合金钢-

工程材料基础主讲教师：潘希德11、含碳量的标记结构钢：wC×10,000工具钢：wC×1,000，为了避免与结构钢混淆，又规定wC≥1.0%时不予以标注，高速钢例外，其wC＜1.0%也不标注。特殊性能钢：wC×1,000wC=0.08~0.1%，标1wC=0.03~0.08%，标0wC0.03%，标00工程材料基础主讲教师：潘希德22、合金元素含量的标记wMe%1.5≥1.5≥2.5≥3.5≥4.5……标记-2345……注：滚动轴承钢铬的标记除外(wCr×1,000)3、附加标记高级优质钢：编号后+“A”（高）特殊用途钢：编号前+“特殊用途符号”G—滚动轴承钢；C—磁钢；Y—易切削钢工程材料基础主讲教师：潘希德340CrNiMo30CrMnSiNi230CrMnSiAGCr150Cr131Cr170Cr18Ni9W18Cr4VwC0.4%的CrNiMo合金结构钢wC0.3%,wNi2%的合金结构钢wC0.3%的高级优质合金结构钢wCr1.5%的滚动轴承钢wC0.03%,wCr13%的M不锈钢wC0.08%,wCr17%的F不锈钢wC0.03%,wCr18%,wNi9%的A不锈钢wW18%,wCr4%的高速钢合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢4.2合金结构钢合金结构钢低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢超高强度钢一、低合金高强度结构钢简称低合金高强钢(highstrengthlowalloysteel，HSLAsteel)，广泛用于制造在大气和海洋工作的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油气管、压力容器等。•成分：wC≤0.2%,wMe≤3%•性能：塑韧性好，有良好的焊接性及冷加工成形性能。•常加的合金元素：Mn、Ti、V、Nb、RE•作用：强化F，细化晶粒，提高钢的强度。（一）成分及性能特点Q295：09MnV、09MnNb、09Mn2、12MnQ345：12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18NbQ390：15MnV、15MnTi、16MnNb（二）典型牌号通常在热轧后空冷，或在正火状态下供货。组织：F+P16Mn是我国开发最早使用最多的一种低合金高强钢。σs可达350MPa。二、合金渗碳钢经过渗碳热处理后使用的低碳合金钢。工作环境：主要用于制造在摩擦力、交变接触应力和冲击条件下工作的零件，如齿轮。性能要求：表面要求高的硬度和耐磨性及高的接触疲劳强度，心部则要求良好的韧性。低碳wc=0.10～0.25%，保证零件心部足够的韧性。加Cr、Ni、Mn、B，↑钢的淬透性，并改善心部的组织及性能。加微量V、Ti、W、Mo，形成特殊碳化物，阻止A↑。（一）成分及性能特点低淬透性合金渗碳钢20Mn2、20MnV；中淬透性合金渗碳钢20CrMn、20CrMnTi；高淬透性合金渗碳钢18Cr2Ni4WA（二）典型牌号热处理特点：渗C+淬火+低温回火组织：表层合金渗C体+回火M(高C)+少量A’心部低碳回火MT(或低碳回火M)+少量F三、合金调质钢经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。主要用于制造受力复杂、要求综合力学性能的重要零件如精密机床的主轴、发动机的曲轴等等。•中碳wC=0.25~0.5%•中合金Mn,Cr,Si,Ni,BwMe=3~7%•有时加微量V，以细化晶粒•高级优质wS,P≤0.025%•回火脆性小W、Mo•σs800MPa,σb980MPa,δ10%,Ψ45%,ak50J.cm-2（一）成分及性能特点（二）典型牌号低淬透性合金调质钢40Cr、40MnB中淬透性合金调质钢35CrMo、38CrSi高淬透性合金调质钢38CrMoAl、40CrNiMoAI四、合金弹簧钢是用来制造弹簧和其它弹性零件的钢种。如拖拉机和火车上的板弹簧和螺旋弹簧。弹性比功是关键。212eE弹性比功应力σ应变εσe应力σ应变ε•中高碳wc=0.45～0.70%，含C量比合金调质钢高，保证高强度和高的弹性极限。•加Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W,以提高钢的淬透性和回火抗力，强化铁素体•加Mo、W、V、Nb，以降低因Si的加入造成的脱C敏感性（一）成分及性能特点•60Si2Mn含Si、Mn元素的合金弹簧钢，用于制造截面尺寸≤25mm的弹簧，如汽车脱拉机的板弹簧•50CrVA含Cr、V元素的合金弹簧钢，用于截面≤30mm并在350～400℃工作的重载弹簧，如阀门弹簧（二）典型牌号热处理：淬火+中温回火组织：回火T五、滚动轴承钢用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套圈等钢种。也可以用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。要求具有高的接触疲劳强度，高而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐蚀性能。