钢的合金化对组织和性能的影响.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,4-1,合金元素在钢中的存在形式和作用,合金元素添加后主要与铁和碳发生反应,1,、合金元素与碳的作用,-,合金碳化物,按照合金元素形成碳化物的能力由大到小排列为：,Ti,、,Zr,、,Nb,、,V,、,W,、,Mo,、,Cr,、,Mn,、,Fe,。其中,:,强碳化物形成元素,Ti,、,Zr,、,Nb,、,V,都形成特殊碳化物，其碳化物不同于一般渗碳体。,中等碳化物形成元素,W,、,Mo,、,Cr,含量较低时与铁形成合金渗碳体，含量较高时可形成新的合金碳化物。,弱碳化物形成元素,Mn,、,Fe,少部分溶于渗碳体中、大部分溶于铁素体或奥氏体。,渗碳体、合金渗碳体、合金碳化物、特殊碳化物，,稳定性和硬度,依次增高,2,、合金元素与铁的作用,-,合金固溶体,几乎所有合金元素都可以与铁作用形成合金铁素体或者合金奥氏体。除了,C,、,N,、,B,与铁形成间隙固溶体外，其它合金元素均与铁形成置换固溶体。合金元素都可以在不同程度上提高固溶体的强度和硬度，并降低冲击韧性，其中,Si,和,Mn,对铁素体,固溶强化,效果最为显著，镍还可以减少钢的冷脆性并增加塑性和韧性。,4-2,合金元素对钢热处理的影响,1,、合金元素对,Fe-Fe3C,相图的影响,A,、改变,相区,扩大,相区,的元素,Mn,、,Ni,、,Co,、,C,、,N,、,Cu,添加后，使,A1,点下降,缩小,相区,的元素,Cr,、,Mo,、,V,、,W,、,Ti,、,Si,、,Al,、,B,、,Nb,添加后，使,A1,点上升,B,、,S,和,E,点移动：移向含碳量较小的方向,（左移）,2,、合金元素对加热和冷却转变的影响,A,、对加热转变的影响,碳化物形成元素，阻滞碳的扩散，大大减缓奥氏体的形成，并且阻止晶粒长大。,非碳化物形成元素可以加快奥氏体的形成，对阻止晶粒长大的作用不大。,个别元素：,Mn,、,P,以及,B,有促进奥氏体晶粒长大的倾向。,B,、对冷却转变的影响,几乎所有合金元素（,Co,除外）都不同程度地延缓其转变，增大过冷奥氏体的稳定性，使,C,曲线右移,，提高了钢的淬透性。,利？弊？,除,Co,、,Si,和,Al,之外，大多数合金元素会降低,Ms,和,Mf,点，使钢中,残余奥氏体量增加,，从而降低了钢的硬度和抗疲劳性、耐磨性。,利？弊？,3,、合金元素对回火转变的影响,A,、提高回火稳定性,推迟了马氏体分解和残余奥氏体的转变；提高了铁素体的再结晶温度；,B,、高温回火脆性,250,350,出现低温回火脆性，又称为不可逆回火脆性。,450,650,出现高温回火脆性。这是可逆的回火脆性。回火,快速冷却,可防止、加入,W,或,Mo,可以消除,4-3,合金元素对对钢加工性能的影响,热处理、耐蚀性,能：合金钢的淬透性提高，回火稳定性增加，减少变形及开裂倾向，使热处理操作容易。,有利,其它性能：,都不利,铸造,、焊接、锻造、冷加工、切削,4-4,钢中杂质对性能的影响,Mn,、,Si,、,S,、,P,杂质：,锰 与硫的结合力较强，生成的,MnS,夹杂,硅 与氧的结合力较强，生成的,SiO2,夹杂,硫 的夹杂物使钢产生热脆（热轧、焊接），导致开裂,磷 使钢材脆性增加，称为冷脆。产生偏析影响焊接性能,4-5,钢的分类简介,一、碳钢的分类和牌号,碳钢的分类,碳钢分类见表,4,2,。具体钢种的性能和用途在第七章中详细介绍。,表,4,2,碳钢的分类,2,、碳钢牌号和命名,：,普通碳素结构钢：,Q235,AF,优质碳素结构钢：,20,钢、,45,钢,碳素工具钢：,T9,、,T10A,1,、合金钢的分类,合金钢的分类见图,4,3,。