第二章金属材料第三节合金钢(2)

1、柘城县职教中心柘城县职教中心 楚亮楚亮知识回顾：知识回顾：碳钢的定义：碳钢是指以铁为主要元素、碳的质量分数小于2.11%并含有硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。 碳钢是工业上使用最多的金属材料。1、按碳的质量分数分类：碳钢的分类：碳钢的分类：（1）低碳钢：碳的质量分数0.25%（2）中碳钢：0.25%碳的质量分数0.60%（3）高碳钢：碳的质量分数0.60%2、按钢的质量分类：（1）普通碳素钢（2）优质碳素钢（3）高级优质钢（4）特级优质钢合金钢合金钢 合金钢概述合金钢概述 随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能

2、的要求。 碳钢已不能完全满足要求。 合金钢与碳钢的比较合金钢与碳钢的比较碳钢碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。合金钢合金钢：在碳钢中加入某些合金元素,改善组织与性能.(硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝)合金钢的分类：合金钢的分类：1 1、按合金元素的含量分、按合金元素的含量分 1）低合金钢 合金元素总含量小于等于5%； 2）中合金钢 合金元素总含量在5%10%之间； 3）高合金钢 合金元素总含量大于等于10%；2 2、按合金元素的种类分、按合金元素的种类分 有铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钼钒钢等。 合金钢的分类：合金钢的分类：3 3、按主要

3、用途分、按主要用途分 （1）合金结构钢： 低合金结构钢(也称普通低合金钢)、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢 （2）合金工具钢 ：合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢)、合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢)、量具用钢 （3）特殊性能钢 ：不锈钢、耐热钢、耐磨钢、合金结构钢合金结构钢结构钢：用于制造机械零件和工程结构的钢 分为两大类：一、建筑及工程用结构钢 二、机械制造用结构钢一、一、建筑及工程用结构钢建筑及工程用结构钢（低合金结构钢）低合金结构钢） 1、性能特点、性能特点 较高的强度、良好的塑性和韧性、良好的焊接性与耐磨性、使用寿命长、比较经济。广泛应用建筑、桥梁等。2 2、化学成分

4、特点、化学成分特点 低碳钢（含碳量0.2%)；加入少量的合金元素；主要合金元素为Mn(含量为1.251.5%)。3 3、热处理特点、热处理特点 一般不进行热处理。4 4、常用钢种、常用钢种 Q345（16Mn）、15MnTi等。普通低合金结构钢普通低合金结构钢牌号牌号 Q 345 C 质量等级质量等级345 MPa屈服强度屈服强度典型普低合金钢应用典型普低合金钢应用Q460钢 含Mo、B，强度高，用于石化中温高压容器。u Q345钢(16Mn) 综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构，南京长江大桥。 Q390钢 含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。生活中的应用生活中的应用高压容

5、器高压容器桥梁桥梁船舶船舶车辆车辆二、二、机械制造用结构钢机械制造用结构钢这类钢是在优质或高级优质碳素结构钢的基础上加入少量合金元素制成的。需要经过热处理后才能充分发挥材料的力学性能。按照其用途和热处理特点，可分为：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。机械制造用结构钢合金结构钢机械制造用结构钢合金结构钢编号编号 首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。 在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的

6、数字标明:平均质量分数少于1.5%时不标数, 平均质量分数为1.5%2.49%、2.5%3.49%时,相应地标以2、3。 专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如60Si2Mn表示碳质量分数为0.6%、硅质量分数为2%、锰的质量分数1.5%. 机械制造用结构钢的机械制造用结构钢的牌号（重点）牌号（重点）2020 Mn2Mn2 Ti Ti A A等级等级: :高级优质高级优质含钛量含钛量W WTiTi1.5 %1.5 %含锰量含锰量W WMnMn 2 %2 %含碳量含碳量W WC C 20 %20 %0000（一）、合金渗碳钢（一）、合金渗碳钢 1 1、性能特点、性能特点 用于制造表面硬而耐磨，

7、心部韧性 好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。（具有 良好的渗碳能力和淬透性）2 2、化学成分特点、化学成分特点 低碳钢（含碳量0.10.25%)； 主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作 用是提高淬透性和防止过热。3 3、热处理特点、热处理特点 渗碳+淬火+低温回火。4 4、常用牌号、常用牌号 20、20Cr、20CrMnTi。（二）、合金调质钢（二）、合金调质钢1 1、性能特点、性能特点 调质处理后具有高强度与很好塑性 及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。2 2、化学成分特点、化学成分特点 中碳钢（0.30.5%),合金元素 主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高淬 透性

8、、细化晶粒和防止过热。3 3、热处理特点、热处理特点 预先热处理为退火或正火，最终 热处理为淬火+高温回火。4 4、常用牌号、常用牌号 45、40Cr、35CrMo。应用应用: :汽车曲轴汽车曲轴圆锥齿轮圆锥齿轮（三）、合金弹簧钢（三）、合金弹簧钢1 1、性能特点、性能特点 制造各种弹性元件如常圈簧、板 簧等。要求具有高的弹性极限、高的屈强比、 高的疲劳强度以及足够的韧性。 2 2、化学成分特点、化学成分特点 含碳量（0.50.7%),合金元 素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是 提高淬透和回火稳定性，防止回火脆性。3 3、热处理特点、热处理特点 淬火+中温回火4 4、常见牌号、常

