第六章-合金钢.ppt

1、2020/7/18，1。合金的概念，课堂复习，合金钢是以碳钢为基础的，为了提高钢的性能，钢在冶炼过程中有目的地加入一种或几种合金元素。2020/7/18，2，2。合金碳结构钢的等级编号，等级审查，2020/7/18，3，4。特殊钢牌号、等级评定、GCr15、滚动轴承钢、主要合金元素为铬，平均含量为1.5%，2020年主要包括：低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢、机械制造用钢、2020/7/18、5、2、低合金高强度结构钢(低合金高强度钢)1。该应用主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、油气管道、大型钢结构等。桥梁、船只和车辆、集装箱和油箱，2020年7月18日，6月2

2、日。性能要求(1)高强度：一般屈服强度在300兆帕以上。(2)高韧性：伸长率要求为15%，室温冲击韧性大于600 kJ/m2800 kJ/m2。对于大型焊接部件，也需要高断裂韧性。(3)良好的焊接性和冷成型性。(4)冷脆转变温度低。(5)良好的耐腐蚀性。1954年冬天，英国32000吨的世界协和式飞机在爱尔兰寒冷的海面上航行，突然船体中部破裂，船很快沉没。后来，又发生了几起类似的沉船事故。通过研究发现，沉船是由于外界温度低和金属材料脆性断裂造成的。这种材料的脆化称为冷脆化，因为它发生在低温下。2020/7/18，8，冷脆化例子，利用脆化现象，人们发明了低温粉碎技术。例如，废钢在低温下被压碎。众

3、所周知，炼钢中使用了大量的废钢，废钢占电炉炼钢原料总量的6080%。废钢在投入冶炼前应进行粉碎，以加速熔化。废钢破碎一直是一个难题，因为废钢的尺寸、厚度和重量差异很大。传统的电弧切割方法速度慢，效率低。废钢浸泡在液氮(-196)中，或者通过低温粉碎技术用氮气(-100)冷却，然后它变得像玻璃一样易碎。2020/7/18，9，3。成分特征(1)低碳：要求韧性、可焊性和冷成型性，碳质量分数不超过0.20%。(2)锰是主要的合金元素。固溶强化氟，精炼磷，提高磷含量，提高钢的强度。(3)铌、钛和钒：形成细小的碳化物或碳氮化合物，获得细小的铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性。(4)少量的铜(0.4%)和磷(

4、约0.1%)可以提高耐腐蚀性。2020/7/18，10，4。常用的低合金高强度结构钢Q345消耗量最大，产量最大。与普通碳素结构钢Q235相比，其强度高200%左右，耐大气腐蚀能力高208%。Q420具有高强度、良好的韧性、焊接性和低温韧性，广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。2020/7/18/11，碳含量相对较低，一般规定5%为塑性材料，5%为脆性材料。2020/7/18，12，5。热处理特征通常用于热轧退火或正火状态，不需要特殊的热处理。服役状态下的显微组织一般为铁素体索氏体。2020/7/18，13，Rolling，2020/7/18，14，3。易切削钢，牌号：“易”或“Y”前数分

5、类：硫易切削钢；无铅易切削钢；钙易切削钢，2020/7/18，15，4。合金渗碳钢1。其用途主要用于制造汽车和拖拉机的变速齿轮、内燃机的凸轮轴和活塞销以及其他机械零件。这种零件在工作过程中会受到强烈的摩擦和磨损，同时承受较大的交变载荷，尤其是冲击载荷。换档拨叉齿轮活塞销，活塞销(20cr)，2020/7/18/16，凸轮机构：接触表面受到强烈摩擦和磨损。2020/7/18，17，2。性能要求(1)高表面硬度、耐磨性、优异的耐磨性和抗接触疲劳性，以及适当的塑性和韧性。(2)芯具有高韧性和足够高的强度，在冲击载荷或过载下不易断裂。(3)具有良好的热处理性能。在高渗碳温度(900 950)下，奥氏体

6、晶粒不易长大，淬透性好。2020/7/18，18，3。成分特征(1)低碳：碳的质量分数一般为0.10%和0.25%，这使得零件中心具有足够的塑性和韧性。(2)添加合金元素提高淬透性：铬、镍、锰、硼等。(3)加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：少量强碳化物形成元素，如钛、钒、钨、钼等。以形成稳定的合金碳化物。2020/7/18/19，低淬透性钢：15Cr，20Cr，20Mn2。钢含有总合金元素的3%，用于低应力的耐磨零件，如柴油机的活塞销和凸轮轴。活塞销(20Cr)，中等淬透性钢：20 CrMn，20CrMnTi，20Mn2TiB。钢中合金元素的总量为4%。中等负载的耐磨零件，如齿轮箱齿轮。柴油发动机

