机械工程材料 教学课件 作者 倪兆荣 张海筹 主编第7章 合金钢.ppt

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1、机械工程材料倪兆荣张海筹/主编张帆朱成华/副主编王宏启/主审合金元素在钢中的作用钢中的合金元素1.钢中常有的合金元素在钢中经常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Al、Co、B、Re等，在某种情况下P、S、N等也可以起合金元素的作用。这些元素加入到钢中后，或是溶于碳钢原有的相（铁素体、奥氏体、渗碳体等）中，或者是形成碳钢中原来没有的新相。2.钢中合金元素的作用（1）钢中合金元素与铁的相互作用由此可知，各类合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的，有的与铁相互作用扩大区，有的则相反，缩小或

2、封闭相区。据此可将合金元素分为两大类：将扩大相区的元素成为奥氏体形成元素；将缩小或封闭相区的元素称为铁素体形成元素。显然这种分类方法很有实际意义，例如欲发展具有特殊性能的奥氏体钢时，需往钢中加入Ni、Mn、N等元素，而欲发展具有特殊性能的铁素体钢时，则需往钢中加入大量的Cr、Si、Al、Mo、Ti等铁素体形成元素。（2）合金元素与碳的相互作用按照与碳的相互作用情况，可将合金元素分为两大类；非碳化物形成元素与碳化物形成元素。前者包括：Ni、Si、Co、Al、Cu等，它们以溶入-Fe或-Fe中的形式存在。有的可形成非金属杂质物

3、和金属间化合物，如Al2O3、AlN、SiO2、FeSi、Ni3Al等。1.合金钢的分类合金钢的种类繁多，分类方法有多种，常见的分类方法有如下几种。（1）按用途分类1）合金结构钢。它是在碳素结构钢的基础上，适当的加入一种或几种合金元素而获得的钢。2）合金工具钢。指用于制造各种工具的钢。主要包括合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢等。3）特殊性能钢。指具有某种特殊物理或化学性能的钢。主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（2）按合金元素的总含量分类1）低合金钢。合金元素总含量wMe<5%。2）中合金钢。wMe≥5%～10%。3）高

4、合金钢。wMe＞10%。1.合金钢的分类合金钢的种类繁多，分类方法有多种，常见的分类方法有如下几种。（1）按用途分类1）合金结构钢。它是在碳素结构钢的基础上，适当的加入一种或几种合金元素而获得的钢。2）合金工具钢。指用于制造各种工具的钢。主要包括合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢等。3）特殊性能钢。指具有某种特殊物理或化学性能的钢。主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（2）按合金元素的总含量分类1）低合金钢。合金元素总含量wMe<5%。2）中合金钢。wMe≥5%～10%。3）高合金钢。wMe＞10%。合金元素在钢中的作用2.

5、合金钢的牌号（1）合金结构钢合金结构钢的牌号由三部分组成，即“两位数字+元素符号+数字”。（2）合金工具钢合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，区别仅在于碳含量的表示方法不同。当平均wC<1%时，牌号前面用一位数字表示平均含碳量的千分数，当平均含碳量wC≥1%，牌号中不标碳含量。合金元素在钢中的作用2.合金钢的牌号（3）特殊性能钢特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，只是当其平均含碳量wC≤0.03%和wC≤0.08%时，则在牌号前分别冠以“00”及“0”。如0Cr19Ni9钢表示钢中平均wC≤0.08%，w

6、Cr≈19%，wNi≈9%的不锈钢。（4）滚动轴承钢高碳高铬轴承钢属于专用钢，为了表示其用途，在牌号前加以“G”（“滚”字的汉语拼音字母），铬含量以其含量的千分数表示，碳的含量不标出，其他合金元素的表示方法与合金结构钢相同。例如GCr15SiMn钢，表示平均wCr≤1.5%，wSi和wMn都小于1.5%的滚动轴承钢。合金结构钢低合金结构钢低合金结构钢的特点是低碳（wC<0.20%）、低合金（一般合金元素总量wMe<3%）、以锰为主要合金元素，并辅加以钒、钛、铌、硅、铜、磷、稀土等。锰、硅的主要作用是强化铁素体；钒、钛、铌等

7、主要是细化晶粒，提高钢的强度、塑性和韧性；少量的铜和磷主要是提高钢的耐用消费品腐蚀性；加入少量稀土元素主要是脱硫去气，消除有害杂质，进一步改善钢的性能。低合金结构钢的性能特点是：1）具有高的屈服强度与良好的塑性和韧性。2）良好的焊接性。3）较好的耐蚀性。常用低合金结构钢的牌号、性能及用途见表7.1。合金结构钢合金渗碳钢渗碳钢通常是指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢。合金渗碳钢的性能有如下特点：1）渗碳淬火后，渗碳层硬度高，具有优异的耐磨性和接触疲劳强度；2）渗碳件心部具有高的韧性和足够高的强度；3）具有良好的热处理工艺性能

8、，在高的渗碳温度（900～950℃）下奥氏体晶粒不易长大，淬透性也好。合金弹簧钢弹簧钢是指用来制造各种弹簧和弹性元件的钢。1.热成形弹簧当弹簧丝直径或钢板厚度大于10～15mm时，一般采用热成形。其热处理是成形后进行淬火和中温回火，获得回火托氏体组织，具有高的弹性极限与疲劳强度，硬度为40～45HRC。