢之(3)合金弹簧钢是一种用于制造各种弹簧或类似零件的专用结构钢。C:0.5~0.7%,以保证钢具有高强度、高硬度和韧性。常用的有65Mn、60Si2Mn、55SiMnMoV。有热轧态和冷轧态两种。1)热轧态:用于制造ф2~ф50的弹簧,绕制或热压成型后,再淬火和中温回火(450~550℃),组织为S回,43~48HRC。2)冷拉态:用于制造截面<ф2的弹簧,采用冷拉钢丝冷卷成型。成型后在200~250℃油槽中进行消除应力退火后即可使用。机器结构用钢之(4)滚动轴承钢用来制造轴承的滚珠、滚针、内外套圈和一些工、量、模具等。C:0.9~1.1%,Cr:0.5~1.65%,高碳获得高硬度和耐磨性;铬可提高淬透性,细化碳化物,提高耐磨性和韧性。热处理工艺:球化退火、淬火和低温退火。轴承钢锻造后的组织为:S+Fe3CⅡ(少量)。精密轴承,淬火后要进行一次冷处理(-60~-80℃),减少Ar含量,然后再低温回火,消除冷处理内应力。三.合金工具钢•用于制造刃、模、量具等工具。•要求高硬度和耐磨性,并有一定韧性和较小的变形。•分为刃具钢、模具钢和量具钢3类。1.合金刃具钢•用于制造各种金属切削刀具,如车刀、铣刀、钻头等。•分为低速和高速刃具钢。•低速刃具钢有碳素工具钢和低合金刃具钢•高速刃具钢都是高合金钢。•高速钢在高速切削过程中,刀具刃部工作温度可达600℃,必须选用合金元素含量高的高速钢,使之在600℃左右工作时硬度仍在HRC60以上,保持良好切削性能,又称“锋钢”。•高速钢按其所含的主要合金元素可分为W系(如W18Cr4V)和Mo系(如W6Mo5Cr4V2)。共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。高速钢的热处理—以W18Cr4V为例•工艺流程为:下料→锻造→退火→切削加工→淬火后三次高温回火→喷丸→磨削→成品。•退火:等温退火。加热:860~880℃,保温3~4h,随炉缓冷至500~550℃出炉空冷。•退火组织:S+细粒状合金碳化物,硬度为207~225HBS。•淬火:合金元素总含量高,导热性很差,采用分级预热。常用的是在盐浴炉中加热以防氧化和脱碳。•淬火加热温度:1270~1280℃,目的:使合金元素尽可能多地溶入A,从而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体,提高其红硬性和回火稳定性。尺寸小,形状简单工件油淬;形状复杂、变形量小工件分级淬火或等温淬火。组织:M淬+细粒状合金碳化物+较多Ar,硬度为63~64HRC。•回火:淬火后必须立即回火,以消除淬火内应力、稳定组织、减少Ar量。常用550~570℃回火三次,每次保温1h。使碳化物(W2C、VC等)呈细小弥散状从马氏体中析出,形成第二相弥散强化(即二次硬化)。•回火组织:M回+细粒状合金碳化物+少量Ar(1~2%),硬度63~66HRC2.合金模具钢•专用于制造模具的钢。•可分为:•冷作模具钢•热作模具钢•塑料模具钢等。3.合金量具钢•用于制造各种测量工具如量规、千分尺等。•要求高硬度(大于62HRC)与耐磨性,热处理变形小,存放和使用过程中,尺寸稳定,始终保持高精度,并有足够韧性和良好加工性。•简单量具选用碳素工具钢;高精量具采用低合金工具钢。•量具钢的热处理工艺为淬火+低温回火。组织:M回+Ar。•对于精度高的量具,通常在淬火后立即进行冷处理(-80℃),使Ar转变,然后再低温回火,另外在精加工前进行一次去应力退火(时效处理),以进一步稳定组织,消除量具的残余内应力。四.特殊性能钢指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢,主要有:高强钢、耐磨钢、耐热钢、耐蚀钢(不锈钢)等。1.高强度钢:σb>1500Mpa,并具有一定强度和韧性。用于航空、火箭导弹等。2.耐磨钢:主要指在冲击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。主要成分为:1.0~1.3%C、11.0~14%Mn(Mn/C=10~12),常用牌号ZGMn13。可用作制造防弹板、保险箱钢板、挖掘机的铲齿、轧辊、拖拉机、坦克履带、破碎机锷板等。3.耐热钢:金属材料的耐热性包括高温抗氧化性和热强性2个方面,具有良好耐热性能的钢称为耐热钢。(3)常用耐热钢1)奥氏体耐热钢:1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600~750℃使用。广泛用于汽轮机、航空、舰艇、火箭、石油等部门的高温装置的重要构件。一般要进行固溶处理和时效处理后使用。2)铁素体耐热钢:可在低于650℃工作。与奥氏体不锈钢相比,合金元素含量较低,工艺性好,价格低廉,故被广泛使用,如15CrMo、1Cr17等可长期在580~650℃使用。3)马氏体耐热钢:一般含Cr量高,有较高的抗氧化性和热强性,淬透性好。一般用于600~650℃以下受力较大的零件,如各种汽轮机叶片等。大多调质处理后在回火索氏体下使用。4)珠光体耐热钢:合金元素总量3~5%,常用Cr12MoV、15CrMo等。在500℃以下工作,广泛用于动力、石油等部门作为锅炉及管道材料、汽轮机叶片等。4.耐蚀钢(不锈钢)将具有抵抗空气、水、酸碱或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢1)奥氏体不锈钢(铬镍不锈钢,18-8型)常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等,碳为0.08~0.15%,Cr为17~19%,Ni为8~10%。是单相奥氏体组织,塑性和耐蚀性均较好。2)铁素体不锈钢:典型的是1Cr17钢,C:0.12%,含Cr:16~18%。含铬量高使钢形成单相铁素体,提高抵抗电化学腐蚀的能力,塑性好,强度低,并具有抗高温氧化性,但不能通过热处理强化,应进行去应力退火,消除冷变形或焊接后的内应力。3)马氏体不锈钢:常用1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13碳质量分数低,耐蚀性和韧性较好,适用于制造高温下在酸、碱、盐中承受冲击的零件。3Cr13、4Cr13碳质量分数增加,则硬度较高,适用于制造在一定腐蚀介质要求高强度的零件。7Cr17、8Cr17碳质量分数和含铬量都增加,硬度、耐磨性提高,适用于制造耐蚀性的工、刃、量具等。
本文标题:低合金钢与合金钢的分类.
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