1、第六章 合金钢,6.1 概论,合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺性能或物理、化学性能，在冶炼时特意往钢中加入一些合金元素，这种钢称为合金钢 碳钢的缺点：淬透性低；回火抗力差；基本相软,一、Me对基本相的影响 基本相：铁素体；碳化物 合金元素：分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素 非碳化物形成元素：Ni Si Al Co Cu等 碳化物形成元素：Mn Cr Mo W V Ti Nb Zr,对铁素体：合金元素溶于铁素体，形成合金铁素体，提高基体的强度。 对碳化物：弱和较强碳化物形成元素形成合金渗碳体，如（Fe,Cr)3C等合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高合金元素还可以形成特殊碳化物如，Cr7C3
2、 WC TiC等 特殊碳化物比合金渗碳体比渗碳体更稳定，硬度更高,二、对Fe-Fe3C相图的影响1. Ni Mn Co N等合金元素扩大A区2. Cr V Mo等合金元素缩小A区3. 合金元素使相图的S点和E点左移,三、对加热和冷却转变的影响（一）对加热转变的影响除了Ni，Co以外的合金元素，均减慢A的形成过程；除了Mn以外，合金元素阻碍A晶粒的长大,（二） 对过冷A转变的影响1. 除了Co以外的合金元素使C曲线右移2. 除了Co，Al以外，合金元素降低Ms点，并增加残余奥氏体量,四、对回火转变的影响1. 提高回火抗力（回火稳定性）合金元素阻碍原子的扩散，使马氏体不易分解，且分解后碳化物不易聚
3、集长大，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱。,2. 产生二次硬化现象在某一回火温度范围内，随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高一般 在含碳化物形成元素较多的合金钢中出现。,3. 产生回火脆性钢的韧性明显降低第一类回火脆性：250400范围内产生产生后无法消除，所以称不可逆的避免在此温度范围内回火,第二类回火脆性：550650范围内产生产生以后可消除，所以称可逆的 预防措施：回火后快速冷却加入合金元素，如Mo W等五、合金钢的分类 按用途分为三大类：合金结构钢；合金工具钢；特殊性能钢,6.2 合金结构钢,结构钢：用于制造机械零件以及工程构件一、分类及编号 6类 化学符号 ：平均含碳
4、量，1/10000 ：所含元素的含量，1.5以下不标含量,二、普通低合金钢1. 用途：制造桥梁，船舶，车辆，管道等2. 性能要求：高屈服极限，高s/b良好的塑性和焊接性能一定的耐腐蚀性3.成分特点：低碳，0.2；保证塑性和韧性；焊接性能主加元素：Mn 固溶强化，提高强度,辅加元素：Ti V Nb Cu等Ti V Nb细化晶粒Cu提高钢对大气的抗腐蚀能力 4. 常用钢16Mn 15MnV 16MnCu 5. 热处理热轧或正火,三、易切钢 加入合金元素，使其成为容易被切削的钢1. 附加元素 S Pb Ca 等S：形成（Mn,Fe）S夹杂物，中断基体的连续性Pb：孤立呈细小颗粒Ca：形成高熔点硅酸盐
5、（13001600）附在刀刃上，起减磨作用的保护膜,2. 钢号Y12 Y40Mn Y40CrSCa四、渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢1. 用途表面承受强烈的磨损，并承受动载荷的零件。如，齿轮,2. 性能要求表面具有较高的硬度、疲劳强度中心具有较高的韧性和足够的强度3. 成分特点C：低碳，保证心部的韧性。0.10.25主加元素：Cr , Ni , Mn等，淬透性强化铁素体，提高心部性能,辅加元素： W , Mo , V , Ti等细化晶粒，提高韧性和强度4. 常用钢号20 20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W5. 热处理渗碳+淬火+低温回火,五、调质钢 经调质后使用的钢 调质后钢具有良好
6、的综合机械性能，因此 调质钢用于制造重要零件。如，机床主轴等1. 成分特点中碳，0.250.5C。含碳量过低，则强度、硬度不足；过高则韧性不足,主加元素：Cr Ni Mn 等淬透性；强化铁素体辅加元素：W Mo Ti V 等细化晶粒；提高回火抗力W Mo ：防止产生第二类回火脆性2. 常用钢号40 40Cr 40CrMn 40CrMnMo3. 热处理： 调质处理,六、弹簧钢弹簧作用：减振 驱动1. 性能要求高的弹性极限（避免高载荷下发生塑性变形） 高的疲劳极限（避免疲劳破坏）高的s/b（尽可能高的弹性极限） 具有一定的塑性和韧性，较好的淬透性,2. 成分特点中高碳钢，0.60.75C，保证高的
7、疲劳极限和屈服极限合金钢：0.450.7 C主加元素：Si Mn Cr 等淬透性，固溶强化Si：显著提高s/b1,辅加元素：Mo W V 等减少脱碳倾向、过热倾向3. 钢号65 65Mn 60Si2Mn 50CrVA4. 热处理 尺寸不同，成形与热处理不同1）热成形 大于1015mm 淬火加热成形利用余热淬火中温回火,2）冷成形 铅浴等温处理冷拉加热A化500550铅浴等温成形区应力退火（200300 ）组织转变：AS淬火回火钢丝冷拉淬火+中温回火成形区应力退火,七、滚动轴承钢用于制造滚动轴承内、外圈及滚动体1. 工作条件滚动体和内外圈均受交变载荷；接触应力大；不但有滚动，而且有滑动，受强烈的