7、凸轮轴，4。钢种和牌号，2020/7/18，20，高淬透性钢：18Cr2NiWA，20Cr2Ni4A等。钢中合金元素的总量为4%-6%。重载耐磨零件，如柴油机曲轴。柴油机曲轴，2020年7月18日，2020年5月21日。热处理后，组织和性能渗碳，预冷和淬火，然后低温回火。表面结构：合金渗碳体具有回火马氏体(高碳)和少量残余奥氏体，硬度为60 HRC62 HRC。核心结构与钢的淬透性和零件的截面尺寸有关。完全硬化后，为回火马氏体(低碳)，硬度为40 HRC48 HRC；大多数情况下，为回火马氏体(低碳)屈氏体，含少量铁素体，硬度为25 HRC40 HRC。心韧性一般高于700千焦/平方米。202

8、0/7/18/22，合金渗碳钢加工工艺，落料-锻造-初步热处理(通常正火：粉末冶金)-加工(非渗碳零件镀铜)-渗碳(-加工)-淬火，低温回火(-喷丸)-精加工(磨削)2020/7/18，23，5，渗氮钢，选择含碳量为0.30.5%的中碳钢，添加铝、钒、钛等。为了促进渗氮，添加少量的钼和钨，并降低渗氮后的回火脆性。热处理：调质氮化，表层氮化，中心为不锈钢背，代表钢种：铬钼系列，铬钼钒系列。合金淬火和回火钢提示：关键内容1。广泛用于制造汽车、拖拉机、机床等机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。连杆曲轴，2020/7/18，25，2。性能要求大多数调质零件承受各种工作

9、载荷，受力情况复杂，要求高的综合力学性能，即高强度和良好的塑性和韧性。合金调质钢也需要良好的淬透性。机床齿轮，2020年7月18日，26，3。组成特征(1)碳的质量分数通常在0.25%和0.50%之间，主要是0.4%；(2)铬、锰、镍、硅提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度；(3)含镍、铬、锰的合金调质钢，为防止第二类回火脆性，加入钼和钨，容易产生第二类回火脆性。添加钼和钨可以防止二次回火脆性。适宜含量：钼的质量分数为0.15%-0.30%，或钨的质量分数为0.8%-1.2%。2020/7/18，27，45钢和40Cr钢淬火和回火后的性能比较，2020/7/18，28，4。钢级和品牌40C

10、r低淬透性合金调质钢，油淬临界直径为20 mm40 mm，用于制造一般尺寸的重要零件。35CrMo中等淬透性合金调质钢的淬火临界直径为40-60毫米。添加钼可以提高淬透性，防止二次回火脆性。(20铬锰钛)40铬钼合金高淬透性调质钢，油淬临界直径为60mm100mm，在铬镍钢中加入适量钼，不仅淬透性好，而且消除了第二种回火脆性。2020/7/18，29，5。热处理及组织和性能热处理：淬火和高温回火。合金调质钢淬透性高，通常用油淬火。淬透性高的合金钢在空气中冷却淬火(淬透性高，随着大量合金元素的加入，Ms降低，A增加，淬火后进行冷处理)，合金调质钢一般在500-650回火。为防止第二种回火脆性，回

11、火后快速冷却(水冷或油冷)。热处理后的组织与性能：合金调质钢经常规热处理后的组织为回火索氏体，用于螺栓、连杆等。表面要求耐磨的零件(如齿轮和主轴)经过感应加热表面淬火和低温回火，表面组织为回火马氏体，表面硬度可达55 HRC58 HRC。心脏组织是回火索氏体。调质合金钢的屈服强度约为800 MPa，冲击韧性为800 kJ/m2，核心硬度可达22hcr25hrc。如果横截面尺寸较大且未硬化，性能将显著下降。2020/7/18，31，第七章。合金弹簧钢1。应用合金弹簧钢是一种特殊的结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。离合器弹簧，蝶形弹簧，拉伸弹簧，2020/7/18，32，2。性能要求(1)高

