汽车工程材料高职教材

书名：汽车工程材料ISBN：978-7-111-31387-8作者：王大鹏出版社：机械工业出版社本书配有电子课件汽车工程材料ppt课件第二节合金钢（alloy

steel）1.概论

合金钢是在碳素钢中添加一些合金元素而炼制的一类钢，以改善碳素钢的性能。第六章常用金属汽车工程材料ppt课件为什么要发展合金钢？因为碳钢不能满足要求。一、碳素钢的缺陷1、综合机械性能差

虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一成分中得到配合完善的综合机械性能。汽车工程材料ppt课件2、热稳定性差

碳钢在使用温度超过200℃后，软化变形，机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于高温场合。汽车工程材料ppt课件

3、耐腐蚀性差

碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤其对酸几乎没有任何抵御能力。

汽车工程材料ppt课件4、淬透性差

碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又淬不上火或淬透层很浅。汽车工程材料ppt课件5、不能满足某些特殊性能要求

如：耐低温、高磁性、无磁性等。

碳钢的冷脆性转变温度较高，-20~-30℃，

故碳钢的使用温度应≥-20℃。汽车工程材料ppt课件

因此发展合金钢成为必然，二十一世纪结构材料的重要发展方向之一就是利用新技术、新工艺改造传统材料——微合金化高强钢，低合金超高强钢。汽车工程材料ppt课件与C的亲和力：强

弱常见的合金元素及作用TiNbVZr

CrMn

Mo

NiCuSiAl合金元素对基本相的影响：非碳化物形成元素溶入F固溶强化弱碳化物形成元素形成合金渗碳体较硬，耐磨，比Fe3C更稳定强碳化物形成元素形成特殊碳化物高熔点，硬，耐磨，最稳定汽车工程材料ppt课件

2.合金钢的分类：按所含主要合金元素种类可分为：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等按用途可分为：结构钢工具钢特殊性能钢上一页

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按钢中S、P杂质含量

a、普通合金钢S≤0.050%P≤0.045%

b、优质合金钢S≤0.035%P≤0.035%

c、高级优质合金钢S≤0.025%P≤0.025%

d、特级优质合金钢S≤0.015%P≤0.020%

按合金元素含量（合金元素总量）

a、微合金钢0.001-0.1%

b、低合金钢1-5%

c、中合金钢5-10%

d、高合金钢>10%

按合金组元

a、二元合金钢：Mn钢、硅钢、铬钢。

b、三元合金钢Cr－Mn、Si-Cr、Si-Mn、Cr-Ni

c、多元合金钢Cr-Mn-Ti、Ni-Cr-Mo-V(二)

合金结构钢

在碳素结构钢中添加Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V、Ti

等合金元素，使其具有较高强度、韧性、淬透性。合金结构钢的分类及编号分类

合金结构钢分为：普通低合金钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢。

编号

数字+化学元素+数字

合金元素含量的百分之几，

<1.5%不标出

合金元素

平均含C量的万分之几

如：40Cr

表示含C量：0.40%（0.37-0.45%）

含Cr量：0.8-1.1%60Si2Mn

表示含C量：0.57-0.65%

含Si量：1.5-2.0%

含Mn量：0.6-0.9%

1、普通低合金钢

合金含量<3%，其强度显著高于相同含碳量的碳素钢（低合金钢），且具有良好的塑性、韧性、焊接性能，比碳钢更低的冷脆转变温度。主要用于桥梁、锅炉压力容器、车辆、船舶、大型钢结构等。C%<0.20%；主强化元素是Mn<1.8%；加入微量的Ti、V、Nb等细化晶粒；加入Cu提高耐大气腐蚀能力。

热处理——

热轧空冷高压容器桥梁船舶车辆应用2、渗碳钢

渗碳钢属于低碳钢，含碳量0.1-0.25%，以保证心部有足够的塑、韧性。为了克服碳钢缺陷，常采用低碳合金钢作为渗碳钢，加入合金元素Cr、Ni、Mn提高淬透性，改善渗碳层的强度和塑、韧性；添加少量的V、W、Mo、Ti细化晶粒，抑制渗碳时晶粒长大。渗碳后需热处理，“淬火+低温回火”，获得“外硬内韧”组织。常用钢号：

15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2、

15CrMn、20CrMnTi、

应用举例：

用20CrMnTi制造汽车变速齿轮。

技术要求：渗碳层厚度1.2~1.6mm,碳浓度1.0%,

齿轮硬度HRC58~60,心部硬度HRC30~45

3、调质钢

调质：

淬火+高温回火

具有较高的强度和较高的塑、韧性配合

（良好的综合机械性能）

对于调质零件，淬透性对机械性能影响很大。成分特点：

调质钢属于中碳钢，含碳量0.27~0.50%

（含碳量过低强度不足，过高韧性不足）。

具有良好综合机械性能，添加Cr、Ni、Mn、Si、

提高淬透性。应用举例：用40Cr制作发动机连杆螺丝

发动机连杆螺丝，承受冲击性载荷（拉应力），且周期性变化，一旦发生断裂，会引起严重事故，要求有足够的强度、冲击韧性、抗疲劳。

4、弹簧钢对弹簧钢的要求

高强度бb，高屈强比бs/бb，高的疲劳强度，足够的塑、韧性，高的淬透性，低的脱碳敏感性，良好的成型性。

成分特点

含碳量高：碳钢0.60~0.75%C

合金钢0.46~0.70%C

添加Si、Mn、Cr、V等合金元素，提高淬透性，细化晶粒，改善机械性能。常用弹簧钢

a、锰弹簧钢60Mn、65Mnb、硅锰弹簧钢55Si2Mn、60Si2Mn

汽车板簧火车螺旋弹簧5、滚动轴承钢（滚珠、滚柱）载荷特点及破坏形式

周期性交变载荷，接触面积小，接触应力很大：300MN/m2，最高可达500MN/m2；循环受力次数可达每分钟数万次，极易磨损和疲劳破坏。

滚动轴承钢的牌号G

Cr9

SiMn

含Mn量WMn≤1.5%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滚动轴承钢三、铸铁1.铸铁的性能特点2.常用铸铁成分

——

w(C)=2.5~4.0%，w(Si)=1.0~3.0%.(一)铸铁的性能特点（１）铸铁的石墨化石墨G（简单六方晶格）组织——

钢基体+石墨（C）

石墨的形态(形状\数目\大小\及分布)决定铸铁组织与性能铸铁的性能特点

铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分。因此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为HB3～5，抗拉强度为20Mpa，延伸率接近零石墨珠光体铁素体抗拉强度MPa20800～1000350～400

因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低，

一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。

铸铁与钢的应力-应变曲线的比较示意图虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高的消振性以及优良的切削加工性。此外，铸铁的碳含量高，其成分接近共晶成分，因此，铸铁的熔点低，约为1200℃左右，铁水流动性好；石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率小，其铸造性能优于钢。

（２）铸铁的组织和分类名

称石

墨化程度显微组织灰口铸铁按Fe-G相图结晶、