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1、第六章第六章合金钢合金钢重要的金属材料重要的金属材料:n碳素钢碳素钢:价格低、易加工、可热处理、可塑变。价格低、易加工、可热处理、可塑变。n合金钢合金钢：为了改善钢的性能，在碳钢的基础上：为了改善钢的性能，在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素所形成的钢。特意地加入一种或几种合金元素所形成的钢。它具有较好机械性能（如强度、塑性、淬透性、它具有较好机械性能（如强度、塑性、淬透性、冲击韧性等）和特殊性能（耐磨性、耐腐蚀性、冲击韧性等）和特殊性能（耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性、电磁性等），但价格高。耐高温性、电磁性等），但价格高。2021/9/231一、合金元素的存在形式一、合金元素的存在形式1.
2、非碳化物形成元素非碳化物形成元素:不能和碳化合的元素称为非碳化物形成元素，不能和碳化合的元素称为非碳化物形成元素，如如Ni、Si、Co、Al、Cu等，它们只能溶于铁素体形成合等，它们只能溶于铁素体形成合金铁素体。金铁素体。n2.碳化物形成元素碳化物形成元素（次（次d电子层不满）电子层不满）n 凡能与碳化合的元素叫做碳化物形成元素凡能与碳化合的元素叫做碳化物形成元素.n按照碳化物形成元素所形成的碳化物的稳定按照碳化物形成元素所形成的碳化物的稳定程度由程度由强强弱弱的排列顺序为：的排列顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe；n强碳化物形成元素：强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、
3、Vn中强碳化物形成元素：中强碳化物形成元素：W、Mo、Crn弱碳化物形成元素：弱碳化物形成元素：Mn、Fe；2021/9/232 碳化物形成元素在周期表中都是碳化物形成元素在周期表中都是位于位于铁元素的左边的过渡族金属元素铁元素的左边的过渡族金属元素,它们都有它们都有一个未填满的一个未填满的d d电子亚层电子亚层,当当形成碳化物时形成碳化物时,碳原子首先将其价电子碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的填入金属原子未填满的d d电子亚层电子亚层,使使形成的碳化物具有形成的碳化物具有金属键金属键结合的性质结合的性质,金属原子的金属原子的d d电子亚层愈不满电子亚层愈不满(周期表周期表中中,在铁左
4、边离铁愈远在铁左边离铁愈远),),则其则其与碳的亲与碳的亲和力愈强和力愈强,形成碳化物的能力愈大形成碳化物的能力愈大,愈愈稳定稳定,而且不易分解。而且不易分解。2021/9/233二、合金元素的主要作用（一）合金元素对钢中基本相的影响溶于碳钢中原有的相中；形成新类型的特殊碳化物1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金渗碳体渗碳体。2.与碳作用形成合金碳化物。与碳作用形成合金碳化物。3.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物。非碳化物形成元素几乎都溶解在铁素体中非碳化物形成元素几乎都溶解在铁素体中合金铁素体。合金铁素体。碳化物形成元素中：碳化物形成元素中：与碳亲和力与碳亲和力较弱较弱
5、的元素可部分溶于渗碳体中的元素可部分溶于渗碳体中合金渗碳体，合金渗碳体，大部分仍溶于铁素体中大部分仍溶于铁素体中。与碳亲和力与碳亲和力较强较强的一些元素含量小时，的一些元素含量小时，合金渗碳合金渗碳体体，如，如:(Fe、Cr)3C、(Fe、Mo)3C、(Fe、W)3C含量多时，含量多时，新的特殊的合金碳化物；新的特殊的合金碳化物；Cr7C3、MoC、WC、与碳亲和力与碳亲和力很强很强的元素的元素 特殊的碳化物如特殊的碳化物如NbC、TiC、ZrC等，等，2021/9/234合金元素合金元素溶入铁素体溶入铁素体以固溶体的溶质形式存在：以固溶体的溶质形式存在：l主要是非碳化物形成元素主要是非碳化物
6、形成元素Si、Co、Al、Cu等以等以此种形式存在；此种形式存在；l产生产生固溶强化固溶强化作用；作用；如图所示如图所示；Ni、Cr特殊，特殊，含量少时，铁素体韧性升高；含量少时，铁素体韧性升高；含量多时，铁素体韧性下降含量多时，铁素体韧性下降2021/9/235合金元素溶入渗碳体中合金元素溶入渗碳体中置换置换Fe3C中的中的Fe原子原子合金渗碳体；合金渗碳体；(Cr、W、Mo、V、Nb);硬度增，提高耐磨性，加热时难硬度增，提高耐磨性，加热时难溶于奥氏体溶于奥氏体单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物合金元素与碳化合合金元素与碳化合特殊碳化物，特殊碳化物，结构简单、结构简单、熔点高、硬度高、稳
