1、工程材料讲稿七,李校夫编,第七章 合金钢 合金钢：为改善钢的组织与性能，有意识地在碳钢的基础上加入某些合金元素形成的钢种。,碳钢的特点：优点： 碳钢价廉，生产加工易，材料规格、形状品种齐全易购，采用热处理可提高性能。 因此，无特殊要求应尽量采用。 缺点： 淬透性差，直径、厚度大的零件用水淬，也难于淬透，整个截面淬火品质也不均匀。 强度较合金钢低。不耐高温（淬火后高温 使用，会产生回火，降低强度、硬度）， 不耐腐蚀。,第一节 合金元素在钢中的作用能溶入碳钢形成合金钢的元素如下： 非碳化物形成元素： Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B 碳化物形成元素： Zr，Nb，Ti，V，W，Mo，Cr， M
2、n 等。,合金元素在钢中的作用： 一、对钢中基本相产生影响 碳钢室温下的基本相，为铁素体F，渗碳体 。一般非碳化物元素溶入F体，形成合金铁素体（固溶体）；碳化物元素则置换 中的铁原子，形成渗碳体型碳化物和合金渗碳体（化合物）。 凡能溶入铁素体的元素，只要在适当的含量范围内，就都不同程度地使其硬度、韧性有所提高。 （见书P99）,合金元素提强的机理： 1。固溶强化作用： 形成合金铁素体时，由于溶入元素原子直径与原晶格中Fe原子的直径有差别，引起铁素体晶格畸变，使塑性变形抗力增大固溶强化。 若合金元素的原子半径与Fe的原子半径相差越大；或两者晶格类型相差较大，则造成的畸变就越大，其固溶强化效果也越
3、显著，使合金铁素体强度。,2。细晶提强作用： 合金元素溶入渗碳体内，增强了Fe与C的亲合力，提高了渗碳体的稳定性，形成渗碳体型碳化物。这种碳化物较难溶入奥氏体，难于聚集、长大，能起到细化晶粒，提高强度的目的。,3。合金碳化物的提强作用： 在高碳高合金钢中，除渗碳体型碳化物外，还有稳定性高的合金碳化物，其本身熔点、硬度很高，难溶入奥氏体，难于聚集、长大，因此其含量的增加使合金钢强度、硬度显著提高。,二、合金元素对铁碳平衡图产生影响 使铁碳平衡图上单相区扩大或缩小，使相变温度，向低温或低碳；高温或高碳方向移动。对热处理工艺的操作条件发生影响。,三、合金元素对热处理过程的影响 使C曲线的鼻尖右移，C
4、曲线变形（向低移或 一分为二），淬透性提高。 提高钢的回火稳定性，（即钢对回火时发生 软化、降硬的抵抗能力）因此，合金钢与碳 钢比，同一温度回火后，硬度远高于碳钢。, 产生二次硬化观象： 合金钢中的某些钢种如含W，Mo、V、 Ti量高的钢，回火时硬度不降，反升出 现二次硬化。 降低回火脆性： 碳钢，合金钢淬火后在某一温度回 火， 会产生脆化称回火脆性。加入某些 特定的元素（W,Mo）可有效地防止回火脆 性。,第二节 合金钢的分类和编号方法 一、分类， 按用途可分为： 合金结构钢， 合金工具钢， 特殊性能钢。 如下：,二、编号方法： 按（GB221-79）的规定，合金钢结构钢与合金工具钢均采用下
5、述方法编号： 数字+化学元素+数字,合金结构钢 (其中机器用钢的编号) 第一部份数字为：含碳量的万分数； 第二部分化学元素：即钢中所含合金元素;； 第三部分数字：合金含量。以合金平均含 量的百分数表示。 含量1.5时，无数字；若含量等于、大 于1.5、2.5、3.5.时，分别以数字2、 3、4、.表示。,例1： 表示含碳0.570.65， 含Si 1.5，Mn含量1.5的合金钢。 例2： 表示含碳0.370.45， Cr含量1.5的铬钢。,合金工具钢的编号 第一部份数字：含碳千分数 ，当含碳量1时不标数字；合金元素同结构钢；合金元素含量同结构钢。 例： 9SiCr含碳0.9，Si 、Cr1.5
6、的合 金工具钢。, 为强调钢用途时前加拼音 例：GCr9G(滚)，滚动轴承钢铬9。 Y12Y（易），易切钢12。高级优质钢 与碳钢相似，后加“A”，或 “高”字。 例： 60Si2MnA或60Si2Mn高。,第三节 合金结构钢 一、普通低合金（高强）钢：见书P105106 二、 渗碳钢： 指常采用制造工艺为：表面渗碳+淬火+回火工艺的低碳钢，低碳合金钢。 其主要用在承受冲击载荷和表面受到强烈摩擦、摩损条件下工作的零件，如变速齿轮等。,渗碳钢化学成份： 渗碳钢含碳量低，C0.10.25之间，心部可有足够的韧、塑性。碳素渗碳钢淬透性差; 渗碳低碳合金钢含Cr、Ni、Mn、B元素是为了提高淬透性；含
7、Ti、V、Mo等是为了细化晶粒。,渗碳钢热处理： 方法： 渗碳+淬火+200低温回火。 大多数合金钢采用渗碳后直接淬火。 渗碳淬火表面：含C0.851.0，硬度 HRC6062。 渗碳钢心部组织：全淬透时，是低碳M体， 多数是T、M、F的混合组织，一般综合 强度好，HRC2540， 60 。,常用合金渗碳钢及工艺： 合金渗碳钢按淬透性可分为： 低淬透性钢 15Cr，20Cr等； 中淬透性钢 20CrMnTi ，20CrMnMo等； 高淬透性钢 等。其成分、热 处理、性能及用途见表73。,典型零件工艺: 凸轮轴齿轮的典型工艺（见书P100的三种选材）,三、调质钢 经调质处理（组织准备或终处理）后使用的结构钢。 多数为中碳钢。其含碳在0.250.5之间。 调质品质： 取决于钢的淬透性。因此，应选含有提淬 透性元素的合金来作调质钢。 如： 含Cr、Ni、Mn、Si、B元素的钢等。 常用碳素调质钢： 40，45，50 适用于小尺寸，负荷较轻零件。 常用合金调质钢： 40Cr，40MnB等。因合金元素的强化作用， 合金调质钢的含碳量可偏下限。 如：30CrMo ，40Cr ，30CrMnTi等。,常用调质钢的典型工艺-气缸螺栓,四、调质钢中的专用氮化钢 38CrMoAl用来作精密齿轮、镗杆等。 第七章 完,
