合金钢市公开课一等奖省赛课获奖课件

第七章合金钢姜波合金钢第1页所谓合金钢是指在碳素钢基础上为改进钢一些性能而在熔炼时加入一些特定元素所组成钢。按合金元素加入量高低，合金钢可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种。合金钢第2页第一节合金元素在钢中作用一、合金元素在钢中存在形式1.溶于铁素体,起固溶强化作用非碳化物形成元素及过剩碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。Si、Mn对强度、硬度提升显著。Cr、Ni在适当范围内提升韧性。合金钢第3页合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体硬度影响合金钢第4页2.形成碳化物，起强化相作用合金元素与碳亲和力从大到小次序为：碳化物稳定性、熔点、硬度、耐磨性提升Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe强碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素合金钢第5页二、合金元素对Fe-Fe3C相图影响1.使奥氏体相区缩小合金元素Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元素缩小奥氏体相区，使A3点上升，A4点下降。Cr13%时，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢。2.使奥氏体相区扩大合金元素Ni、Mn、Co、C、N等元素扩大奥氏体相区。Mn13%或Ni9%时,室温下为单相奥氏体组织,称奥氏体钢。合金钢第6页合金钢第7页锰对奥氏体相区影响铬对奥氏体相区影响合金钢第8页三、合金元素对钢热处理影响1.合金元素对钢加热影响（1）对奥氏体形成速度影响：除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。（2）对奥氏体晶粒长大倾向影响：碳、氮化物形成元素妨碍奥氏体晶粒长大Mn、P促进长大。合金钢第9页2.合金元素对钢冷却转变影响对C曲线和淬透性影响：合金元素（除Co、Al）加入，稳定奥氏体，使C曲线右移，淬透性提升。惯用提升淬透性元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。合金钢第10页3.合金元素对钢回火转变影响1）提升耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降能力称耐回火性。2）产生二次硬化含高W、Mo、Cr、V钢淬火后在５００～６００℃回火时,硬度不但不下降,反而升高现象称二次硬化。3）预防第二类回火脆性加W、Mo可预防第二类回火脆性。合金钢第11页碳钢高速钢合金钢第12页第二节合金钢分类一、按质量等级分分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。各质量等级钢磷、硫含量控制合金钢第13页2、按使用特征分工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢合金钢第14页二、合金钢牌号合金钢编号方法延用了碳钢一些编号习惯，即工程结构用合金钢（低合金高强度结构钢）用钢屈服点来表示它牌号；机器零件用合金结构钢、合金工具钢及特殊性能钢普通用它化学成份（碳质量分数、合金元素含量）来表示它牌号。惯用钢（含碳素钢）产品名称、用途、特征和工艺方法表示符号（GB/T221—）见下表合金钢第15页惯用钢产品名称、用途、特征和工艺方法表示符号（GB/T221—）名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾合金钢第16页1、低合金高强度钢编号方法Q+最低屈服强度值+质量等级符号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，质量提升。合金钢第17页

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符号。如Q345C。普通情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。合金钢第18页2、合金钢牌号牌号为碳含量+合金元素符号+元素百分含量数字⑴合金元素及其含量标注当合金元素平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量。如20CrMnTi当合金元素平均含量为1.50～2.49%、2.50～3.49%、3.50～4.49%、4.50～5.49%、……时，在对应合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。合金钢第19页*说明：①滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如GCr15②高级优质合金钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。③特级优质合金钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。合金钢第20页⑵碳含量标注①合金结构钢含碳量以万分之一为单位标出(两位数字)如40Cr、60Si2Mn②工具钢和特殊性能钢含碳量以千分之一为单位标出(一位数字)如8MnSi、4Cr13合金钢第21页*说明①低合金工具钢含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如CrWMn(1.0%C)②高速钢不标含碳量，如W18Cr4V(含0.75%C)③滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15(1.0%C)④高锰钢不标含碳量，如ZGMn13(0.75～1.45%C)⑤铸钢在牌号前加“ZG”,余同结构钢,如ZG20Cr13合金钢第22页⑦不锈钢和耐热钢当含碳量为0.1%-0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%）当含碳量为0.03%-0.01%时(超低碳)，以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%）当含碳量≤0.01%时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%)*注:旧牌号:≤0.08%C时,标“0”;≤0.03%C时,标“00”合金钢第23页第三节合金结构钢机械结构指适合用于制造钢结构和机械零件钢类。属于优质、特殊质量结构钢。普通要热处理后使用。包含调质结构钢、表面硬化钢、弹簧钢、冷塑成形钢等。多以钢棒、钢管、钢板、钢带、钢丝等规格供货。合金钢第24页一、工程结构用合金结构钢（一）低合金高强度结构钢1、性能要求:⑴高强度及足够韧性。⑵良好焊接性能、耐蚀性及低冷脆转变温度。