,具体钢种的性能和用途在第七章中介绍,二、合金钢的分类,表,4,3,合金钢的分类,2,合金钢的牌号,（,1,）合金结构钢的牌号：,数字,+,合金元素符号,+,数字,45Mn2 40Cr,平均碳的质量的万分数,合金元素平均质量的万分数,几个特殊情况：轴承钢，低合金高强度结构钢,高级优质钢,合金工具钢和特殊性能钢的牌号：,数字,+,合金元素符号,+,数字,含碳量的千分数,合金元素平均质量的千分数,说明：,Wc1%,时，不标数字；,高速钢,例外。,合金结构钢的分类：,低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢,、轴承钢、超高强度钢,低合金高强度结构钢,应用,：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、,桥梁、车辆、船舶,、输油输气管道、,压力容器,等。,性能,：好的塑性韧性及焊接性能，强度高，可抵抗大气腐蚀。,成分,：低碳、含,Mn,、,Ti,、,V,、,Nb,、,RE,元素。,牌号,：,Q+,数字 （,Q345,，,Q390,，,Q420,，,Q460,）,屈服强度,二、合金渗碳钢：,低碳钢基础上加合金元素,应用,：汽车、重型机床齿轮、活塞销，内燃机的凸轮轴等,2,性能：,“,表硬心韧,”,3,成分：,Wc,：,0.12,0.25%,，常加元素,Cr,Ni,Mn,B,，微量元素,V,Ti,W,Mo,4,分类和牌号,分类：低淬透性合金渗碳钢,20Mn2 20Mn,中淬透性合金渗碳钢,20CrMnTi,20 CrMn 20MnTiB,高淬透性合金渗碳钢,18Cr2Ni4WA,常用牌号：,20CrMnTi 20 CrMn 20MnTiB,等,最终热处理：,渗碳,+,淬火,+,低温回火,组织：表面高碳回火马氏体,+,碳化物,+,少量残余奥氏体,，,心部：铁素体,+,低碳回火马氏体,三 合金调质钢：,(,需要经过,调质处理,使用的中碳合金钢。,),应用：精密机床主轴、火车发动机曲轴、连杆螺栓、汽车后桥半轴等。,性能要求：良好的,综合性能（即高强度、好的塑性韧性）,成分：中碳（,Wc,：,0.250.50%,，多数,0.4%,）,合金元素：,Mn,Cr,Si,Ni,B,Mo,W,等。,4,分类和牌号,低淬透性合金调质钢,40Cr 40MnB,中淬透性合金调质钢,35CrMo 38CrSi,高淬透性合金调质钢,38CrMoAlA 40CrNiMoA,常用牌号：,40Cr 40MnB 35CrMo,5,热处理：调质处理,合金弹簧钢,1,应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧、其它各种,螺旋弹簧,。,性能：具有高的弹性极限以及屈服强度，还具有高的疲劳强度和足够的塑性韧性。,成分：,Wc 0.45,0.70%,，多数,0.6%,，合金元素及作用：,Si,MnCr,V,，,Nb,Mo,W,。,4,常用牌号：,60Si2Mn,，,65Mn,50CrVA,5,最终热处理：淬火,+,中温回火,轴承钢（用于制造滚动轴承）,两大类：高碳铬轴承钢,GCr15,、,GCr15SiMn,高碳无铬轴承钢,GMnMoVRE GSiMnMoV,合金工具钢,知识点,以高速钢为例，了解工具钢成分特点，合金元素的作用、热处理过程等。,一 工具钢的服役条件及性能要求,（以车刀为例）,1,服役条件,（,1,）刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦，造成严重的磨损,（,2,）刀刃部分温度高（高速切削时，温度达,600,度）,（,3,）,冲击与振动（进刀）,2,失效形式：磨损，刀刃崩缺，刀具折断,3,性能要求：,高硬度；,红硬性,；,一定强度、塑性、韧性,二 典型的工具钢成分及热处理,（以高速钢为例）,W18Cr4V,1,成分,高碳,：,0.7,0.8%,，保证高硬度，并与,W,V,等形成碳化物或者是合金碳化物,高的含量,：,18%,；使钢保持红硬性，提高回火抗力，提高淬透性。