7、定性高熔点高、硬度高、稳定性高，当以细小的质点，当以细小的质点分布在固溶体基体上时，可以起到弥散强化作分布在固溶体基体上时，可以起到弥散强化作用。用。NbC、TiC、VC2021/9/236（二）合金元素对（二）合金元素对Fe-C相图的影响相图的影响扩大或缩小扩大或缩小A区区 改变共晶点和共析点的参数改变共晶点和共析点的参数1.奥氏体相区的变化奥氏体相区的变化扩大或缩小扩大或缩小A区区 如，室温下，如，室温下，1Cr18Ni 9 为单相为单相A，1Cr17Ti 为单相为单相F使共析转变点使共析转变点S左移左移 钢中钢中P%，强度增加，强度增加。使共晶转变点使共晶转变点E 左移左移 钢中出现钢中
8、出现Le Mn、Ni、Co、C、N、Cu均使均使S、E点向下、向左移、点向下、向左移、A3、A1（点）线向下移，（点）线向下移，A4点上升，故可点上升，故可扩大扩大奥氏奥氏体相区；体相区；如如P125图图7-4所示所示；Cr、Mo、W、V、Ti、Si使使S、E点向上、向左移，点向上、向左移，A3、A1点点（线）上升，（线）上升，A4点下降，故可点下降，故可缩小缩小奥氏体相奥氏体相区；如区；如P125图图7-4所示；所示；2021/9/2372021/9/2383.2总结：总结：n当含当含MnMn、NiNi较高的钢，因扩大奥氏体相区有可能将较高的钢，因扩大奥氏体相区有可能将A A3 3降至室温降
9、至室温以下，此时钢在室温下保持奥氏体组织，叫做奥氏体钢；以下，此时钢在室温下保持奥氏体组织，叫做奥氏体钢；例如：例如：Mn13(Mn13(耐磨钢耐磨钢)、1Cr18Ni91Cr18Ni9（不锈钢）；如（不锈钢）；如P122P122图图7-17-1；n当含当含CrCr较高的钢，因缩小奥氏体相区有可能在室温下只有铁素较高的钢，因缩小奥氏体相区有可能在室温下只有铁素体存在而成为铁素体钢；体存在而成为铁素体钢；例如：例如：Cr17Cr17（铁素体型不锈钢）；如（铁素体型不锈钢）；如P122P122图图7-27-2；n由于所有的合金元素均使由于所有的合金元素均使S S点左移，这就意味着钢中的含碳量点左移
10、，这就意味着钢中的含碳量不足不足0.77%0.77%时，钢就变为过共析钢而析出时，钢就变为过共析钢而析出FeFe3 3C C；例如：例如：4Cr134Cr13（马氏体型不锈钢）就是过共析钢；（马氏体型不锈钢）就是过共析钢；2021/9/239n合金元素的存在将改变钢的共析温度，扩大奥合金元素的存在将改变钢的共析温度，扩大奥氏体相区的合金元素将使氏体相区的合金元素将使A1下降，缩小奥氏体下降，缩小奥氏体相区的合金元素将使相区的合金元素将使A1上升；如图上升；如图7-5所示；所示；n大多数合金元素均使大多数合金元素均使E点左移，这就意味着当点左移，这就意味着当钢中的含碳量小于钢中的含碳量小于2.1
11、1%时就会出现共晶莱氏时就会出现共晶莱氏体；体；例如：例如：W18Cr4V的铸态组织中已出现了莱氏体的铸态组织中已出现了莱氏体；合金元素对合金元素对S点成分的影响点成分的影响2021/9/2310（三）合金元素对热处理过程的影响（三）合金元素对热处理过程的影响1.1.合金元素对加热时合金元素对加热时奥氏体形成奥氏体形成过程的影响过程的影响 大多数合金元素（除少数大多数合金元素（除少数NiNi、CoCo，主要是碳化物形主要是碳化物形成元素）会成元素）会减慢奥氏体的形成过程减慢奥氏体的形成过程。所有合金元素（除所有合金元素（除MnMn、P P、C C、N N外）均阻碍奥氏外）均阻碍奥氏体晶粒的长大
12、体晶粒的长大，获得晶粒细小的奥氏体组织，但作用获得晶粒细小的奥氏体组织，但作用的强弱不同，强碳化物形成元素的作用大。的强弱不同，强碳化物形成元素的作用大。强碳化物形成元素强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti(Ti、V V、ZrZr、NbNb 等等)。非碳化物形成元素非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si(Si、NiNi、CuCu、Co Co 等等)。因此，一般合金钢的热处理加热温度较碳因此，一般合金钢的热处理加热温度较碳钢的高，但晶粒细小，尤其是存在强碳化物形成元素钢的高，但晶粒细小，尤其是存在强碳化物形成元素的合金钢。
13、的合金钢。2021/9/23112.合金元素对合金元素对过冷奥氏体转变过程过冷奥氏体转变过程的影响：的影响：n除除Co以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏体中）均体中）均使使C曲线右移曲线右移，提高过冷奥氏体的稳，提高过冷奥氏体的稳定性，定性，Vk从而提高了钢的淬透性；从而提高了钢的淬透性；n一些碳化物形成元素还使一些碳化物形成元素还使C曲线的形状发生改曲线的形状发生改变，变，如图如图7-6所示所示；n除除Co，Al外，所有的合金元素都使外，所有的合金元素都使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余点下降，淬火后残余A量量,硬度硬度n提高钢的淬透性。最常采用的是：提
