【正文】 工 程 材 料 學(xué) 南京航空航天大學(xué) 梁文萍 第七章 合金鋼 167。 鋼中合金元素的作用 167。 合金鋼的分類與編號 167。 合金結(jié)構(gòu)鋼 167。 合金工具鋼 167。 特殊性能鋼 學(xué)習(xí)要求和難點(diǎn) 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1. 鋼的分類與編號方法 。 2. 常見合金元素對鋼的組織性能的影響 。 3. 常用的各類型鋼的 牌號 、 成分 、 熱處理工藝 規(guī)范及 主要用途 。 碳鋼的優(yōu)點(diǎn)： ■ 價(jià)格低廉 ， 便于獲得 ， 容易加工 。 ■ 通過改變含碳量和迚行不同的熱處理 ， 能滿足許多工程上的需求 。 碳鋼的缺點(diǎn)： ■ 淬透性低 ， 回火抗力差 ， 基本相軟弱 。 ■ 對于一些特殊的性能要求：如耐熱 、 耐低溫 、 耐腐蝕 、 高耐磨等 ， 碳鋼也無法滿足 。 —— 通過鋼的合金化來提高鋼的性能 。 概 論 概 論 為了提高鋼的 力學(xué) 、 工藝 、 物理 或 化學(xué) 性能 ，在冶煉時(shí)特意往鋼中加入的一些化學(xué)元素 (即通常稱為 合金元素 )， 所得到的鋼稱為 合金鋼 。 改善對象 ■ 提高強(qiáng)度； ■ 提高淬透性； ■ 提高高溫強(qiáng)度、熱硬性； ■ 提高抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐磨、電磁等性能。 167。 鋼中合金元素的作用 對鋼中基本相的影響 溶于鐵素體 ， 形成合金鐵素體 ? 非碳化物形成元素 (Ni、 Si、 Al、 Cu、 Co) 及過剩的碳化物形成元素 。 鋼帶 Si、 Mn對強(qiáng)度 、 硬度提高顯著 。 Cr、 Ni在適當(dāng)范圍內(nèi)提高韌性 。 鋼中碳化物 167。 鋼中合金元素的作用 形成碳化物 ? 合金元素與碳的親和力從大到小的順序?yàn)椋? Ti、 Zr、 Nb、 V、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 Fe。 ⑴ Ti、 Nb、 V、 Zr為強(qiáng)碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性 、 熔點(diǎn)、硬度、耐磨性高，如 TiC、 VC等。 167。 鋼中合金元素的作用 ⑵ W、 Mo、 Cr為中碳化物形成元素 ， 碳化物的穩(wěn)定性 、 熔點(diǎn) 、 硬度 、 耐磨性較高 ， 如 W2C等 。 ⑶ Mn、 Fe為弱碳化物形成元素 ， 碳化物的穩(wěn)定性 、熔點(diǎn) 、 硬度 、 耐磨性較低 ， 如 Fe3C等 。 對鋼的力學(xué)性能的影響 167。 鋼中合金元素的作用 鋼中碳化物數(shù)量多時(shí) ，將顯著提高鋼的硬度和耐磨性 。 有些碳化物熔點(diǎn)高 ，穩(wěn)定性好 ， 可提高鋼的熱強(qiáng)度 。 固溶強(qiáng)化 彌散強(qiáng)化 167。 鋼中合金元素的作用 錳對奧氏體相區(qū)的影響 對 Fe Fe3C相圖的影響 對奧氏體相區(qū)的影響 ⑴ 擴(kuò)大奧氏體相區(qū) Ni、 Mn、 Co、 C、 N等元素 ， 使 A A3點(diǎn)下降 ， A4點(diǎn)上升 。 ? 當(dāng) Mn?13%或 Ni?9%時(shí)， S點(diǎn)降到 0℃ 以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱 奧氏體鋼 。 鉻對奧氏體相區(qū)的影響 167。 鋼中合金元素的作用 ⑵ 縮小奧氏體相區(qū) Cr、 Mo、 Si、 Ti、W、 Al等元素 ， 使A A3點(diǎn)上升 ， A4點(diǎn)下降 。 ? 