9、见牌号 65、65Mn、60Si2Mn 汽车板汽车板簧簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧应用应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝（四）、滚动轴承钢（四）、滚动轴承钢1 1、性能特点性能特点 要求具有很高的强度和硬度、很 高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，很高的耐磨性，而且还应有一定的抗腐蚀能力。 2 2、化学成分特点、化学成分特点 高碳（0.95%Wc1.1%）；加 入的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐磨性。3 3、常见牌号、常见牌号 GCr15应用应用 GCr15：中小型轴承，

10、冷冲模，量具，丝锥。合金工具钢（Alloy tool steel）：在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素(加入总量一般不超过5%)以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。较碳素钢相比合金工具钢适合制造形状复杂、尺寸较大、切削速度较高或工作温度较高的工具和模具。、合金工具钢合金工具钢合金工具钢的分类 一、合金刃具钢一、合金刃具钢 二二、合金量具钢、合金量具钢 三、合金模具钢三、合金模具钢 量量 具具刃刃 具具模模 具具刃具钢:刃具在工作条件下产生强烈的磨损并发热，还有震动和承受一定的冲击负荷。刃具用钢应具有高的

11、硬度、耐磨性、红硬性和良好的韧性。为了保证其具有高的硬度，满足形成合金碳化物的需要，钢中碳质量分数一般在0.80%1.45%。铬是这类钢的主要合金元素，质量分数一般0.50%1.70%的，有的钢还含有钨，以提高切削金属的性能。这类工具钢因含有合金元素，因此淬透性比碳素工具钢好，热处理产生的变形小，具有高的硬度和耐磨性。常用的钢类有铬钢、硅铬钢和铬钨锰钢等。一、合金刃具钢一、合金刃具钢刃具钢应具有下列性能要求：刃具钢应具有下列性能要求： （1）高硬度（60HRC以上） （2）高的耐磨性 （3）高的热硬性（红硬性） （4）高淬透性刃具钢的分类刃具钢的分类刃具钢分为：碳素刃具钢、低合金刃具钢、高合金

12、刃具钢（高速钢）1、碳素工具钢：T7T13 用途有手动锯条、锉刀2、低合金刃具钢典型钢号：9SiCr、CrwMn用途：板牙、丝锥、铰刀、搓丝板3、高速钢典型钢号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2用途：高速切削刃具车刀、铣刀、拉刀、钻头性能：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用: 简单量具 T10A、T12A 高精度量具 GCr15、CrWMn 等。二、合金量具钢二、合金量具钢量具应具有良好的尺寸稳定性、高耐磨性、高硬度和一定的韧性。因此，量具用钢应具有硬度高、组织稳定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、热处理变形小、膨胀系数小和耐蚀性好。这类钢一般属于过共析钢，加入的合金元素有铬、锰

13、、钨、钼等。常用的钢类有铬钢、铬钨锰钢、锰钒钢等。模具大致可分为冷作模具、热作模具，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。三、合金模具钢三、合金模具钢1 1、冷作模具钢、冷作模具钢 用来制造在室温下使金属塑性变形的模具，如落料模、冷镦模、剪切模等。（属高碳钢 0.9%）特性：高硬度耐磨，高淬透性，强度韧性好，变形小。2 2、热作模具钢、热作模具钢 用来制造对金属进行热变形加工的模具，

14、如热锻模、压铸模等。（含碳量 0.3%0.6%,含C量太高，导热性下降)特性：高温下强度韧性高，耐磨性及抗热疲劳性好。三、合金模具钢三、合金模具钢、特殊性能钢、特殊性能钢一、不锈钢一、不锈钢二、耐热钢二、耐热钢三、耐磨钢三、耐磨钢一、不锈钢一、不锈钢（1 1）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢 Cr含量：12%18%； 牌号：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13； 性能：通过热处理可得到回M，具有较高的 强度和硬度，但耐蚀性能较差； 应用：各种阀、机泵和工具等；马氏体不锈钢的应用一、不锈钢一、不锈钢（2 2）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢 含Cr量：15%30%； 常用牌号：0Cr13、1Cr1

15、7、1Cr28等； 性能：耐蚀性、塑性、焊接性好，但硬度 和强度较低； 应用：用于耐蚀零件，如硝酸和氮肥工业；铁素体不锈钢的应用铁素体不锈钢的应用一、不锈钢一、不锈钢（3 3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 含Cr量 ：18% ； 含Ni量：811%； 常用钢种：0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti； 性能：耐蚀性能、冷热加工性能、焊接性能 都很好。 应用：广泛应用于化工设备及管道等。奥氏体不锈钢的应用小米4采用的奥氏体304钢板二、耐热钢二、耐热钢1. 性能要求 具有高的抗氧化能力 具有高的高温强度，以能抵抗工件在高温 下的蠕变变形和断裂 具有良好的组织稳定性，以能保证强化机 制的有效性 具有高的热传导性和低的热膨胀性提高抗氧化能力的途径提高抗氧化能力的途径 ： 在钢的表面上形成致密的氧化膜在钢的表面上形成致密的氧化膜耐热钢的用途耐热钢的用途发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机汽轮机叶片汽轮