14、高钢的淬透性。最常采用的是：Cr，Mn，Si，Ni，B2021/9/2312合金元素对珠光体转变的影响合金元素对珠光体转变的影响除了除了Co、Al外均外均推迟推迟奥氏体向珠奥氏体向珠光体的转变。光体的转变。合金元素溶入奥氏体中，就或多或少地合金元素溶入奥氏体中，就或多或少地推迟珠光体转变，提高淬透性。多种元推迟珠光体转变，提高淬透性。多种元素的共同作用比单一元素的作用大的多。素的共同作用比单一元素的作用大的多。合金元素对马氏体转变的影响合金元素对马氏体转变的影响除除Co、Al以外，溶入奥氏体中的以外，溶入奥氏体中的合金元素均使合金元素均使Ms点点下降，碳的作用最下降，碳的作用最大，其次是大，其
15、次是Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。多种元素共存时，作用更大。多种元素共存时，作用更大。2021/9/23133、合金元素对、合金元素对回火转变回火转变的影响：的影响：1.提高钢的回火稳定性：提高钢的回火稳定性：回火稳定性：表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能回火稳定性：表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力；力；M 分解、碳化物长大、残余分解、碳化物长大、残余A转变、转变、F再结晶被推迟到再结晶被推迟到较高的温度才发生。较高的温度才发生。回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。度更高。合金钢在相同的回火温度下比含碳量相同的碳钢
16、具有更合金钢在相同的回火温度下比含碳量相同的碳钢具有更高硬度，高硬度，回火稳定性越高的钢，在较高温度下的强度或硬度也回火稳定性越高的钢，在较高温度下的强度或硬度也越高越高如图如图7-7所示所示；在达到相同强度条件下，回火稳定性高的钢，可在更在达到相同强度条件下，回火稳定性高的钢，可在更高温度下回火。高温度下回火。-合金钢综合力学性能比碳钢好。合金钢综合力学性能比碳钢好。n提高钢的回火稳定性作用较强的合金元素有：提高钢的回火稳定性作用较强的合金元素有：V，Si，Mo，W，Cr，Ni，Mn,Co2021/9/2314（2）二次硬化和二次淬火二次硬化和二次淬火当钢中含当钢中含Cr、W、Mo、V、Ti
17、等超过一定量时，回火等超过一定量时，回火后的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在后的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某一温度范围回火后某一温度范围回火后硬度硬度反而增加，并反而增加，并在在一定温度一定温度（500600）达到峰值）达到峰值。如图如图7-7C)所示；所示；n二次硬化二次硬化：在一定回火温度下硬度出现峰值的现象。：在一定回火温度下硬度出现峰值的现象。n回火温度较高时析出细小、高硬度的合金碳化物，如回火温度较高时析出细小、高硬度的合金碳化物，如MoMo2C C，使硬度反而提高。（韧性也大大，使硬度反而提高。（韧性也大大 ）n二次淬火二次淬火n500600回火时析出合金
18、碳化物回火时析出合金碳化物残余残余A中中Me%Ms、Mf，随后冷却时残余，随后冷却时残余A M硬度升高硬度升高二次淬火：二次淬火：在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，而导致硬度升高的现象为马氏体，而导致硬度升高的现象。2021/9/23152021/9/23162021/9/2317n（3）对回火脆性的影响对回火脆性的影响：n回火脆性：淬火钢在回火时的冲击韧性并不是随回火温回火脆性：淬火钢在回火时的冲击韧性并不是随回火温度的升高单调的增大，有些钢在一定温度范围内回火时，度的升高单调的增大，有些钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种现象叫
19、做钢的回火脆性；其冲击韧性显著下降，这种现象叫做钢的回火脆性；如如图图7-8所示；所示；n第一类回火脆性：钢在第一类回火脆性：钢在250400 温度范围内出现的回温度范围内出现的回火脆性叫做第一类回火脆性，也叫低温回火脆性；火脆性叫做第一类回火脆性，也叫低温回火脆性；n第一类回火脆性产生的原因与防止方法第一类回火脆性产生的原因与防止方法:避免在此温度避免在此温度范围内回火，或加入一些合金元素，如：；范围内回火，或加入一些合金元素，如：；2021/9/2318n第二类回火脆性：钢在第二类回火脆性：钢在500650 范围内回范围内回火时出现的回火脆性叫做第二类回火脆性，火时出现的回火脆性叫做第二类
