《金属材料与热处理（第八版）》- 课件 第六章 低合金钢与合金钢

第六章低合金钢与合金钢§6-1合金元素在钢中的作用一、强化铁素体大多数合金元素(除铅外)都能溶于铁素体，形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异会引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%，Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时，则韧性有下降的趋势;而铬和镍在适当范围内(Cr≤2.0%，Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性提高，从而提高合金钢的强度和韧性。二、形成合金碳化物合金渗碳体锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素倾向于形成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高，但明显提高低合金钢的强度。2.特殊碳化物钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化物。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定，不易分解。当钢中的特殊碳化物呈弥散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低其韧性。三、细化晶粒几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成的AlN和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。四、提高钢的淬透性除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬透性。五、提高钢的回火稳定性淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下降较慢。与碳素钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，使其韧性更好。高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。§6-2低合金钢与合金钢的分类和牌号一、低合金钢与合金钢的划分低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。低合金钢与合金钢合金元素规定含量界限值（摘自GB/T13304.1—2008）二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)1.按质量等级分类(1)普通质量低合金钢(2)特殊质量低合金钢(3)优质低合金钢2.按主要性能及使用特性分类

低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)1.按质量等级分类(1)优质合金钢(2)特殊质量合金钢2.按主要性能及使用特性分类(1)工程结构用合金钢(2)机械结构用合金钢(3)不锈、耐腐蚀和耐热钢(4)工具钢(5)轴承钢(6)特殊物理性能钢(7)其他如焊接用合金钢等。四、低合金钢与合金钢的牌号低合金钢与合金钢的牌号表示方法（摘自GB/T221—2008）专用结构钢的用途、特性和工艺方法表示符号见下表：专用结构钢的用途、特性和工艺方法表示符号（摘自GB/T221—2008）五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系(GB/T17616—2013)钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分类、管理及体系表等内容。统一数字代号的组成§6-3低合金钢低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性能。低合金钢广泛用于制造工程构件。低合金钢的应用一、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的主要力学性能及应用（摘自GB/T1591—2018）续表二、低合金耐候钢低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。低合金耐候钢的牌号及应用三、低合金专用钢1.汽车用低合金钢它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。2.锅炉、压力容器用低合金钢压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性破坏。3.铁道用低合金钢铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗钢整体车轮等。4.矿用低合金钢矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。§6-4合金结构钢合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。一、合金渗碳钢合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后，便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。合金渗碳钢的应用常用合金渗碳钢的牌号、热处理工艺、力学性能及用途续表二、合金调质钢合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良好的综合力学性能的重要结构件。受力较复杂的结构件常用合金调质钢的牌号、热处理工艺、力学性能及用途续表三、合金弹簧钢合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性，不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。常用合金弹簧钢的牌号、热处理工艺、力学性能及用途（摘自GB/T1222—2016）四、滚动轴承钢滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈及滚动体。滚动轴承及构件常用滚动轴承钢的牌号、热处理工艺及用途（摘自GB/T18254—2016）§6-5合金工具钢合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。一、合金刃具钢合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高热硬性及足够的强度和韧性等。合金刃具钢的应用1.低合金刃具钢常用低合金刃具钢的牌号、主要化学成分、热处理工艺及用途（摘自GB/T1299—2014）2.高速钢高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、铬、钒、钼等强碳化物形成元素。高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣刀、拉刀等)。高速钢成形刀具常用高速钢的牌号、主要化学成分、热处理工艺及用途（摘自GB/T9943—2008）续表二、合金模具钢1.冷作模具钢冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。冲裁模2.热作模具钢热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、压铸模、热挤压模)等。热锻模、压铸模和热挤压模3.塑料模具钢从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来的。塑料制品与塑料模具常用塑料模具钢的类别、牌号及特性三、合金量具钢量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。量规和样板合金量具钢的应用实例§6-6特殊性能钢具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。一、不锈钢不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。常用不锈钢的主要化学成分、热处理工艺、力学性能及用途（摘自GB/T20878—2007）续表二、耐热钢耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的强度，能较好地适应高温条件的