高碳wC=0.95～1.1%传统轴承钢是高C低Cr钢，可以保证钢有高的硬度和强度。wCr=0.35%～1.95%，提高钢的淬透性，并形成合金渗碳体，使钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。对于大型轴承用钢加Si、Mn、Mo可进一步提高淬透性、强度和弹性极限。轴承钢要求纯度高，wS0.020%,wP0.027%（一）成分及性能特点•含Cr轴承钢GCr9、GCr15、GCr9SiMn、GCr15SiMn•无Cr轴承钢，性能和GCr15相当GMnMoVRe、GSiMoMnV（二）典型牌号热处理：淬火+低温回火组织：回火M六、超高强度钢工程上把抗拉强度＞1500MPa以上的钢称为超高强度钢。主要用于制造飞机起落架、机翼大粱，火箭发动机壳体、液体燃料氧化剂储藏箱、炮筒、枪筒、防弹板等等。•wC=0.03%～0.45%，含C范围宽。•按少量多元的原则加入合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Nb、Ti、AlCr、Mn、Ni、Si↑钢的淬透性；Mo、V、Nb、Ti、Al形成特殊碳化物使钢产生二次硬化，V、Nb、Ti有细化晶粒的作用（一）成分及性能特点低合金超高强度钢wMe≤5%中合金超高强度钢5wMe10%高合金超高强度钢wMe≥10%分类4.3合金工具钢工具钢是用于制造刃具、模具、量具的钢种。刃具是用来进行切削加工的工具，其服役条件是：•摩擦导致严重磨损，伴随高温•大的切削力导致刃部崩缺•振动，冲击使刃具发生断裂一、工具的服役条件（一）刃具•冷作模具室温金属变形的模具•热作模具热态金属变形的模具•可能的失效磨损，刃口钝化，塌陷，沟槽，热疲劳，断裂。（二）模具•磨损•碰撞•变形（三）量具(1)高的硬度(2)耐磨损(3)足够的韧性(4)抗热脆性(5)耐热疲劳性对工具钢的要求二、常用合金工具钢及其热处理合金工具钢高碳低合金工具钢高碳高合金工具钢中碳合金工具钢（一）高碳低合金工具钢wc=0.85%～1.1%,wMe≤5%加Si、Mn、Cr、W、V等，Si、Mn、Cr是提高钢的淬透性和回火抗力、固溶强化M，从而提高强度。W、V是形成特殊化合物，细晶提高韧性。１.成分及性能特点9Mn2V、9SiCr、Cr2、CrWMn等主要用于制造低速和中速切削刀具，中等负荷的冷变形模具及量具2.典型牌号3.热处理工艺预先热处理球化退火获得颗粒状碳化物改善切削加工性能最终热处理淬火+低温回火冷处理和时效处理回火后的组织：细针状回火M+细颗粒状碳化物+少量残余A（二）高碳高合金工具钢虽然低碳低合金工具钢的淬透性、回火抗力及耐磨性比碳素工具钢好，但是回火温度高于300℃时，其硬度变急剧下降不能适合高温的要求。wc=0.70%～2.3%,wMe＞10%具有优良的淬硬性、回火抗力、红硬性和耐磨性1.成分及性能特点高速钢用于制造高速切削刀具的钢种有钨系、钼系、钒系等。高铬钢用于制造承受重载荷、形状复杂，要求变形小、耐磨性高、红硬性好的模具材料。典型有Cr12和Cr12MoV2.典型分类高碳和大量的碳化物形成元素wC=0.70～1.5%wCr=3.8～4.0%wW=6.0～19.0%wMo=0～6.0%wV=1.0～5.0%①高速钢a)成分Cr23C6、W2C、Mo2C、Fe3W3C、Fe3Mo3C、VC保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。b)性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。W和Mo提高钢的淬透性，回火抗力，热硬性，W2C、Mo2C可以在500℃～600℃产生二次硬化。c)锻造工艺在制造工具前必须进行锻造使粗大的碳化物成小颗粒均匀分布以提高钢的强度，塑性和韧性。d)热处理工艺预先热处理球化退火进一步细化碳化物降低硬度改善切削加工性能组织为：S+细粒状碳化物最终热处理淬火+高温回火冷处理和时效处理回火后的组织：细针状回火M+细颗粒状碳化物+少量残余Ae)常用高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V2高碳高铬Cr12:wC=2.00～2.30%wCr=11.50～13.00%Cr12MoV:wC=1.45～1.70%wCr=11.00～12.50%②高铬钢a)成分可以承受重载荷形状复杂要求变形小耐磨性高红硬性好b)性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。c)制造工艺球化退火锻造机加工淬火+回火热处理工艺1热处理工艺2低温淬火低温回火高温淬火高温回火（三）中碳合金工具钢这类钢主要用来制造热作模具，如热锻模、热挤压模、压铸模。wc=0.35～0.60%加Mn、Ni、Si、Cr、W、Mo、V等以提高钢的淬透性和回火稳定性及强化F。W、Mo可抑制高温回火脆性。Cr、W、Mo、Si还能提高钢的耐热疲劳性能。(1)成分及性能特点5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等(2)典型牌号三、新型合金工具钢新型合金工具钢基体钢冷模具钢热模具钢