20、回火脆性，也叫高温回火脆性；也叫高温回火脆性；n第二类回火脆性产生的原因与防止方法：第二类回火脆性产生的原因与防止方法：防止方法：防止方法：1.回火后快冷回火后快冷可避免，重新加热后快冷可消除可避免，重新加热后快冷可消除之，故此类回脆又叫做可逆回火脆性；之，故此类回脆又叫做可逆回火脆性；2.加入适量的加入适量的W、Mo；（；（当钢中含有当钢中含有Cr、Ni、Mn、Si、P等元素时，高温回火的脆性增大，等元素时，高温回火的脆性增大，在含有在含有Cr时，还有时，还有Ni和和Mn则回火脆性更大）。则回火脆性更大）。2021/9/2319三、合金钢的分类与编号三、合金钢的分类与编号1、钢的分类、钢的分
21、类按用途分类按用途分类（1）合金结构钢：低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹）合金结构钢：低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切削钢等；簧钢、轴承钢、易切削钢等；（2）合金工具钢：）合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢。刃具钢、模具钢、量具钢。（3）特殊钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。）特殊钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。2021/9/23202.合金钢的编号：合金钢的编号：合金钢编号的一般形式：合金钢编号的一般形式：字母字母+数字数字+化学元素符号化学元素符号+数字数字+字母字母G-滚滚 Y-易易含碳量含碳量合金结构钢合金结构钢 两位数字（含碳量两位数字（含碳量万分之几万分之几
22、）例如：例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。等。n滚动轴承钢滚动轴承钢滚或滚或G+Cr+数字（数字（Cr含量的含量的千分之几千分之几）,例如：例如：GCr15合金工具钢合金工具钢一位数字一位数字含碳量含碳量1.0%时不标，时不标，1.0%时用时用千分之几千分之几表示表示,例如例如CrMn、9Mn2V等。高速钢中不标含碳量，等。高速钢中不标含碳量，如如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。等。主要合金元素种类主要合金元素种类和名义百分含量和名义百分含量1.5%略略1.52.5%标标22.53.5%标标3钢的冶金质量A-高级优质钢E-特级优质钢2021/9/2321合金钢的
23、合金钢的分类（分类（按用途分类）按用途分类）合金结构钢合金结构钢低合金结构钢、渗低合金结构钢、渗C钢钢、调质钢、调质钢、弹簧钢、弹簧钢、轴承钢等。、轴承钢等。合金工具钢合金工具钢刃具刃具、模具、量具钢。、模具、量具钢。特殊性能钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢。不锈钢、耐热钢、耐磨钢。合金钢的编号合金钢的编号结构钢结构钢如如60Si2Mn，w(C)=0.6%，w(Si)=2%，w(Mn)1.5%工具钢、特殊性能钢工具钢、特殊性能钢如如9SiCr，w(C)=0.9%，w(Si)、w(Cr)均均1.5%而而CrWMn中，中，w(C)1.0%专用钢专用钢如，如，滚滚动轴承钢动轴承钢GCr15，w(C
24、)=1.0%，w(Cr)=1.5%高级优质钢高级优质钢如，如，20Cr2Ni4A2021/9/2322合金钢的编号：合金钢的编号：合金结构钢合金结构钢数字（含碳量数字（含碳量万分之几万分之几）+元素（化学元素符号）元素（化学元素符号）+数字（合金元素的数字（合金元素的百分之几百分之几）。）。例如：例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。等。n滚动轴承钢滚动轴承钢滚或滚或G+Cr+数字（数字（Cr含量的含量的千分之几千分之几）,例如：例如：GCr15合金工具钢合金工具钢含碳量含碳量+元素元素+数字，含碳量数字，含碳量1.0%时不标，时不标，1.0%时用时用千分之几千分之几表示表
25、示,例如例如CrMn、9Mn2V等。高速钢中不标等。高速钢中不标含碳量，如含碳量，如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。等。2021/9/2323特殊性能钢：特殊性能钢：不锈钢与耐热钢不锈钢与耐热钢数字数字+元素元素+数字数字 第一个数字表示含碳量的第一个数字表示含碳量的千分之几千分之几,第二个第二个数字表示合金元素的数字表示合金元素的百分之几百分之几。起重要作用的。起重要作用的微量元素也要标出。微量元素也要标出。例如：例如：9Cr18，00Cr18Ni10（平均含碳量平均含碳量 0.03%)，0Cr18(平均含碳量平均含碳量 0.08%)等。等。2021/9/2324特殊性能钢：特殊性能
