1、第六章 合金钢,工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。,碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。,第一节概述,合金元素对钢中基本相的影响 对铁碳相图的影响 对钢加热和冷却是转变的影响 合金钢的分类,1、溶于铁素体, 起固溶强化作用Si、Mn对强度、硬度提高显著 Cr、Ni在适当范围内提高韧性,一、对钢中基本相的影响,2、形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：, 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， 如TiC、VC等。,钢中碳化物, W、Mo、
2、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。,二、 对Fe - Fe3C相图的影响 1、对奥氏体相区的影响 Ni、Mn、Co、C、N等元素扩大奥氏体相区， 使S、E点左下移动。,当Mn13%或Ni9%时，S点降到0以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。,锰对奥氏体相区的影响, Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元素缩小奥氏体相区， 使S、E点左上移动。 当Cr13%时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢.,铬对奥氏体相区的影响,2、对E点和S点位置的影响 所
3、有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织（如W18Cr4V）。,三、 对钢中相变过程的影响 1、对奥氏体化的影响 对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。 对奥氏体晶粒长大倾向的影响：,碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。 Mn、P促进长大。,2、对过冷奥氏体转变的影响 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。, 对Ms、Mf点的影响：除Co、 Al外,所有元素都 使Ms、Mf点下降。,四、钢的分类及编号（补
4、充）,（一）、钢的分类 1、按化学成分分,2、按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢. 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：,3、按冶炼方法分,4、按金相组织分,亚共析钢共 析 钢过共析钢,按退火组织分,电弧炉炼钢,5、按用途分,（二）、钢的编号 我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母.,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 2212000）,1、碳素结构钢和低合金高强
5、度钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。,脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。 如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。,钢板,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。,*说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低
6、合金高强度钢。,热连轧钢板,2、优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示。 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。 如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。,钢管,3、合金结构钢和合金弹簧钢 两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+ 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；,当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。 高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。 特级优质钢在牌号后加字母
7、E，如30CrMnSiE。,不锈钢制管板式换热器,所有合金钢的合金元素量标法相同,4、工具钢 碳素工具钢 T + 数字 T表示“碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几. 如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 *说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。,丝锥,锉刀, 合金工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi. 当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。,* 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).,铣刀,5、轴承钢 G+Cr
8、+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。 * 铬含量以千分之一为单位. 如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。,6、不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为： 当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)；,涡轮叶片, 当1.0%平均含碳量0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%） 当0.1%含碳量上限 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%） 当0.03%含碳量上限0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(
9、含碳量上限为0.03%）, 当含碳量上限0. 01%时(极低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。,汽轮机叶片,7、铸钢 ZG + 两位数字 ZG表示“铸钢”； 两位数字表示平均含碳量的万分之几, 如ZG25.,第四节 工具钢,按用途分为: 刃具钢 模具钢 量具钢,用来制造各种切削刀具的钢种。,一、刃具钢,切削加工, 性能要求 1、高硬度 (HRC60),主要取决于含碳量。 2、高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。 3、高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。 4、足够的韧性 以防止脆断和崩刃。,切削加工的基本形式, 碳素工具钢 共有七个牌号：T7T1
10、3 1、成分特点：,高碳(0.651.35%C)随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。,2、热处理及组织 热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火 球化退火目的： 降低硬度, 便于加工; 为淬火作组织准备。 使用状态下的组织： M回+颗粒状碳化物+A(少量),3、用途 由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。 T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。,T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车 刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。,1、成分特点： 高碳：0.751.5%C 合金元素作用 提高淬透性: Cr、Mn、
11、Si 提高耐回火性：Si 提高耐磨性、细化晶粒: W、V, 低合金工具钢 由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。,2、热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。 使用状态下的组织为： M回+颗粒状碳化物+A(少量) 3、常用钢号及用途 应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等.,1、性能特点: 高热硬性(600)、高淬透性 2、成分特点 高碳: 0.701.5%C 合金元素作用 提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V, 高速钢（俗称风钢） 制造高速切削刃具用钢。,高速钢铣刀,3、加工与热处理 加工工艺路线：下料
12、锻造退火机加工淬火回火磨削,高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。,W18Cr4V铸态组织, 退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。 退火后组织：S+颗粒状碳化物, 锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。,W18Cr4V钢的退火组织, 淬火目的: 获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(1200)。,淬火后组织：M+未溶碳化物(10%)+A (20%),的碳化物，产生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A转变为M。 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。, 回火目的：主要为减
13、少A。消除内应力、稳定组织。 常用560三次回火. 回火时的组织变化： 析出W、Mo、V,高速钢硬度与回火温度关系,W18Cr4V钢热处理工艺示意图,W18Cr4V钢淬火、回火后的组织,4、使用状态下组织M回+颗粒状碳化物+A（少量）,5、常用钢号及用途 常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和 W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等,汽车冲压模具,用以制造冷热模具的钢种. 冷作模具钢制造金属冷成型模具钢种. 1、性能要求 高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。 良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）,二、模具钢,2、常用钢种 小尺寸、形状简单、
14、受力不大的模具, 可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造., 成分特点：高碳(1.42.3%C)；高铬(11.513%Cr) 合金元素作用：Cr 提高淬透性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。, 加工及热处理：莱氏体钢，同高速钢., 常用钢号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。,最终热处理为: 淬火+低温回火,使用状态下的组织: M回+颗粒状碳化物+A(少量), 热作模具钢 制造使加热金属或液态金属成型模具钢种. 1、性能要求 高温下良好的综合力学性能。 抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好的导热性。,2、常用钢种 热锻模钢5CrNiMo
15、、5CrMnMo 前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模. 成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。 使用状态下的组织: S回, 压铸模钢 典型钢号是3Cr2W8V, 为过共析钢. 中碳(0.30.4%C), 合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能. 淬火+回火后组织： M回+颗粒状碳化物+A(少量),型板压铸模,汽车四缸压铸模,制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。,三、量具钢,1、性能要求 量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。 高硬度和耐磨性。 高的尺寸稳定性。 足够的韧性。,2、量具用钢 低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火 碳素工具钢、低合金工具钢两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。, 滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具. 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。,3、量具钢的热处理特点 根据材料确定,量规,