（在,500-600,度回火时产生细小而弥散分布,W,2,C,。）,Cr:-,4%,提高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。,V,：,-,1%,提高硬度和红硬性，细化晶粒（形成细少的高硬度的,VC,，改善韧性）,2,工艺路线（用高速钢,W18Cr4V,制造车刀）,下料,锻造,三镦三拔,球化退火机加工,淬火,回火,(,三次）,成品,550-570,C,组织分析,M,回,（细针状）,碳化物（粒状）,A,（很少量,）,三 其他常用的工具钢,1,冷作模具钢,:,实际温度不超过,200-300,0,C,工作条件及要求：负荷重、模具形状复杂，要求模具材料变形小、耐磨性高、有一定的韧性。材料中含,Cr,较高，,常用的有：,Cr12MoV,（传统）、,7Cr7Mo3VSi(,新钢种）。,热作模具：型腔表面温度可达,600,0,C,。,常用的材料是,5CrNiMo 5CrMnMo,（传统）、,35Cr3Mo3W2V(,新钢种）等。,特殊性能钢（见,7-3,的 六、耐蚀高合金钢）,不锈钢中合金元素的作用（耐腐蚀的原理）,常用的不锈钢类型及其应用,一,不锈钢中合金元素的作用,（,Cr,Ni,Si,AL,Mo,Ti,Nb,等。）,（,1,）提高铁素体的电极电位，,Cr,，,-0.56V 0.12V,(2),使钢呈单相组织。,F (W,Cr,17%),A (W,Ni,9%),(3),形成致密氧化膜，如,Cr,Si,AL,；,（,4,）形成稳定碳化物，防止晶间腐蚀。金属间化合物,Ni,3,Al,Ni,3,(Ti,Nb),。防止晶间腐蚀，提高强度，,Ti,Nb,等。,二 常用不锈钢,马氏体型不锈钢,成分：,Wc,：,0.1,1.0%,，,W,Cr,:12,18%,特点：淬透性好，空冷可到,马氏体,牌号：,1Cr13,2Cr13,，,3Cr13,4Cr13,亚共析钢 共析钢 过共析钢,热处理及应用：,1Cr13,2Cr13,；调质处理，组织为,S,回,。,应用：汽轮机叶片（,1Cr13,2Cr13,称为叶片钢），蒸汽机管附件。,3Cr13,4Cr13,淬火,+,低温回火，组织为,M,回,应用：医疗器件，不锈钢刃具。,奥氏体型不锈钢,（,用量最多，占,65,70%,；,）,典型成分：,Wc:0.12%W,Cr,:,18%,；,W,Ni,:,8%,；,(,称为,18-8,不锈钢，目前为,19-9,）,如,1Cr18Ni9,、,0Cr18Ni9,、,00Cr19Ni10,等,也可,添加适量的钼、钛、铌、铜等元素：,0Cr17Ni12Mo2,，,0Cr18Ni10Ti,，,0Cr17Ni13Mo3Cu2,组织：,单相,A,固溶处理,：加热至,A,体区快冷（水冷）。,性能：高塑性、高的低温韧性、高的加工硬化能力、焊接性能好、无磁性及高的耐腐蚀性。,应用：化工行业居多，酸（硝酸、有机酸）、碱、盐工业中的机械零件。,3,铁素体,型不锈钢,室温下具有铁素体组织的铬不锈钢，其代表性的钢种是,0Cr13,、,1Cr17,及含铬为,2530%,的钢。,把碳氮降至,0.025%,，得到许多性能优异的钢种，如超纯级的,000Cr18Mo2,、,000Cr25Mo1,、,000Cr28Mo2,、,000Cr30Mo2,及,000Cr28Ni4Mo2,等。,作业：,P54 3,，,4,