26、钢：不锈钢与耐热钢不锈钢与耐热钢数字数字+元素元素+数字数字 第一个数字表示含碳量的第一个数字表示含碳量的千分之几千分之几,第二个第二个数字表示合金元素的数字表示合金元素的百分之几百分之几。起重要作用的。起重要作用的微量元素也要标出。微量元素也要标出。例如：例如：9Cr18，00Cr18Ni10（平均含碳量平均含碳量 0.03%)，0Cr18(平均含碳量平均含碳量 0.08%)等。等。2021/9/2325第二节合金结构钢第二节合金结构钢n合金结构钢：在工业上凡是用于制造各种机器零件和合金结构钢：在工业上凡是用于制造各种机器零件和用于建筑工程结构的钢叫做合金结构钢；用于建筑工程结构的钢叫做合金
27、结构钢；1、低合金结构钢：、低合金结构钢：(一）性能一）性能：高强度，高强度，显著高于相同含碳量的普通碳钢，显著高于相同含碳量的普通碳钢，故又称为低合金高强钢（可以显著的降低构件的重量，故又称为低合金高强钢（可以显著的降低构件的重量，节约钢材），节约钢材），高的塑性、韧性高的塑性、韧性 良好的焊接性与冷成型性能、良好的焊接性与冷成型性能、良好的耐蚀性，良好的耐蚀性，故具有良好的综合机械性能，特别是具有较高的屈服极故具有良好的综合机械性能，特别是具有较高的屈服极限；限；学习思路：学习思路：用途工作条件性能要求成分特点热处理特点典型钢种应用2021/9/23262.合金元素合金元素n含合金量小于含
28、合金量小于3%，主加主加Mn，1.8%以内以内(Cr、Ni)固溶强化固溶强化 n辅加辅加Ti、V、Nb、Mo、B 细化晶粒，弥散细化晶粒，弥散强化强化，n强化铁素体，细化铁素体晶粒，使强度、韧性强化铁素体，细化铁素体晶粒，使强度、韧性改善改善;细化珠光体晶粒，同时在钢中形成微细细化珠光体晶粒，同时在钢中形成微细的碳化物，起到弥散强化的作用，从而提高钢的碳化物，起到弥散强化的作用，从而提高钢的强度及韧性；的强度及韧性；n 少量少量Cu、P等等；Cu、P：提高钢对大气的抗蚀能力；：提高钢对大气的抗蚀能力；（二）成分及作用（二）成分及作用1.碳含量：含碳量一般小于碳含量：含碳量一般小于0.2%，保证
29、好的韧性、焊接性，保证好的韧性、焊接性和冷成形性，和冷成形性，2021/9/23271低合金结构钢低合金结构钢钢号钢号旧钢号旧钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分，%机械性能机械性能CMnSi，s，MPab，MPa5，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0
30、.201.001.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度（厚度(直径直径)16mm，AKV34J）2021/9/23282.牌号牌号:Q345345MPa屈服强度屈服强度（三）常用低合金结构钢及其组织形态（三）常用低合金结构钢及其组织形态通常在热轧状态或退火、正火状态下使用通常在热轧状态或退火、正火状态下使用组织：铁素体组织：铁素体+珠光体珠光体不需最终热处理2021/9/2329Q460钢含钢含Mo、B，强度高，强度高，用于石化中用于石化中温温高压容器。高压容器。压力容压力容器器南京长江大南京长江大桥桥Q345钢钢(16Mn)综
31、合性能好，综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度强度高，高，用于中等压力的容器。用于中等压力的容器。万吨远洋轮万吨远洋轮应用：工程结构桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器高压容器高压容器船舶船舶车辆车辆桥梁桥梁2021/9/2330二、渗碳钢二、渗碳钢用途用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）（一）（一）性能要求性能要求表硬心韧性能心部韧性高、强度大。心部韧性高、强度大。渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；合金渗碳钢应具有良好的工艺性能，特别是热处理合金渗碳钢应具有良好的工艺性能