12、弹性极限E，特别是高屈强比s /b，以保证弹簧有足够高的弹性变形能力和较大的承载能力。(2)高疲劳强度，防止振动和交变应力下的疲劳断裂。(3)足够的塑性和韧性以避免冲击下的脆性断裂。(4)要求淬透性好，不易脱碳和过热，易缠绕成型。特殊弹簧钢也要求耐热性和耐腐蚀性。2020/7/18，33，3。组成特点(1)中碳和高碳保证了较高的产率，碳的质量分数一般为0.50%-0.70%。当碳含量过高时，塑性、韧性和抗疲劳性下降。(2)加入硅和锰以提高淬透性。硅和锰也提高了产率。铬、钒、钨等元素。必须添加到重要用途的弹簧钢中。弹簧的冶金质量对疲劳强度有很大影响，弹簧钢都是优质钢或优质钢。2020/7/18，

13、34，4。钢的牌号为65Mn(碳弹簧钢)，60Si2Mn以硅和锰为主要合金元素，价格便宜，淬透性明显优于碳弹簧钢。硅锰复合合金的性能比单一锰合金好得多。用于汽车和拖拉机上的钢板弹簧和螺旋弹簧。含铬、钒、钨和其他元素的50铬钒弹簧钢。铬和钒的复合合金化不仅能提高钢的淬透性，还能提高钢的高温强度、韧性和热处理工艺性能。它可以做成一个大弹簧，在350-400下可以承受很大的载荷。加工、热处理和性能弹簧根据加工和热处理可分为两类：(1)热成型弹簧是由热轧钢丝或钢板制成，然后在中温(450-550)下淬火和回火，获得回火屈氏体组织。它具有较高的屈服强度和弹性极限，并具有一定的塑性和韧性，因此一般用于制造

14、较大的弹簧。建议在：中广泛采用喷丸处理，以提高弹簧的疲劳寿命。(2)冷成型弹簧小型弹簧通常用冷拉弹簧钢丝(片)轧制。2020/7/18，36，第八章。球轴承钢提示：关键内容1。主要用于制造滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外圈等。属于特种结构钢。它也用于制造耐磨零件，如精密测量工具、冷冲压模具、机床螺钉等。滚珠轴承，2020/7/18，37，2。性能要求(1)高接触疲劳强度：当球、滚子和环运动时，它们是点接触或线接触，压缩应力高达1500兆帕5000兆帕；交变应力很容易导致接触疲劳损伤、点蚀或剥落。轴承钢的疲劳强度应该很高。(2)高硬度和耐磨性：硬度一般为62HRC64HRC。(3)足够的韧性和淬

15、透性。(4)要求在大气和润滑介质中具有一定的耐腐蚀性和良好的尺寸稳定性。2020/7/18，38，3。组成特征(1)高碳质量分数为0.95%-1.10%，不饱和(2)铬提高淬透性，形成细小均匀分布的合金渗碳体(铁、铬)3C，提高钢的耐磨性和疲劳强度。铬的质量分数为0.40%-1.65%。2020/7/18，39，4。钢种和钢种(1)铬轴承钢GCr15 w(C)1%，w(Cr)1.5%是最常用的，其消耗量占轴承钢的绝大部分。(2)轴承钢gcr15Simn和GCr15SiMnMov中加入锰、硅、钼和钒，可以通过在铬轴承钢中加入硅和锰来提高淬透性。无铬轴承钢，如gsimnMov和GSiMnMoVre

16、，可以通过添加钼和钒来节省铬，其性能类似于GCr15。2020/7/18，40，5。热处理和组织性能正火球化退火-淬火和低温回火(1)球化退火降低了钢的硬度，有利于加工，获得细小的球状珠光体和均匀分布的多余细小粒状碳化物，从而为零件的最终热处理做准备。2020/7/18/41工艺：GCr15钢的淬火温度严格控制在820840范围内，回火温度一般为150160。精密轴承必须确保在长期储存和使用过程中不会变形。为了稳定尺寸，淬火后应立即进行“冷处理”(-60 -50)，以减少内应力和残余奥氏体。回火和研磨后，在低温(120-130，保持5小时)下老化。2020/7/18/42，请选择制造以下零件的材料：汽车齿轮、机床主轴、汽车板簧和滚珠。合金工具钢分为：切削工具钢、模具钢和测量工具钢。实际应用的限制不是绝对的。2