工程材料3 21 合金钢

1、ChangzhouUniversity常州大学3.2合金钢3.2合金钢合金？主要由Fe、C两元素组成，含其它杂质元素， 如Si、Mn、S、P、N等在碳素钢的基础上有目的地添加了其它合金元素， 如Mn、Si、Ni、V等。材料学院金属材料系合金钢碳素钢ChangzhouUniversity常州大学合金钢同为Si、M等非Fe、C元素，为何在碳素钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素？获得比碳素钢更好的性能强硬度、塑韧性、耐腐蚀性、尺寸稳定

2、性、耐摩擦性能、易切削性等。材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学本 节 主 要 内 容3.2.13.2.23.2.33.3.4合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学3.2.1合金钢3.2.1合金钢1. 常加入的合金元素有哪些？Mn、Si、Ni、V、Mo、Cr、Ti、B、Al等2. 为什么要加入这些合金元素？有针对性地改善钢的淬透性、强硬度、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性3. 这些合金元素怎样对钢的性能产生影响？材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学3.2.1合金钢合金钢

3、的分类1. 按合金钢的用途分类1) 合金结构钢2) 合金工具钢 3) 特殊性能用钢2. 按合金元素的含量分类 低合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe5。 中合金钢：钢中合金元素总的质量分数Wme：510。 高合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe10。3. 按平衡状态或退火组织分类亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。材料学院金属材料系合金钢的种类繁多，根据选材、生产，研究和管理等不同的要求， 可采用不同的分类方法：ChangzhouUniversity常州大学3.2.2合金结构钢3.2.2合金结构钢一、牌号及其表示方法二、普通低合金结构钢三、易切削钢四、渗碳钢五、调质钢六、弹簧钢七、滚动轴

4、承钢材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学牌号及其表示方法一般表示方法：“+元+数字+”举例w(C)=0.6%, w(Si)=1.5-2.4%, w(Mn) 1.5%60Si2Mnw(C)=0.18%, w(Cr)=1.5-2.4%, 高级优质钢w(Ni) =3.5-4.4%, w(W)1.5%特例：滚动轴承钢（GCr15），G表示滚动轴承，Cr是常加元素，15表示含铬量千分之一为单位易切削钢（Y40Mn），Y表示易切削钢，后面部分与一般表示方法相同18Cr2Ni4WAGCr25与Cr12的含铬量？材料学院金属材料系返回高级优质钢在最后加A表示表示含碳量，万分之一为单

5、位表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于1.5%时，数字省略素符号两位数字ChangzhouUniversity常州大学普通低合金结构钢普通低合金结构钢（普低钢）：在低碳碳素结构钢的基础上加入少低合金高强度钢含碳量：0.2%主加元素：Mn（1.25-1.5）%，溶入铁素体，起固溶强化作用细化珠光体，起细晶强化作用辅加元素：Nb、V、Ti，形成稳定碳化物，起第二相弥散强化作用，并阻碍A晶粒长大，起细晶强化作用性能：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好热处理、组织：热轧空冷，F+S量合金元素（3%）获得的钢种材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学普通低合金结

6、构钢常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV 34J）材料学院金属材料系钢号旧钢号主 要 化 学 成 分，%机械性能CMnSi，ss ，MPasb ，MPad5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.554

7、6072017ChangzhouUniversity常州大学普通低合金结构钢应用：常用于工程机械领域，如桥梁车辆船舶高压容器材料学院金属材料系返回ChangzhouUniversity常州大学易切削钢易切削钢：为了提高钢的切削加工性能，而加入一种或几种合金元素，形成易切削钢。主加元素：S（0.08-0.30）%，形成夹杂物，使切屑容易脆断具有减摩作用，降低切削力和切削热！减低表面粗糙度，延长刀具使用寿命！过量的S容易产生热脆现象Pb（0.15-0.25）%，降低摩擦系数、切屑变脆易断Ca（0.001-0.005）%，形成硅酸盐保护膜，降低磨损性能：具有良好的切削性能材料学院金属材料系返回Cha