32、，特别是热处理工艺性能工艺性能，在渗碳温度（900950）下，奥氏体晶粒不易明显长大，并且有良好的淬透性。2021/9/2331成分成分低碳钢低碳钢0.10.25%C,韧性好。韧性好。合金元素合金元素-提高淬透性、耐磨性提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。细化晶粒。主加元素：主加元素：Cr,Ni,Mn,B淬透性（心部得淬透性（心部得M板条）板条）辅加元素：辅加元素：W,Mo,V,Ti细化晶粒（细化晶粒（VC,TiC,耐磨性耐磨性）渗渗C钢钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗渗C C:930，回火：，回火：200）p172主主要要化化学学成成分分,%预备处理预备处理淬火淬火,CM
33、nCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880800水水,油油880水水,油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850油油880870油油钢号钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950850空空880780油油机械性能机械性能bMPasMPa83578554059093010807358
34、35118011808351080aKU2J475547557863二、渗碳钢二、渗碳钢2021/9/2332热处理热处理渗碳后缓冷组织：渗碳后缓冷组织：表面：过共析组织表面：过共析组织P+Fe3C心部：亚共析组织心部：亚共析组织F+P渗碳渗碳淬火淬火低温回火的组织：低温回火的组织：表层表层回火回火M+碳化物碳化物+A心部心部低低C的回火的回火M（+S+F）渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火渗碳（加热至渗碳（加热至900-950900-950 ，渗碳，渗碳6-8h6-8h）淬火淬火预冷直接淬火，一次淬火，二次淬火预冷直接淬火，一次淬火，二次淬火低温回火低温回火180-200180-200，保
35、温，保温1-2h 1-2h 2021/9/23334.合金渗碳钢的牌号合金渗碳钢的牌号20Mn2TiA等级等级:高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5%含锰量含锰量WMn 2%含碳量含碳量WC 20%002021/9/2334典型合金渗碳钢种介绍典型合金渗碳钢种介绍低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3%15Cr、20Cr、15Mn220Mn2。淬透性小，心部强度低，强韧性淬透性小，心部强度低，强韧性配合差配合差 用于受力小的耐磨件，如柴用于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、油机的活塞销、小轴（小轴（凸轮轴）凸轮轴）、等。等。小齿轮（机床齿轮）。小齿轮（机床
36、齿轮）。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%左右。左右。20CrMnMo、20CrMnTi、20MnVB。淬透性和力学性能均较高淬透性和力学性能均较高用于中等载荷用于中等载荷的耐磨件，的耐磨件，如如汽车变速齿轮汽车变速齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销(20Cr)2021/9/2335典型合金渗碳钢种介绍典型合金渗碳钢种介绍高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%6%。18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。等。淬透性大，心部强度高，强度与韧性淬透性大，心部强度高，强度与韧性配合很好配合很好用于大载荷的耐磨件
37、，如柴油机曲轴、用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴、连杆。连杆。飞机齿轮柴油机曲轴柴油机曲轴2021/9/233620CrMnTi钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线2021/9/2337用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）性能：表面高的硬度、耐磨性心部强而韧成分：0.10.25%C低碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,B淬透性（心部得M板条）辅加元素：W,Mo,V,Ti细化晶粒（VC,TiC,耐磨性），最终热处理：渗碳+淬火+低温回火组织：表层：高碳回火M+Fe3C或碳化物+残A心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+S常用钢号：20,20Cr,20CrMnTi,18Cr