當(dāng) Cr?13%時(shí) ， 奧氏體相區(qū)消失 ， 室溫下為單相鐵素體組織 ， 稱 鐵素體鋼 。 167。 鋼中合金元素的作用 對 E點(diǎn)和 S點(diǎn)位置的影響 所有合金元素均使 E點(diǎn)和 S點(diǎn)左移 ， 即這兩點(diǎn)的含碳量下降 ， 使碳含量比較低的鋼出現(xiàn)過共析組織（ 如 4Cr13） 或共晶組織 （ 如 W18Cr4V） 。 167。 鋼中合金元素的作用 對鋼中相變過程的影響 對奧氏體化的影響 ⑴ 對奧氏體形成速度的影響：除 Ni、 Co外 ， 都 減緩?qiáng)W氏體化過程 。 ⑵ 對奧氏體晶粒長大傾向的影響： ? 碳、氮化物形成元素 阻礙奧氏體晶粒長大。 ? Mn、 P促迚長大。 167。 鋼中合金元素的作用 合金元素對鋼淬透性的影響 對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 ⑴ 對 C曲線和淬透性的影響：除 Co外，凡溶入奧氏體的合金元素均 使 C曲線右移 ， 淬透性提高 。 常用提高淬透性的元素： Mn、 Si、 Cr、Ni、 B。 MS點(diǎn)下降 ⑵ 對 Ms、 Mf的影響 : ? 除 Co、 Al外 ,所有元素都 使Ms、 Mf點(diǎn)下降 . 167。 鋼中合金元素的作用 167。 鋼中合金元素的作用 對回火轉(zhuǎn)變的影響 ⑴ 提高耐回火性 ：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱 耐回火性 。 ? 合金元素能阻礙馬氏體分解及碳化物的析出與聚集 . ? 當(dāng)回火硬度相同時(shí)，合金鋼比同含碳量碳鋼回火溫度高。如果同溫度回火，合金鋼硬度比碳鋼高。 167。 鋼中合金元素的作用 高速鋼 ⑵ 產(chǎn)生二次硬化 ? 含高 W、 Mo、 Cr、 V鋼淬火后回火時(shí) ， 由于析出細(xì)小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時(shí) A’ 轉(zhuǎn)變?yōu)?M回 ,使硬度不僅不 下降，反而升高的現(xiàn)象稱 二次硬化 . 167。 鋼中合金元素的作用 ⑶ 產(chǎn)生第二類回火脆性 含 Mn、 Cr、 Ni等元素的合金結(jié)構(gòu)鋼回火后緩冷易產(chǎn)生回火脆性。 加 W、 Mo可防止第二類回火脆性。 167。 合金鋼的分類與編號 工程用鋼 : 建筑、橋梁、船舶、車輛 滲 碳 鋼 調(diào) 質(zhì) 鋼 彈 簧 鋼 滾動軸承鋼 耐 磨 鋼 機(jī)器用鋼 結(jié) 構(gòu) 鋼 刃具鋼模具鋼量具鋼 工 具 鋼 不銹鋼耐熱鋼 特 殊 性能 鋼 擠壓模具 167。 合金鋼的分類與編號 1. 合金結(jié)構(gòu)鋼的編號 兩位數(shù)字＋ 元素符號＋數(shù)字 +質(zhì)量判刪 鋼的平均含碳量，單位為% 鋼中的合金元素 合金元素含量 %:不標(biāo) ～ %:2 ～ %:3 … … 40CrNiMo、 30CrMnSiNi2A 2. 低合金高強(qiáng)度鋼的編號 與碳素結(jié)構(gòu)鋼同 167。 合金鋼的分類與編號 Q＋數(shù)字 +一個(gè)字母 屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度低限/MPa 質(zhì)量等級符號 ,由 A到 E. Q295A、 Q345C ?根據(jù)需要，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號也可以采用 兩位阿拉伯?dāng)?shù)字 （表示平均含碳量的萬分之幾） ＋ 化學(xué)元素符號 ，按順序表示，如 16Mn。 167。 合金鋼的分類與編號 2. 低合金高強(qiáng)度鋼的編號 熱連軋鋼板 轉(zhuǎn)爐煉鋼 3. 合金工具鋼的編號 167。 合金鋼的分類與編號 平均含碳量，單位為 %，但超過 %及高合金工具鋼中一律略去