2、成份特点：低碳(≤0.2%C)、主加Mn①Mn:强化铁素体,增加珠光体量,降低脆转温度。②V、Ti、Nb:起细化晶粒和弥散强化作用。③Cu、P可提升耐蚀性，RE可提升韧性、疲劳极限。合金钢第25页压力容器南京长江大桥3、热处理：热轧空冷后使用4、使用状态下组织：F+P5、用途：Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。合金钢第26页（二）低合金耐候钢在碳素结构钢基础上加入少许铜、铬、镍、钼、磷等合金元素，使其在钢表面形成一层连续致密保护膜，可耐大气腐蚀低合金钢称耐候钢。1）高耐候性结构钢如09CuPCrNi—B（C＜0.12%），主要用于车辆、建筑、塔架及其它耐候性要求高工程结构件。

2）焊接结构用耐候钢如12MnCuCr(C：0.08～0.15%），用于桥梁、建筑及有耐候要求焊接结构件。合金钢第27页3.其它低合金专业用钢为了适应一些特定场所特殊需要，在低合金高强度结构钢基础上，经过调整化学成份及工艺方法，形成了一些低合金专业用钢。这些钢种有：汽车用低合金钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金等。合金钢第28页二、机器零件用合金结构钢这类钢是在优质碳素结构钢基础上加入一定量合金元素而组成钢，其质量等级普通都属于特殊质量级别，使用前普通都需热处理以充分发挥其性能潜力，主要用于较主要机器零件。按其用途及热处理特点，该钢可分为合金渗碳钢、合金调质钢和合金弹簧钢。合金钢第29页1.合金渗碳钢用表面淬火、渗碳、渗氮等表面热处理工艺方法能充分地发挥该类钢表面硬化作用钢种。主要包含：非合金和合金渗碳钢、非合金和合金感应加热表面淬火钢、合金渗氮钢三类。

合金钢第30页1.渗碳钢——制造渗碳零件钢种（1）性能要求：1）表硬里韧2）良好淬透性和渗碳能力。（2）成份特点：低碳(0.1～0.25%C),加Cr、Mn、Ni、B等元素①Cr、Mn、Ni、B：提升淬透性②Cr、Mn、Ni：强化铁素体③W、Mo、Ti、V：细化晶粒渗碳件渗碳回火炉合金钢第31页（3）惯用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小耐磨件，如柴油机活塞销、凸轮轴等。中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷耐磨件，如柴油机曲轴。柴油机凸轮轴柴油机曲轴活塞销(20Cr)合金钢第32页2.合金调质钢（1）成份特点中碳(0.3～0.5%C)，合金元素作用为：①提升淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒：Ti、V④预防第二类回火脆性：W、Mo合金钢第33页圆锥齿轮柴油机凸轮轴（2）性能：良好综协力学性能。（3）惯用钢号及用途惯用钢号为45、40Cr、40CrNi。用于制造较小齿轮、轴、螺栓等零件。制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性40CrNiMo等。合金钢第34页3.合金弹簧钢（1）性能要求