38、2Ni4W淬透性：低中高适用：机床齿轮汽车变速齿轮飞机齿轮渗碳钢小结渗碳钢小结2021/9/2338三、调质钢三、调质钢经过淬火和高温回火（调质处理）处理后的结构经过淬火和高温回火（调质处理）处理后的结构钢叫做调质钢；钢叫做调质钢；（一）性能要求：（一）性能要求：用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）轴）许多机器设备上的重要零件，如：机床主轴、汽许多机器设备上的重要零件，如：机床主轴、汽车拖拉机的后桥半轮、柴油发动机舱轴、连杆、车拖拉机的后桥半轮、柴油发动机舱轴、连杆、高强度螺栓等，在多种应力负荷下工作的，受力高强度螺栓等，在多种应
39、力负荷下工作的，受力情况比较复杂。情况比较复杂。要求具有比较全面的机械性能要求具有比较全面的机械性能很高的强度，很高的强度，良好的塑性和韧性，即良好的塑性和韧性，即良好的综合机械性能。良好的综合机械性能。2021/9/2339（二）成分和作用（二）成分和作用1.碳含量碳含量：025050中碳钢中碳钢含碳量过低，不易淬硬，钢的强度较低含碳量过低，不易淬硬，钢的强度较低含碳量过高，钢的塑、韧性较差；含碳量过高，钢的塑、韧性较差；碳素调质钢：碳素调质钢：40、45、50；合金调质钢：合金调质钢：25Cr2Ni4WA、30CrMnSi2.合金元素合金元素主主加加元元素素：Ni、Cr、Mn、Si强强化化
40、铁铁素素体体基基体体，提高韧性提高韧性淬透性，淬透性，辅加元素：辅加元素：W,Mo,V,Ti细化晶粒细化晶粒,回火稳定性回火稳定性2021/9/2340加入防止第二类回火脆性的元素加入防止第二类回火脆性的元素调调质质钢钢的的回回大大温温度度正正好好处处于于第第二二类类回回火火脆脆性性温温度度范范围围内内，钢钢中中含含有有Mn、Cr、Ni、B元元素素时时，会会增增大大回回火火脆脆性性的的敏敏感感性性，除除回回火火快快速速冷冷却却外外，可可加加入入抑抑制制回回火火脆脆性性的的元元素素Mo和和W。加入细化奥氏体晶粒的元素加入细化奥氏体晶粒的元素回回火火索索氏氏体体中中的的铁铁素素体体晶晶粒粒越越细细
41、小小，则则钢钢的的强强韧韧性性越越好好，为为了了细细化化铁铁索索体体晶晶粒粒，首首先先必必须须先先细细化化奥奥氏氏体体晶晶粒粒，常常用用的的元元素素有有W、Mo、V、Ti等。等。2021/9/2341（三）调质钢的热处理特点（三）调质钢的热处理特点预备：正火预备：正火S改善组织，消除锻造应力，便于切改善组织，消除锻造应力，便于切削加工削加工最终：调质最终：调质回火回火S获得良好的综合机械性能获得良好的综合机械性能表面要求高硬度表面要求高硬度,耐磨耐磨,-1，表面淬火表面淬火+低温回火低温回火（回火（回火M）1.预备热处理预备热处理正火或退火处理正火或退火处理热加工后，预备热处理可以热加工后，预
42、备热处理可以降低硬度，便降低硬度，便于切削加工于切削加工，消除热加工时的组织缺陷（如带状，消除热加工时的组织缺陷（如带状组织）、组织）、细化晶粒、改善组织细化晶粒、改善组织，为最终热处理做为最终热处理做好准备。好准备。2021/9/2342最终热处理最终热处理最终热处理是最终热处理是淬火加高温回火。淬火加高温回火。淬火：淬火：淬火温度：加热到淬火温度：加热到850左右，左右，AC3以上以上3050;淬火介质：合金钢的淬透性比较高，可以采用较淬火介质：合金钢的淬透性比较高，可以采用较慢的冷却速度淬火，一般都用慢的冷却速度淬火，一般都用油淬，油淬，以避免出现以避免出现热处理缺陷；热处理缺陷；高温回
43、火：一般为高温回火：一般为500650。l某某些些零零件件除除了了要要求求有有良良好好的的综综合合机机械械性性能能外外，还还要要求求工工件件（局局部部）表表面面有有较较高高的的耐耐磨磨性性，这这时时零零件件经经调调质质处处理理后后，还还应应对对零零件件（局局部部）表表面面进进行行感感应应加加热热淬淬火火，最最后后低低温温回回火火，表表层层硬硬度度可可达达HRC5658。l调质处理后获得调质处理后获得回火索氏体回火索氏体2021/9/2343具有良好的综合机械性能的原因，调质处理后的具有良好的综合机械性能的原因，调质处理后的组织为组织为回火索氏体回火索氏体，这种组织状态有以下几个特，这种组织状态
44、有以下几个特点：点：（1）在铁素体基体上均匀分布的粒状碳化物在铁素体基体上均匀分布的粒状碳化物起起弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶强化作用，从而保证钢有较高的屈服强度和疲劳强化作用，从而保证钢有较高的屈服强度和疲劳强度。强度。（2）组组织织均均匀匀性性好好，减减少少了了裂裂纹纹在在局局部部薄薄弱弱地地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。（3）作为基体组织的铁素体是从淬火马氏）作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体体转转变变而而成成的的，晶晶粒粒细细小小，使使钢钢的的冷冷脆脆倾倾向向性性大大大减小