8、磨损,2. 性能要求高而均匀的耐磨性；高的弹性极限和接触疲劳极限；足够的韧性和淬透性；一定的抗蚀性能3. 成分及牌号高碳，0.951.15C。保证高的强度、硬度和耐磨性,主加元素：Cr 淬透性形成Cr的碳化物，接触疲劳强度和耐磨性辅加元素：Si Mn 淬透性牌号：GCr， Cr 含量以1/1000为单位4. 钢号GCr15 GCr15SiMn,5. 热处理预先热处理：球化退火最终热处理：淬火+低温回火,6.3合金工具钢,用于制造刀具、模具、量具 一、分类及编号1. 按成分分1）碳素工具钢2）合金工具钢2. 按用途分1）刃具钢 3）模具钢 3）量具钢,3. 编号与合金结构钢类似 形式：化学符号前
9、面的数字：平均含碳量 以1/1000合金元素的表示方法与结构钢相同如，9SiCr高速钢不标旱碳量，如W18Cr4V 合金工具钢都是高级优质钢，故不标A,二、刃具钢 （一）工作条件其任务是进行切削刀具承受压力；有相对摩擦，产生热量，切削速度越大，温度越高；承受一定的冲击和振动,（二）性能要求1. 高的硬度和耐磨性高硬度：主要取决于含碳量 高耐磨性：不仅取决于高硬度，也与钢中碳化物数量及分布状况有关高碳马氏体+均匀细小碳化物这种组织的硬度和耐磨性高所以，刃具钢都是高碳钢,2. 高的红硬性 红硬性：在高温下刃具仍高硬度的能力又称热硬性回火稳定性越高，红硬性越好3. 一定的强度、塑性和韧性,（三）碳素
10、刃具钢T7T13 T7AT13A含碳量越高，钢的耐磨性越好，韧性越差热处理：淬火+低温回火组织：细回火马氏体（M）+细小碳化物+残余奥氏体（少量）缺点：淬透性低；热硬性差,（四）低合金刃具钢Me51. 常用低合金刃具钢9SiCr 9Mn2V CrWMn合金元素作用：淬透性，热硬性比碳素刃具钢的好,2. 热处理 预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火组织：细马氏体+碳化物（粒）+残余奥氏体,（五）高速钢前两类钢的红硬性低，不能用于高速切削 高速钢的红硬性的达 600，可长期保持刃口锋利，又称“锋钢”,1. 化学成分高碳：0.71.65保证形成足够数量的合金碳化物以及高碳马氏体，保证高硬
11、度、高耐磨性和高红硬性合金元素：含有大量的W Mo Cr V等碳化物形成元素,W：提高红硬性的主要元素耐磨性，阻碍晶粒长大退火以后，W在钢中以Fe4W2C的形式存在。淬火加热时，部分溶入A中，淬火后形成溶有W的马氏体，这种马氏体在500600回火时析出弥散的W2C，造成二次硬化。,Cr：淬透性Cr23C6 1100全部溶入V：阻碍晶粒长大V溶于马氏体时也能提高热硬性Mo：作用与W相似，1代替2Co：提高钢的临界点因此，允许加热到更高的温度，充分发挥合金元素的作用,2. 常用高速钢W系：W18Cr4V 18-4-1发展最早，应用最广 W-Mo系：W6Mo5Cr4V2 6-5-4-2高温塑性好,3
12、. 锻造及预先热处理必须反复锻造 原因：高速钢因含有大量的合金元素，使E点显著左移，故高速钢属来氏体钢。其组织中具有鱼骨壮共晶碳化物，这些粗大的碳化物不能用热处理方法消除，只能用锻造的方法将其击碎并均匀分布,预先热处理：退火或退火+调质,4. 高速钢的热处理特点1）淬火加热温度很高W18Cr4V 12601280W6Mo5Cr4V2 12201240因为温度越高，溶入A中的合金元素越多， 淬火后马氏体中的合金元素越多，回火后 具有高的红硬性W18Cr4V 12701280，A中，78W，4Cr，1V,2）淬火加热时进行预热 高速钢的导热性较差。加热时为了减少热应力，防止变形和开裂。必须进行预热
13、一般两次预热：第一次，550第二次， 850,3）在550570回火，回火三次 淬火后组织：M+K+AR 其中，过剩的K在回火时不发生变化，只有A和AR发生转变550570回火时硬度达最大值原因有二：,回火三次： 高速钢的合金元素含量高，因此其MS点低， 淬火后AR量多，因此硬度不高。为使AR转变为M，并从M中析出弥散的K以产生弥散强化，要在550570回火三次。 一次回火后， 减少至15二次回火后， 减少至35三次回火后， 减少至12,后一次回火可消除前一次回火时由于ARM所产生的内应力回火组织：回火马氏体（M）+K粒+AR,三、模具钢模具钢种类：冷作模具钢热作模具钢（一）冷作模具钢1. 工
14、作条件在接近室温的状态对金属进行塑性变形，模具承受大的载荷，如剪力、压力弯力矩， 且受冲击；同时模具与坯料之间发生强烈的摩擦,2. 性能要求 高硬度；高耐磨性，尺寸精度； 足够的强度和韧性3. 成分 与刃具钢相同，是高碳钢 中小型模具：T10A 9SiCr 9Mn2V CrWMn 大型模具：Cr12 Cr12MoV,4. 热处理 淬火+低温回火,（二）热作模具钢,1. 性能要求 （1）强度与韧性的良好的配合 （2）高的回火抗力 （3）抗热疲劳性2. 钢号中碳钢：5CrMnMo 5CrNiMo3. 热处理淬火+带温回火（中温或高温回火）,四、量具钢,1. 性能要求1）高硬度、耐磨性2）尺寸稳定性3）足够的韧性及磨削加工性2. 常用钢精度要求低且简单：T10 10 15 65Mn高精度量具：CrWMn GCr15,3. 热处理 淬火+冷处理+回火+时效 引起尺寸变化的因素：1）残余奥氏体的转变 ARM2）马氏体的分解3）应力,
