2023学年完整公开课版合金钢（V18版）

5-1合金钢5-1AlloySteel

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

1

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

2

MetallgraphyⅡ学期课程安排：1-课程：15次课程第五章常用金属材料第六章金属及合金的塑性变形及断裂第七章金属及合金的回复与再结晶第八章扩散2-实验：金属材料显微组织观察时间：第5次课程3-作业：每2次课程布置一次作业上交作业时间要求：周2上午由班长交至S4054-考核成绩：第16次课程为期末考试出勤、作业、实验报告、期末考试

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

3

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel知识回顾：材料的分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料金属材料的分类：黑色金属：钢、铁等有色金属：铝、铜、钛等上学期学过的碳素钢：碳素结构钢-普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

4

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel知识回顾：钢铁（黑色金属）（1）普通碳素结构钢-Normalcarbonstructuralsteel牌号由QXXX-Y.Z四部分组成，Q表示屈服强度，XXX代表应力值，Y代表质量等级符号;ABCD，Z代表脱氧方法:镇静或沸腾,Q275-A.Z用途：普通的工件

钢结构桥梁建筑构件

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

5

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel知识回顾：钢铁（黑色金属）（2）优质碳素结构钢-Improvedcarbonstructuralsteel成分-热处理：渗碳，淬火，回火等牌号由两个数字XX组成，表示含碳量万分之几，4535用途：重要的零件，齿轮，曲轴

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

6

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel知识回顾：钢铁（黑色金属）（3）优质碳素工具钢，ImprovedcarbontoolsteelWc：0.65%-1.35%牌号由TXX两部分组成，T为碳拼音首字母，有时读“特”，XX表示含碳量千分之几，T8T12用途：制造工具

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

7

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel牌号复习：1、Q235A：碳素结构钢，Q235表示屈服强度235MPa，A表示质量优级。2、45：优质碳素结构钢，45表示Wc=0.45%。3、T12A：T表示碳素工具钢，12表示Wc=1.2%，A表示质量等级优级。4、08F：优质碳素结构钢，08表示Wc=0.08%，F表示沸腾钢。5、T8：T表示碳素工具钢，8表示Wc=0.8%。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

8

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金钢定义：为了进一步改善钢的性能，获得一定的性能组合，在碳钢的基础上，冶炼时有目的地加入某些特殊的元素或元素组合的钢，称为合金钢。途径：合金化，加入合金元素的目的是提高钢的使用性能，改善钢的工艺性能。合金钢主要用于制作重要工件、大尺寸及形状复杂工件。强化手段：冷变形、热变形、合金化及热处理。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

9

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的存在形式1.与铁形成固溶体2.与碳形成碳化物3.在高合金钢中形成金属间化合物

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的作用一、对Fe-C合金基本相的影响对铁素体：溶入F中形成合金铁素体，产生固溶强化（Si﹥Mn﹥Ni﹥…）对奥氏体：溶入A中形成合金奥氏体，产生固溶强化对渗碳体影响：形成合金渗碳体(Fe，Me)3C或者特殊碳化物（如VC，TiC等）

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

10溶解于铁素体与奥氏体，起固溶强化作用产生“固溶强化”，提高硬度，但韧性下降

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

11ENGINEERINGMATERIALS5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的作用

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎（非）碳化物形成元素在合金化理论中，通常把合金元素按与碳的亲和力大小，分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两类。非碳化物形成元素：与碳亲和力小，不形成碳化物，Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。作用：促使碳化物分解，析出石墨。碳化物形成元素：

与碳有很强的亲和力。Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。作用：形成熔点高、硬度高、稳定性强的强化相，

--第二相强化，条件：细小弥散分布

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

12

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

13

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的作用二、对Fe-Fe3C合金基本相的影响对奥氏体区的影响：JNASGPBHδ+AδL+δL+AAF+AFPF+PP+Fe3CⅡA+Fe3CⅡEDCFKL+Fe3CⅠP+Fe3CⅡ+L’dFe3CⅠ+L’dA+Fe3CⅡ+L’dFe3CⅠ+LdLdL’d1600150014001300120011001000900800700600室温0.008Fe00.20.40.60.81.01.52.03.04.05.06.69