弹簧是储存能量或缓解冲击零件高σｅ、σs/σb、σ-1；足够韧性，很好淬透性（2）成份特点：中高碳碳素弹簧钢为0.6～0.9%C；合金弹簧钢为0.45～0.7%C合金元素作用：①提升淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提升s/b：Si③

细化晶粒：V合金钢第35页汽车板簧大型热卷弹簧（3）惯用钢号及用途惯用钢号为65Mn、60Si2Mn用于制造较大截面弹簧。制造大截面、大载荷、耐热弹簧用50CrV。合金钢第36页4.滚动轴承钢

制造轴承套和滚动体专用钢种性能要求(轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦)高而均匀硬度、耐磨性、b、接触疲劳强度和足够韧性。(1)成份特点：高碳(0.95～1.10%C)，主加Cr

①Cr、Mn、Si：提升淬透性②Cr还提升耐磨性和耐蚀性当>1.65%Cr时，因A’增加而使硬度和稳定性下降。合金钢第37页滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承(2)性能及用途应用最广是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。合金钢第38页第四节合金工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。模具量具刃具合金钢第39页一、合金刃具钢用来制造各种切削刀具钢种。合金钢第40页板牙丝锥（一）低合金工具钢在碳素工具钢基础上加入少许合金元素(≤3~5)形成。1、成份特点⑴高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①

提升淬透性:Cr、Mn、Si③提升耐磨性、细化晶粒:W、V合金钢第41页丝锥板牙2、惯用钢号及用途应用最多是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小低速刃具，如丝锥、板牙等。合金钢第42页高速钢铣刀（二）高速工具钢制造高速切削刃具用钢。（俗称锋钢、白钢）1、性能特点高热硬性(达600℃)、高淬透性。2、成份特点⑴高碳：0.70~1.5%C⑵高合金元素含量①

提升淬透性：Cr②

提升热硬性、耐磨性：W、Mo、V合金钢第43页3、惯用钢号及用途惯用高速钢有４种W系：W18Cr4V（18-4-1）WMo系：W9Mo3Cr4V（9-3-4-1）W6Mo5Cr5V2（6-5-4-2）超硬系：W6Mo5Cr4V2Al（6-5-4-2-1）。W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2钢组织和性能相同，但W6Mo5Cr4V2钢耐磨性、热塑性和韧度很好，W18Cr4V钢红硬性和热处理防脱碳、过热倾向性很好。合金钢第44页车刀铣刀钻头合金钢第45页汽车冲压模具二、模具钢用以制造冷热模具钢种。㈠冷作模具钢制造金属冷成型模具钢种1、性能要求⑴高硬度和耐磨性。⑵足够强度和韧性。合金钢第46页Cr12钢2、惯用钢种