45、。大减小。2021/9/2344（四）常用的调质钢（四）常用的调质钢1.低淬透性调质钢低淬透性调质钢40Cr在机械制造中应用十分广泛，在机械制造中应用十分广泛，淬透性小，用于要求不高的零件，淬透性小，用于要求不高的零件，40Cr钢有较高的机械钢有较高的机械性能和工艺性能，应用广泛，性能和工艺性能，应用广泛，2.中淬透性调质钢中淬透性调质钢含有较多合金元素，因而淬透性较高，含有较多合金元素，因而淬透性较高，可用于制造截面尺寸较大的中型、大型零件，如大截面曲可用于制造截面尺寸较大的中型、大型零件，如大截面曲轴、拖拉机上的连杆加钼防第二类回火脆性轴、拖拉机上的连杆加钼防第二类回火脆性40MnMoB3
46、.高淬透性调质钢高淬透性调质钢多半是多半是Ni-Cr钢，并含钼，少数钢不钢，并含钼，少数钢不含钼。用于制造大截面、重载荷的重要零件。如大型轴和含钼。用于制造大截面、重载荷的重要零件。如大型轴和齿轮等齿轮等40CrNiMo应用应用40Cr，一般尺寸重要零件，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，较大截面零件，如曲轴、连杆。如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。零件，如汽轮机主轴和叶轮。汽车曲轴汽车曲轴2021/9/234540Cr钢制作拖拉机连杆螺栓为例说明其热处理工艺方法的选钢制作拖拉机连杆螺栓为例说明其热处理工艺方
47、法的选定和工艺路线的安排定和工艺路线的安排连杆螺栓是发动机中的一个重要的连接零件，在工作时，它连杆螺栓是发动机中的一个重要的连接零件，在工作时，它承受冲击性的周期变化的拉应力和装配时的预应力，在发动承受冲击性的周期变化的拉应力和装配时的预应力，在发动机运转中，连杆螺栓如果破断，就会引起事故。因此，要求机运转中，连杆螺栓如果破断，就会引起事故。因此，要求它应具有足够的它应具有足够的强度、冲击韧性和抗疲劳能力强度、冲击韧性和抗疲劳能力。为了满足上。为了满足上述综合机械性能的要求，确定选用述综合机械性能的要求，确定选用40Cr钢制作连杆螺栓。连钢制作连杆螺栓。连杆螺栓生产工艺路线如下：杆螺栓生产工艺
48、路线如下：下料下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）机加工机加工调质调质机加工机加工装装配配退火（或正火）是为了改善切削加工，并为随后调质处理做退火（或正火）是为了改善切削加工，并为随后调质处理做好组织准备。调质工艺如图，经好组织准备。调质工艺如图，经840加热油冷后得马氏体组加热油冷后得马氏体组织，织，540回火后，回火后，其组织为回火索氏体。其组织为回火索氏体。2021/9/2346调质钢小结调质钢小结1、用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）2、性能：良好的综合机械性能3、成分：0.30.5%C中碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,Si淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,
49、Ti细化晶粒,回火稳定性4、热处理：预备：正火S改善组织，消除锻造应力，便于切削加工最终：调质回火S获得良好的综合机械性能表面要求高硬度,耐磨,-1，表面淬火+低温回火（回火M）5、常用钢号：45，40Cr，40CrMnMo2021/9/2347四、弹簧钢四、弹簧钢定义：弹簧钢是指用于制造各种弹簧的钢种。定义：弹簧钢是指用于制造各种弹簧的钢种。（一）弹簧钢的性能特点：（一）弹簧钢的性能特点：高的高的e、s、b、-1，一定的塑韧性，一定的塑韧性弹簧的作用弹簧的作用：通过弹性变形所储存的能量缓和机械：通过弹性变形所储存的能量缓和机械所承受的震动和冲击。所承受的震动和冲击。（1）高的弹性极限或屈服极
50、限和高的屈强比高的弹性极限或屈服极限和高的屈强比，以，以保证弹簧有足够高的弹性变形能力，并能承受大的保证弹簧有足够高的弹性变形能力，并能承受大的载荷。载荷。（2）高高的的疲疲劳劳极极限限，以以保保证证弹弹簧簧在在长长期期的的振振动动和和交变应力作用下不产生疲劳破坏。交变应力作用下不产生疲劳破坏。（3）为为了了满满足足成成形形的的需需要要和和可可能能承承受受的的冲冲击击载载荷荷，弹簧钢应具有弹簧钢应具有一定的塑性和韧性一定的塑性和韧性。此此外外，一一些些在在高高温温及及易易蚀蚀条条件件下下工工作作的的弹弹簧簧，还还应具有良好的耐热性和抗蚀性应具有良好的耐热性和抗蚀性。2021/9/2348（二）