Fe3C合金元素对铁碳相图的影响

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

15

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的作用二、对Fe-Fe3C合金基本相的影响对奥氏体区的影响：扩大奥氏体相区（A形成元素）：Ni、Co、Mn、C、N、Cu缩小奥氏体相区（F形成元素）：Si、Cr、Mo、W、V、B、Nb、Zr

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

16

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金元素在钢中的作用三、对加热冷却（热处理）过程的影响对奥氏体化的影响：强碳化物形成元素延缓奥氏体化进程，减缓碳的扩散，阻碍奥氏体晶粒的长大。非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素有促进奥氏体转变的作用

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

17

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金钢的分类：1、

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%2、

按钢的金相组织a、铁素体钢Cr17、Cr25、Cr28b、奥氏体钢1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13c、马氏体钢3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、d、珠光体钢15CrMo、12CrMoVe、贝氏体钢12MoVWBSiRe

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

18

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金钢的分类：3、

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%4、

按用途

a、合金结构钢-Alloyedstructuralsteel

b、合金工具钢-Alloyedtoolsteel

c、特殊性能钢-（不锈钢、耐热钢、超强钢）Specialsteel◎合金钢的牌号构成：含碳量+合金元素符号及含量+特殊字母符号如60Si2Mn，09Mn2，CrWMn，9SiCr，GCr15（1）含碳量一般结构钢用平均含碳量的万分数表示；工具钢用平均含碳量的千分数表示；（2）合金元素及含量

表示该合金元素平均含量的百分数。当合金元素平均含量小于1.5%时不标数字；（3）特殊符号出现在钢号“首部”或“尾部”，有时用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

195-1合金钢AlloySteel

MetallgraphyⅡ60Si2Mn平均含碳量万分数合金元素含量百分数（<1.5%不注，1.5-2.5%注2…）CrWMn,9SiCr合金元素含量百分数<1.5%不注，1.5-2.5%注2…GCr15合金结构钢钢号表示举例合金元素Cr含量为1.5%“G”表示滚动轴承钢

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

20

MetallgraphyⅡ◎1、低合金高强度结构钢1、用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架2、成分：低碳，其WC＜0.20%低合金，Mn、Si、Ti、Nb、V等。3、性能：较高的强度与塑韧性，冷脆转变温度低良好的焊接性、抗蚀性4、常用钢号：Q295，Q345，Q390，Q420

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

21

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT22

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel低合金高强度结构钢的用途：Q460钢材，大多数人可能都不了解。“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形。◎2、合金结构钢1、用途：承载较大或受力比较复杂的机械零部件2、成分：WC：0.25%-0.5%

Cr、Ni、Mn、Si、B等。3、性能：要求具有良好综合力学性能的重要零件，受多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等），受力比较复杂。4、热处理：调质处理：“淬火+高温回火(500～650℃)”有时将此类钢称为调质钢。5、钢号举例：20Cr2Ni4A，38CrMoAl。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

23

MetallgraphyⅡ◎3、高耐候性结构钢和焊接结构用耐候钢（室外受气候考验）1、用途：工程结构——桥梁，车辆，建筑，塔架，集装箱2、成分：低碳，其WC＜0.20%

Cu、Ni、Ti、Cr、Re等。3、性能：较高的强度与塑韧性，冷脆转变温度低良好的焊接性、抗蚀性4、常用钢号：Q295GNH，Q345GNH，Q355NH，Q460NH

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

24

MetallgraphyⅡ◎4、易切削结构钢1、用途：切削机床上进行切削加工2、成分：

低碳或中碳，含Ｓ、Ｍｎ、Ｐ较高，

含S（MnS）、Pb、P、Ca等。3、性能：切削抗力小、对刀具磨损小，切屑易碎、便于排除

4、常用钢号：Y12，Y12Pb、Y15、Y30、Y40Mn、Y45Ca

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

25

MetallgraphyⅡ◎5、表面硬化钢（渗碳钢，渗氮钢）1、用途：受冲击和摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）2、成分：