碳素工具钢和低合金工具钢：用于小尺寸、形状简单、受力不大模具。

Cr12型冷作模具钢⑴成份特点高碳(1.4~2.3%C)；高铬(11.5~13%Cr)合金元素作用：Cr提升淬透性；

Mo、V提升耐磨性，细化晶粒。合金钢第47页汽车外板冷冲模(2)惯用钢号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。合金钢第48页㈡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⑴高温下良好综协力学性能。⑵抗热疲劳性能。⑶高淬透性和良好导热性。曲轴模具合金钢第49页热镦模凸缘模2、惯用钢种⑴热锻模钢5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。成份特点、合金元素作用及热处理同调质钢。合金钢第50页型板压铸模⑵压铸模钢惯用3Cr2W8V。为过共析钢。中碳（0.3~0.4%C），合金元素作用同高速钢。W、Cr有提升抗热疲劳作用。合金钢第51页汽车四缸压铸模合金钢第52页卡尺量规千分尺三、量具钢制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。合金钢第53页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。⑴高硬度和耐磨性。⑵高尺寸稳定性。⑶足够韧性。量规合金钢第54页量块2、量具用钢⑴低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火。⑵碳素工具钢、低合金工具钢⑴⑵用于尺寸小、形状简单、精度要求不高量具。⑶滚动轴承钢、冷作模具钢用于制造精密量具。⑷不锈钢用于制造接触腐蚀介质量具。合金钢第55页第五节特殊性能钢特殊性能钢指含有特殊物理、化学性能钢，如不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。合金钢第56页化工管道腐蚀裂解管内壁高温腐蚀减薄一、不锈钢含有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用合金钢统称为不锈耐蚀钢。金属腐蚀包含：化学腐蚀：金属在非电解质中腐蚀。电化学腐蚀：金属在电解质溶液中腐蚀，是有电流参加作用腐蚀。不一样组织、成份、应力区域之间都可组成微电池。合金钢第57页预防电化学腐蚀办法：①取得均匀单相组织。②提升合金电极电位。③使表面形成致密钝化膜。在工业发达国家，每年金属腐蚀造成直接经济损失占其GNP4%左右。中国每年腐蚀损失最少到400亿元以上。合金钢第58页惯用不锈耐蚀钢1、马氏体不锈钢主要为Cr13型:钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提升，强度、硬度提升，耐蚀性下降。⑴1Cr13~3Cr13合金钢第59页汽轮机叶片性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好综协力学性能。用途：用于要求塑韧性较高耐蚀件，如汽轮机叶片等。

合金钢第60页医疗器械不锈钢直尺⑵4Cr13性能：强度、硬度较高用途：用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。合金钢第61页1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢经典钢号如0Cr13、1Cr17等。⑴成份：高铬低碳合金钢第62页钢中σ相(2)性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：①475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化。再加热到600℃快冷可消除。②相脆化：在600~800℃长久加热时，析出硬而脆相。

合金钢第63页⑸用途广泛用于硝酸和氮肥工业耐蚀件。硝酸生产装置合成氨生产装置合金钢第64页3、奥氏体不锈钢主要为18-8（18Cr-8Ni）型。⑴性能特点含有良好耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高塑韧性，无磁性。不锈钢带合金钢第65页反应釜(316L)管板换热器(304)大型化工储罐(304)⑷惯用钢种为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。⑸用途广泛用于化工设备及管道。合金钢第66页二、耐热钢是指在高温下含有较高强度和良好化学稳定性一类合金钢总称。按钢主要特征可分为抗氧化钢（高温不起皮钢）和热强钢两大类。抗氧化钢普通要求高温下含有很好化学稳定性，但承受载荷较低。热强钢则要求有较高高温强度和适当抗氧化性。合金钢第67页性能要求1、高抗氧化性指钢在高温下对氧化作用抗力。

2、高热强性热强性是指金属在高温下强度。发动机叶片航空发动机合金钢第68页提升高温强度路径：①固溶强化加入Mo、W、Co，增大原子间结协力，减慢扩散过程，提升热强性；②析出强化采取难熔碳化物MC、M6C、M23C6等作强化相，高温稳定，不易聚集长大，保持高度弥散分布；③晶界强化降低晶界，采取粗晶粒；丁香凝固，消除与外力垂直晶界；加入B、Zr或稀土元素等降低晶界能量，净化晶界和提升其强度；使晶界呈锯齿状，妨碍晶界滑动。合金钢第69页飞机发动机过热器㈡成份特点低中碳Cr、Si：提升抗氧化性Mo：提升热强性(T再)V、Ti：弥散强化Ni：取得单相A组织合金钢第70页涡轮机机壳钢制法兰㈢惯用耐热钢1、珠光体耐热钢惯用15CrMo、12Cr1MoV，用途：600℃以下锅炉零件，压力容器，热交换器等。合金钢第71页2、马氏体耐热钢惯用1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2。1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片。4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽轮机叶片汽车阀门合金钢第72页过热器管排过热器集箱3、奥氏体耐热钢惯用1Cr18Ni9Ti。主要用于过热器管道等。合金钢第73页高锰钢铸件三、耐磨钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化高锰钢。牌号为ZGMn13。1、成份特点⑴高碳：0.75~1.45%C。以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn。以确保形成奥氏体组织。合金钢第74页挖