8、ngzhouUniversity常州大学渗碳钢渗碳钢牌号的前两位数字应该是？渗碳钢：用于制造渗碳零件的钢。外硬内韧性能要求：表面具有较高的硬度和耐磨性心部具有良好的塑性和韧性成分：w(C)= (0.1-0.25)%，保证心部具有良好的塑性和韧性合金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，强化铁素体，改善表面和心部的组织和性能Ni：提高心部强度，提高韧性和淬透性少量Mo、W、V、Ti：稳定的合金碳化物，细化晶粒，提高表层硬度和耐磨性热处理：正火处理（改善锻造的不良组织）+渗碳+淬火+低温回火室温组织：表面是回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体，60-62HRC心部淬透时：低碳回火马氏体+铁素体心部为淬透：

9、索氏体+铁素体材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学渗碳钢分类及应用： 低淬透性合金渗碳钢15Cr、20Cr、20Mn2用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴 中淬透性合金渗碳钢20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性合金渗碳钢18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。活塞销( 20Cr )变速箱齿轮材料学院金属材柴料油系机曲轴ChangzhouUniversity常州大学渗碳钢渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:930，回火：200 ）p172材料学院金属材

10、料系淬透性钢号主 要 化 学 成 分, %预备处理淬火, 机械性能CMnCr，NisbMPassMPaaKU2 J低20Cr20MnV0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880 800水, 油880水, 油8357855405904755中20CrMn 20CrMnTi0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850 油880 870油93010807358354755高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.2 0.300.601.351.654.04.

11、51.251.653.253.75950 850空880 780油1180118083510807863ChangzhouUniversity常州大学调质钢淬火+高温回火调质钢：经调制处理后使用的钢称为调质钢。调质钢牌号的前两应用：在机械制造中最常用的一类钢。如柴油位机数连字杆应和该连是杆？螺？栓及曲 轴、汽车半轴、机床主轴等。良好的综合机械性能性能要求：较高的强度和良好的塑韧性相配合成分： w(C)=0.30.50%，中碳钢，保证强硬度和塑韧性的搭配Zr、Ni、Si、Mn：提高淬透性，强化铁素体V、Ti、Mo、W：细化晶粒，提高回火稳定性，Mo、W还能防止第二类回火脆性材料学院金属材料系Ch

12、angzhouUniversity调质钢常州大学热处理特点（一）生产工艺路线下料锻造预备热处理机加工（调质）（局部感应加热淬火低温回火）精加工（二）预备热处理处理后硬度为180200HBS，便于机加工。1、退火（高碳结构钢和工具钢）完全退火、球化退火2、正火（低、中碳结构钢或合金元素少的结构钢）3、（正火+）高温回火（650700）（合金钢）4、调质（对强度和硬度要求较低，调质后进行机加工，加工后不再进行热处理）材料学院金属材料系ChangzhouUniversity调质钢常州大学（三）调质处理调质：淬火+高温回火组织：回火索氏体（回火S）性能：强度、塑性和韧性均较高，即具有良好的综合力学性能

13、；缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。回火S（四）表面局部淬火对许多零件通过调质处理能满足 强韧性要求，但局部对耐磨性要求高， 满足不了耐磨性要求。对局部进行感 应加热淬火。如轴类零件的轴颈或花键部分。材料学院金属材料系感应淬火部位ChangzhouUniversity调质钢常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity调质钢常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUnivers

14、ity常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学材料学院金属材料系Changzhou常州大学调质钢University 分类及用途： 低淬透性(D0油60mm, 40CrNiMo、40CrMnMo、38CrMoAlA) 大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮柴油机连杆螺杆材料学院金属材料系破碎机主轴汽轮机主轴材料学院金属材料系常州常大学用C调han质gzho钢u类齿轮材料及热处理要求UniversityChangzhouUniversity弹簧钢常州大学用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件成分特点

15、中高碳：碳素弹簧钢为0.60.9%C合金弹簧钢为0.450.7%C低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高疲劳强度高主加元素：Si、Mn、Cr、V提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒性能特点 ：高的s，s/b；高的-1；足够的韧性，耐震动、抗冲击高的淬透性材料学院金属材料系材料学院金属材料系Changzhou常州大学University弹簧钢弹簧的表面质量 防止表面脱碳； 避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表面产生压应力热处理特点： 热轧弹簧(10mm大截面弹簧)：热成型淬火+中温回火喷丸 冷轧弹簧(62GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GS

16、iMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062ChangzhouUniversity合金结构钢总结常州大学一般表示方法：“+元素符号+”举例： 20CrMnTi40CrMnMo60Si2MnWA常用合金结构钢：普低钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢材料学院金属材料系高级优质钢在最后加A表示表示含碳量，万分之一为单位表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于1.5%时，数字省略+数字两位数字ChangzhouUniversity常州大学3.2.3合金工具钢回顾碳素工具钢的牌号、用途、热处理、室温组织等！牌号：T8、T12用途：

17、凿子、锉刀、量具等热处理：淬火 + 低温回火室温组织：回火M + 球状渗碳体 + 残余A材料学院金属材料系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。ChangzhouUniversity常州大学3.2.3合金工具钢3.2.3合金工具钢一、 牌号表示方法二、 刃具钢三、 模具钢四、 量具钢材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学牌号的一般表示方法合金元素：表示方法与合金结构钢相同含碳量：W(C) 1.0%，不标；W(C) 1.0%，以一位数表示，千分之一为单位特例高速钢，不论含碳量多少都不标，W18Cr4V返回材

18、料学院金属材料系合金结构钢中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？刃具钢ChangzhouUniversity常州大学刃具钢：用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。工作条件：强摩擦，磨损严重，刃部高温至500-600，常受冲击和振动性能要求：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，高硬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分类：低合金刃具钢、高速钢材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学低合金工具钢（碳素工具钢+合金元素）成分特点：高C（ 0.9 1.5 %）+ 低合金（5 %）

19、合金元素作用：提高淬透性: Cr、Mn、Si提高耐回火性：Si、Cr提高耐磨性、细化晶粒、阻止钢过热:W、V性能要求:HRC60，使用温度200 300 ，有一定的强度和韧性材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学低合金工具钢热处理:球化退火（+ 机加工）+ 淬火（油冷） +低温回火最终组织： 回火M +合金碳化物+少量A 应用：9 SiCrCrWMn各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。材料学院金属材料系板牙丝锥扳手低合金刃具钢ChangzhouUniversity常州大学9SiCr钢制造圆板牙工艺路线：下料 球化退火 机加工 淬火+低温回火 磨平面 抛槽开

20、口热处理工艺：850-870800-810炉冷700-720 600-6506-8h炉冷500160-200 190-200出炉空冷材料学院金属材料系2-4hChangzhouUniversity常州大学制造高速切削刃具用钢高速钢典型钢种 ：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2成分特点： 高C（wC = 0.65 1.65 %） 高合金（ 10%）提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）高速钢型材提高淬透性（Cr）提高回火稳定性（W、V）细化晶粒（V）材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学高速钢 性能特点：高硬度和耐磨性 “锋钢”高热硬性 “高速钢”高淬透性 “风钢”较

21、高的强度、韧性材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学高速钢加工及热处理特点：交叉反复锻1. 锻造严控始锻、终锻温度锻后缓冷材料学院金属材料系 高速钢铸态组织ChangzhouUniversity常州大学高速钢消除锻造应力均匀破碎后的碳化物降低硬度，便于加工为淬火、回火做准备2.球化退火W18Cr4V钢退火工艺 退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）材料学院金属材料系ChangzhouUniversity高速钢常州大学3.机加工需预热淬火温度高 多种冷却方式4.淬火5.回火：需560 多次回火6.磨削材料学院金属材料系ChangzhouUniversity常州大学高速钢淬火后

22、组织 :M+碳化物+A使用状态下组织:M回+颗粒状碳化物+A（少量）M+碳化物+A 回火M+粒状碳化物+少量材料学院A金属材料系高速钢ChangzhouUniversity常州大学应用 高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等插齿刀圆锯片孔钻仿型铣刀铣刀材料学院金齿属轮材滚料刀系二、模具钢 用来制造模具的工具钢u 模具钢的基本要求高的强度、硬度和耐磨性足够的韧性高的淬透性和淬硬性良好的工艺性能u 模具钢分类： 冷作模具钢用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具 热作模具钢用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具 塑料模具钢使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢冷作模具钢 常温下使金属或非金属变形的

23、模具（冷冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等工作温度：T工作200300受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力失效形式：磨损、崩刃、断裂、变形等冷镦模具冷作模具钢性能要求：高硬度（58HRC62HRC）高耐磨性(特别是表面抗磨损能力) 高淬透性足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度)足够的韧性和疲劳抗力热处理变形小良好的工艺性能汽车外板冷冲模Cr12钢冷作模具钢 成分特点： 高C （wC提高硬度、耐磨性提高淬透性提高回火稳定性细化晶粒 1.0 %） 加入Cr、Mo、W、V等合金元素常用钢种：T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn小型、轻载模具Cr12、Cr12MoV

24、大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具 高速钢热硬性要求高的模具热处理特点 :碳素工具钢低合金工具钢球化退火（+ 机加工）+ 淬火 +低温回火冷作模具钢Cr12型冷模具钢的热处理方案： 一次硬化法工艺：低温淬火（9501000）+低温回火（150180）性能：高硬度（HRC6164），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小应用：重载模具 二次硬化法工艺：高温淬火（11001150）+ 510520多次回火（三次）性能：硬度60HRC62HRC，红硬性 和耐磨性都较高，韧性较差应用：受强烈磨损，工作温度在400450的模具Cr12型钢热处理后组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体热作模具钢包括锤锻模、热挤压

25、模和压铸模三类工作温度：T工作= 400600受力特点：高冲击、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力失效形式：高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等性能要求： 高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能和耐腐蚀性能； 高的热强性和足够的韧性； 高的热疲劳抗力； 高的淬透性和导热性热锻热挤压压铸热作模具钢成分特点： 中碳 （0.3%0.6%）保证高强度、高韧性、较高硬度(HRC3552)和热疲劳抗力 合金元素的作用： 提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo） 提高回火稳定性（Cr、Ni、Mo、W、V） 提高高温强度、耐热疲劳性能（Mo、W、V） 细化晶粒、增加钢的韧性（Ni、V） 防止第二类回火脆

26、性（Mo、W）热作模具钢常用钢种及应用5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV：韧性高、热硬性不太高的热锻模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi：热强性更好的大型锻压模或压铸模汽车四缸压铸模热作模具钢热处理特点: 预备热处理：完全退火或等温退火 最终热处理：热锻模淬火+模面中温回火、模尾高温回火回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体；压铸模较高温度淬火+略高于二次硬化峰值的温度回火34次回火后组织：回火马氏体+粒状碳化物塑料模具钢包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具塑料模具钢工作温度：T工作= 200受力特点：承受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大性能要求：一定的综合性能（

27、强度、硬度、耐磨性等）良好的工艺性（切削加工性、热处理变形小、补焊性能好） 良好的导热性和热稳定性、低的热膨胀系数良好的可抛光性和镜面质量一定的耐腐蚀性低的导磁系数塑料模具钢塑料模具钢的分类和应用非合金型塑料模具钢45、50、55等：形状简单、小型、精度要求 不高、使用寿命不需要很长T7、T8 T12：形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具渗碳型塑料模具钢10、20、20Cr、12CrNi3、20CrMnTi、20CrMnMo等优点：切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性； 模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好；塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生

28、产缺点：热处理工艺较复杂、变形大塑料模具钢调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等工艺过程：热加工后的模块调质处理刻模加工成型使用 优点：成型后不需最终热处理避免热处理而引起的变形和裂纹应用：形状复杂的大、中型精密塑料模具时效硬化型塑料模具钢25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等工艺过程：固溶硬化后变软切削加工成型时效处理优点：综合性能很高， 热处理变形很小，焊接性能好，可进行表面氮化应用：适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具塑料模具钢整体淬硬型塑料模具钢低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、

29、9Cr-WMn 冷作模具钢：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB优点：使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命应用：用于压制热固性塑料、强化塑料(尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料)大批量生产，要求模具使用寿命很长的塑料模具耐腐蚀型塑料模具钢Cr13型M耐蚀钢、9Cr18高碳高铬M不锈钢、 1Cr18Ni9Ti型A不锈钢等用途：生产化学性腐蚀塑料(如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等)制品模具三、量具钢 用来制造各种测量工具的钢种性能特点：高硬度和耐磨性、高尺寸稳定性、热处理变形小、足够的韧性成分特点：高碳（0.9%1.5%）+Cr、W、Mn等合金元素应用：尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具：低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火、碳素工具钢、低合金工具钢T10A、T12A、9SiCr等精密量具：滚动轴承钢、冷作模具钢等GCr15、CrWMn等接触腐蚀介质的量具：不锈钢三、量具钢 用来制造各种测量工具的钢种 量具钢的热处理特点 预备热处理：采用球化退火或调质处理 最终热处理：淬火+（ -70-80 ）冷处理 + 低温回火 + 时效处理 120130，保温几几十小时，使M、 Ar稳定，消除内应 力 最终组织 ：回火M +