Wc≤0.25%，合金元素Cr、Mn、Ti等

3、性能：表面耐磨硬度高（58~64HRC）；心部塑韧好

4、常用钢号：20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20Cr2Ni4A

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

26

MetallgraphyⅡ◎6、弹簧钢1、用途：用于弹性零件的专用钢2、成分：

中、高碳成分，Wc=0.5％～0.7％，合金元素：主要是Si、Mn、Cr。3、性能：弹簧一般在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏。要求具有高的屈服点和屈强比（Re/Rm）、弹性极限、抗疲劳性能。

4、常用钢号：60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA硅锰弹簧钢60Si2Mn使用最为广泛。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

27

MetallgraphyⅡ◎7、滚动轴承钢1、用途：滚动轴承元件用钢（滚动体，内、外圈）2、成分：

Wc=0.95％～1.15％，WCr=0.5％～1.65％，辅加Si、Mn。3、性能：高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度，一定的韧性;耐蚀性、淬透性。

4、常用钢号：GCr9、GCr15

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

28

MetallgraphyⅡ

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎合金工具钢：在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元素，用来制造各种刃具、模具、量具等用钢就称为合金工具钢。合金工具钢分类：1、刃具钢-cutlerysteel2、模具钢-dieblocksteel3、量具钢-measuringinstrumentsteel合金工具钢牌号表示方法：与合金结构钢相同含碳量：W(C)≥1.0%，不标，如CrMn钢；

W(C)<1.0%，以千分之几表示，如9SiCr钢。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

29

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

30

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel合金工具钢：◎1、刃具钢：用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。性能要求：高硬度，一般都在60HRC以上；高耐磨性，严重影响刃具的使用寿命和使用效率；高红硬性，高温度下保持高硬度的能力；良好配合的强度、塑性和韧性，防止冲击和振动载荷；常用9SiCr、9Mn2V等。高速钢：高速切削W18Cr4V、W9Mo3Cr4V

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel合金工具钢：◎2、模具钢：用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢，分为冷变形模具钢：Cr12,Cr12MoV;和热变形模具钢:5CrMnMo,5CrNiMo,两大类。性能要求：⑴高硬度和耐磨性。⑵足够的强度和韧性。⑶良好的工艺性能

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

31

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

32

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel合金工具钢：◎3、量具钢：制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。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高的尺寸稳定性。⑶足够的韧性。高合金工具钢：GCr15渗碳钢：15CrMn

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel◎特殊钢：用于制造在特殊工作条件或特殊环境下，具有特殊性能要求的构件和零件的钢材，称为特殊钢。特殊钢分类：1、不锈钢-Stainlesssteel2、耐热钢、高耐热钢-Heatresistantsteel3、耐磨钢-Wearresistantsteel牌号表示方法：与合金工具钢基本相同。不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。

w(C)≤0.03%，在最前面用“00”表示，00Cr17Ni14Mo2；

w(C)≤0.08%，在最前面用“0”表示，0Cr18Ni9。耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ZG”，“ZG+元素符号+数字…..百分之几”，ZGMn13

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

33

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

34

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel特殊钢：◎1、不锈钢：◎a.马氏体不锈钢常用的马氏体不锈钢的含碳量（0.1-0.45）%，主要合金Cr的质量分数（12-14）%，通常称为Cr13型钢，如1Cr13、2Cr13，用作受冲击载荷的汽轮机叶片等；3Cr13、4Cr13，用于弱腐蚀条件下有高硬度要求的医疗器具、弹簧、刃具等。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

35

MetallgraphyⅡ5-1合金钢AlloySteel特殊钢：◎1、不锈钢：◎b.铁素体不锈钢这类钢从室温加热到高温960～1100℃，不发生相变，始终都是单相铁素体组织，因此被称为铁素体不锈钢。常用钢的碳质量分数小于0．15％C，铬的质量分数在(12％一32％)Cr之间，钢号有0Crl3、1Crl3、1Crl7Ti、1Cr28等。一般用于硝酸、氮肥工业的设备、容器、管道和食品工厂设备等。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT