金属材料及热处理低合金钢和合金钢.pdf

金属材料及热处理低合金钢牙口合金钢第七章 低合金钢和合金钢低合金钢与合金钢概述 合金元素在钢中的作用 低合金钢与合金钢的编号 低合金钢机器零件用钢合金工具钢特殊性能钢第一节 低合金钢与合金钢概述a按化学成分1.钢的分类一低碳钢一（C%0.6）低合金钢（合金元素总量5%）一合金钢一 中合金钢（合金元素总量为5%-10%）iWj合金钢（合金兀素总量10%）合金钢在压力加工、切削加工、焊接工艺性等方面 比碳钢稍差，且成本较高碳钢冶炼工艺简单、易加工、价格低廉，能满足工业 生产上的一般需求，因此应用广泛碳钢在工程上的应用有以下几方面的局限性1）强度指标偏低导致机器设备笨重2）淬透性较低对大截面零件难获得高 的力学性能碳钢淬火后 的使用温度 不能高于 250高碳刃具钢只能用于很低 的切削速度3）高温强度低、热硬性差 4）不具备特殊的物理化学性能碳钢在抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨等方面较差钢的分类钢的质量是以 磷、硫的含量 来划分的普量一优质钢L特级优质钢按炼法类根据冶炼所 用炼钢炉不、同一转炉钢二电炉钢按金相组织分类退组一分 按火织类一亚共析钢 共析钢 一过共析钢-正组分 按火织类按用途分类厂工程用钢结构钢一1机器用钢模具钢工具钢一刃具钢L量具钢kHW f将MH F不锈钢 小殊性能钢一耐热钢珠光体钢 贝氏体钢 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢第二节合金元素在钢中的作月一、钢中常存N钢中寓存元，1）硅和镒竭在炼钢过程 中加入硅铁渊和镒铁脱氧A来源于矿硫、磷及氮京 22、宣AC%溶于铁素体石、燃料等、炼钢原料/U提高钢的强度和硬度2）硫和磷的影响 硫在钢中以FeS的形.在0.05%以下，MnSfl冷脆对高寒地带 和其他低温下工 作的钢结构具有 危韵bB生热脆性。控制磷可溶于铁素体中，使强度、硬度显著增加但使钢脆化，产生冷脆性二、合金元素在钢中的4素体和渗碳体 碳钢中的两个 基本相1.合金元素对钢中基本相与碳亲和力强的碳化 物形成元素，如镒、溶于铁素体合金元素溶力，强度和硬形成碳化物合金元素与碳熔点、分解温度24022020018016014012010080te!.1P卜/Mn11/Mo11/Z7,1/7/二/Lk力/龙20 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22合金元素,%2.合金元素对铁碳相图的影响对奥氏体相区的影响扩大奥氏体区域扩大奥氏体区域的元素有银、镒、碳、氮等，这些元素使Ai和A3温度降低，从而使奥氏体区域扩大对ZGMnl3耐磨钢和lCrl8Ni9不锈钢由于有很高的Mn或 Ni含量，其S点就能降到零点以下，在常温下仍能保持 奥氏体状态，称为奥氏体钢2.合金元素对铁碳相图的影响4缩小奥氏体区域缩小奥氏体区域的元素有铭、铝、硅、鸨等，使Ai和 A3温度升高，使奥氏体区域缩小Ai和A3温度升高一钢的淬火温度相应地提高当Cr%13%时，奥氏体区域消失，在室温下得到单 相铁素体，称为铁素体钢3.合金元素对热处理的影响合金元素对加热转变的影响对奥氏体形成速度的影响大多数合金元素（除银、_ 合金钢在热处理时要相应地提高钻以外）都减缓钢的奥氏 加热温度或延长加热时间，才能体化过程 保证奥氏体化过程的充分进行对奥氏体晶粒长大倾向的影响合金元素与碳和 一阻碍奥氏体晶粒长 使得合金钢多为氮的亲和力越大r大的作用越强烈本质细晶粒钢Mn、P对奥氏体晶粒的长大起着促进作用，因而含镒钢加热时应严格控制加热温度和保温时间合金元素对冷却转变的影响4对C曲线和淬透性的影响除Co外，凡溶入奥氏体钢的临界冷淬诱性堪高 的合金均使C曲线右移.却速度下也温 k减少零件的淬对Ms和Mf的影响除Co、Al外，凡溶入奥氏.钢-体的合金都使Ms和Mf下降 变形和开裂倾帽3Ni,Cu,Si Al,B,Mn时间-碳钢合金钢合金元素对淬火钢回火转变过程的影响a提高耐回火性耐回火性 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力合金元素阻碍马氏体分解回火时的硬度 和碳化物聚集长大过程r降低过程变缓提高钢的耐回火性产生二次硬化在高温下保含有高W、Mo、Cr、VI持高硬度的细小弥散的这些元素碳而h膝回火加热时，由于析出却时残余奥氏体转变为马氏一力体，使钢的硬度不仅不下喙尸反而升高的现象称为二次硬化 二次硬化使钢具有热横性，这对于工具钢是非常重要的二 防止第二类回火脆性第三节低合金融 合金钢的编号1）钢铁产品牌，采用汉语拼音学母、化学元素和阿拉伯数字相组合碳素结构钢和低合金高强度结构钢“Q”+屈服点数值+表6-2中规定的质量等级、脱 氧方法等符号表示，按顺序组成牌号例:Q235AF、Q235BZ质量等级从A-Z,硫、磷含量降低，质量提高优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号以两个数字表示，这两 位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。优质碳素结构钢合金q两位斗表示平均含碳量的万 之平均含量为2.5%-3.49%时，标3量平均含量 小于L 5%时，不标组成例：30CrMoSi 20CrNi3高级优质钢在牌号后加字母A：38CrMnSiA特级优质钢在牌号后加字母E：30CrMnSiE工具平均含碳4-4-量为0.9%质钢A.碳素亨一!例：TT10A.B.合金工具曾平均含碳匈平均含碳与合金结般 例：Cr 12fcV W6Mo5Cr4?量为1.6%量为八O L”含铭量的 千分之几轴承钢-“G”+Cr+数字平均含碳量不锈。1的千分之几含合金元素 的百分之几至鼻尤W t数字+合金元素符号+数字例：HCrl7-MHA铸钢“ZG”+数字+数字第四节低合金钢1、低合金钢的分类按 质里 等 级 分普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢按 性 能 分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、低合金高强度结构钢1.性能特点在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元D强度高于碳;约钢材;:起来2）具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能;3）具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。2.成份特点1）低碳：含碳量W0.2%对铁素体具有明显的固溶强化作用2）低和金：主加元素为镒4降低钢的冷脆转变温度，增加组织 中的珠光体，提高强度3.热处理特点在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体4.牌号-Q xxxI-质量等级和脱氧方式-屈服强度值2 275MPa-屈服强度5.典型钢种及用途Q345是应用最广、用量最大的低合金高强度结构钢广泛用于石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型钢 iSL结构中三、低合金高耐蚀性钢 1.常用牌号：09CuPCrNi-A 09CuPCrNi-B lOMnPNbRE、12MoAIV等。2.用途：主要q于铁道车量、农业机械、起重运输机 械、建筑、船舶等方面。四、低温用钢1,性能要求(1)足够的强度和充分的韧性(2)良好的焊接性和加工成型性(3)耐腐蚀性2.常用的低温用钢(L)铁素体低温用钢按成分可分为低碳镒钢、低温高强度钢和银系低温钢(2)奥氏体低温用钢典型钢种：18-8型铭银不锈钢、0Cr21Ni6Mn9N等。第五节 机器零件用钢41济分 含碳量0.10-0.25%的合金钢，主要加入能提高淬透性,侬刀 的Mn、Cr、Ni等元素2.性能特点经热处理后表硬里韧、耐磨性及抗疲劳性好3.渗碳件一般的工艺路线下料.锻造预先热处理（正火）机加工渗碳淬火+低温回火磨削4.用途应用很广，主要用于制造渗碳零件，如变速齿轮、内燃机凸轮轴等各种表面耐磨件5.常用钢种低淬透性渗碳钢15Cr 20Cr等，心部强度低，尺寸和载荷小的齿轮和滑块中淬透性渗碳钢20CrMnTi 20CrMn等，心部强度较高，用于制造中等强度的耐磨零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、齿轮轴等;高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A等，淬透性很高。用来制造 承受重载荷和强烈磨损的重要零件，如飞机、坦克中的 曲轴及重要齿轮等以20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮为例4下料一毛坯锻造一正火一加工齿形一局部镀铜一渗碳(930)一预冷淬火(830)一低温回火(200)一喷丸一磨齿1.2-1.6iran920950-970空冷温 度正火6-8h气体渗 碳870-880油冷心部表层2002-3h回火58-60HRC30-45HRC磨齿0机械加工时 间4二、合金调质钢齿轮、连杆、螺 栓、轴类件在调质处理后使用的钢种，主要用于题置受力复杂的汽 车、拖拉机、机床及其他各种重要零件性能要求一-良好的综合力学性能-良好的淬透性提高淬透 性，强化铁 素体基体成分特点-中碳：含碳量为0.25%书50%二主加合金元素为Mn、Si Cr Ni BA调质件一般的工艺路线下料f锻造f退火T粗机加工一调质精机加工典型钢种低淬透性调质钢45、40Cr-制普尺2鳌2的中淬透性调质钢 40CrNi 用于制造截面较大的零 件，如曲轴、齿轮等高淬透性调质钢 40CrNiMo-用于制造大截面、重载荷 的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机等三、合金弹簧钢6成分 含碳建在身o罟 警 的合金钢。主要加入元素是硅和2.热处理据尺寸和加工方 法不同，分为热 成形和冷成形弹 喷战一3.组织4.热处理砥为翁城描肇 对于钢丝直径小于101nm的弹簧，通过冷拔（或冷 成形弹黄拉）、冷卷成型冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内 应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250300,保、温一段时间，从炉内取出空冷即可使用热成形弹簧一直径大于10-15mm在高于淬火温度热卷成形淬火+中温回火(350500)高的屈服强度的条件下典 有足够的韧性指标,HRC4045 一回火屈氏体5.典型钢种Si Mn惮籥钿I-代表性钢种65Mn、60SiMn,主要用于制造较大截、忤更扪r面的弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等Cr V弹簧钢一代表性钢种50CrV,主要用于大截面、大载荷、耐热 的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等4 A端卷弹簧及异能弹簧冷搭螺旋弹簧四、滚动轴承钢61.用途 主要用来制造滚动轴承的内外圈，滚动体等2.牌号-GCr X-提高淬透性除Cr外其它合金a Cr的千分之几和回火稳定、性3.化学成分-含碳量0.95-1.10%,4-1.65%4.热处理及组织预先热处理一球化退火最终热处理-淬火+低温回火5.使用状态下组织回火马氏体+细小碳化物+残余奥氏体6.典型钢种应用最广的GCrl5钢，大量用于制造中大型 轴承，还可用于制造冷冲模、量具、丝锥 等。第六节合金工具钢a工具钢是用来制造各种工具的钢种工具钢低合金刃具钢 高速工具钢 模具钢一量具钢、低合金刃具钢用于制造各种金属切削刀具的钢种1.性能要求高的硬度HRC 60A高耐磨性T耐磨性取决于硬度、韧性和碳化物高的热硬性一钢在高温下保持高硬度的能力足够的韧性和塑性一以免刀具在使用过程中崩 刃、折断2.常用刃具钢碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢碳素工具钢6-XX一一含碳千分之几 牌号一TXXA-A：iWj 级典型钢种.T7、T7A、T8、T8A、.、T13A热处理和组织 预备热处理球化退火降低硬度便于切削加工 组织为铁素体基体十细小均布的粒状渗碳体 最终热处理-淬火+低温回火组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体冲头、凿子要选用T7、T8等用途一车刀、钻头可选用T10f车刀、铿刀则选用T12,T13优卢一成本低，耐磨性和加工性较好，在手用工 具和机用低速工具上广泛应用缺卢一热硬性差，淬透性低，只适于制作尺寸不“大、形状简单的低速刀具Ki嚼低合金工具钢牌号.义xgx ax含合金元素及含量百分之化学成分平均小于1.5%不写含碳量的千分之几，超过io不加入了合金元素，钢的淬透性、提高，采用油淬提高耐磨一性，并细化、晶粒，础上加入少量合金加入Cr、Mn；Si、，在 等合火热处理和摩预备热处理，球化退火 降低硬度便于切削加工4A最终热处理-淬火+低温回火组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体A用徐 1广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切 一削刃具，如丝锥、板牙等，也常用作冷冲模优点一淬火后的硬度与碳素工具钢处于同一范围，但“、淬火变形小、开裂倾向小A典型钢种9SiCr4用于加工外螺 纹的精细刃以9SiCr钢制造圆板牙为例制造工艺路线下料一球化退火一机加工一淬火+低温回火一磨平面一抛槽一开口热处理工艺中里化厚簟温处理一组织为粒状珠光体淬火+j850-87060(600-650190-160-2003045roin190-200时 间、高速工具钢 一制造高速切削刀具用钢牌号化学.成分 1形成足够量一合金元素,厂含碳量为0.提高钢的 耐回火性5高钢 的热脆细化性J主要加入的合金元素是加工和热处理高速钢的加工工艺路线:下料一锻造一退火一机加工一淬火+回火一喷砂一磨削加工4降低硬度,1）锻造 管镰嗝双重作用 高速钢是魏组织为共晶组织2）退火T球盅火索氏体+细颗粒状碳化物3）淬火T获得高合金元素含量的马氏体隐针马氏体+颗粒状碳化 61-63HRC 物+较多的残余奥氏体4）回火一减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化回火马氏体+细颗粒状碳 化物+少量残余奥氏体4典型钢种 W18Cr4V用 途主要用于制造高速切削刀具，如车刀、刨刀、铳刀、钻头等特点高速钢价格昂得.为夯分用推苴性能和节省材料，常=10mm 的41270-1280分级淬火800-840度580-6205602h回火5602h回火淬火回火工艺曲线三、合金模具钢6用于制造各种冷热模具的钢种模具钢一一冷作模具钢-热作模具钢fg冷作模具钢用于制造各种冷成型模具，如冷冲模、冷挤压模、冷墩模和拔丝模等L高的硬度和耐磨性对性能的基本要求T较高的强度和韧性良好的工艺性冷作模具钢的类型41）碳素工具钢和低合金工具钢适用于尺寸小、形状简单、负荷不大的模具钢种有T8A,T10A,T12A,Cr2,9Mn2V,9SiCr,CrWMn,Cr6WV等优点.价格便宜，加工性能好，满足模具的工作要求缺点.这类钢的淬透性差，热处理变形大，耐磨性较 差，寿命较低2）耐冲击工具用钢用于制造冶金、机械工业中剪切钢板或型材用的冷 剪刀片和热剪刀片钢种有4CrVSi、5CrVSi等高碳高铝模具钢主要是指Crl2型冷作模具钢这类钢由于淬透性好，淬火变形小，耐磨性好，广泛 地用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的模具常用牌号有Crl2,Crl2MoV等热作模具钢4用于制造各种使加热金属或液态金属成型的模具，如热 锻模、热压模、热挤模和压铸模等L高温下良好的力学性能A钢种一压铸模钢3Cr2W8V四、量具钢6用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、块规、塞规及螺旋测微仪I-高的硬度和耐磨性对性能的基本要求一1-尺寸稳定性高，热处理变形小A量具用钢一般非精密量具，可选碳素工具钢（T10A、T12A）或低 碳钢（15、20）对精密量具，选用CrWMn、Cr2、GCrl5钢等。以CrWMn钢制块规为例加工工艺路线下料一锻造一球化退火一机械加工一淬火一深冷处理一低温回火一粗磨一人工失效一精磨一去应力处理一研磨热处理特点1.深冷处理量具淬火后，应立即:目的是尽可能减少钢2.时效处理对精度要求高的量具粗磨之后，又要用低温氏体和消除残余应力第七节特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢一不锈钢特殊性能钢-耐热钢ml、不锈钢a在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢A用途主要在石油、化工、海洋开发、业等领域用于制造在各种腐A性能要求耐蚀性航、国防工 零件和结构低耐蚀性.越好提高耐蚀性一成分特点-哈碳量在0.,提高钢在非 氧化性酸中 的耐蚀性-合金元素Cr、二、耐热钢通常在钢中加入Cr、Si、Al等元素，在高 温下形成高熔点、稳 定而致密的氧化膜指在高温下具有良好的抗氧化性和高温强度的专用钢用途：多用来制作在高温下工作的锅炉、汽轮机、燃气机和内燃机的某些零件或构件常用的耐热钢(1)珠光体耐热钢(2)马氏体耐热钢(3)奥氏体耐热钢、耐磨钢指在冲击载荷作用下发生冲击硬化作用的高镒钢1.用途T用于既承受遇承受强烈冲保证高的M的耐磨 国和韧性保证形成单相奥 氏体组织，获得良好的韧性2.化学成分一展镒：含镒量为F1.45%3.热处理及组织 由于加工困难，铸造后直接使用4.典型钢种应用最广的GCr4,GCrl5,GCrl5SiMn钢