机械制造基础 教学课件 ppt 作者 马永杰 汪洋 编著项目六 合金钢.ppt

一、合金结构钢 二、合金工具钢 三、特殊性能钢 * 化学工业出版社 * 所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢，称为合金钢。常加入的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铝、硼、铌、钴、稀土等。 一、合金元素对钢组织和性能的影响 （1）提高钢的强度 大多数合金元素（除铝外）都能溶于铁素体，形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降。有些合金元素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，例如Si1.00%,Mn1.50%时，铁素体韧性没有下降，当含量超过此值时韧性则有下降的趋势；而铬和镍的含量在适当范围内（Cr≤2.0%,Ni≤5.0%）,在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性提高，从而提高合金钢的强度和韧性。 （2）提高钢的硬度 锰、铬、钼、钨、钒、钛等元素与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的硬度。根据合金元素与碳的亲和力不同，它们在钢中形成的碳化物可分为两类： ①合金渗碳体：锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素一般倾向于形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C，(Fe，Cr)3C ，(Fe，W)3C等。合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的强度。 ②特殊碳化物：钒、铌、钛等强化物形成元素能与碳形成特殊碳化物，如VC,TiC等。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解，当钢中的特殊碳化物呈弥散分布时将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低钢的韧性。 项目六 合金钢 （3）细化晶粒 几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化合物形成元素铌、钒、钛、等形成的碳化物、铝在钢中形成的AlN和Al2O3细小质点，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒。 （4）提高钢的淬透性 除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C曲线右移，从而减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。 合金元素加入后，可提高钢的淬透性。因此，在获得同样淬硬层深度的情况下，可以采用冷却能力较低的淬火介质，以减小形状复杂的零件在淬火时的变形和开裂。在淬火条件相同的条件下，合金钢可获得较深的淬硬层，能使大截面的零件获得均匀一致的组织，从而得到较好的力学性能。常用提高淬透性的合金元素主要有：钼、锰、铬、镍和硼等。如微量的硼（0.0005%～0.003%）即能明显提高钢的淬透性。 （5）提高钢的回火稳定性 淬火钢在回火时，抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长大，而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下降较慢。与碳钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比相同含量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。如高速切削时，刀具温度很高，若刀具材料的回火稳定性能对一些工具钢具有重要意义。如高速切削时，刀具温度很高，若刀具材料的回火稳定性高，就可以使用刀具在较高的温度下仍保持的硬度和耐磨性，从而提高刀具的使用寿命。 二、合金钢的分类及牌号 合金钢的分类方法很多，生产中最常用的分类方法有以下两种： （1）按用途分类 ①合金结构钢：用于制造机械零件和建筑工程结构的钢； ②合金工具钢：用于制造各类工具的钢； ③特殊性能钢：具有特殊化学和物理性能的钢，有不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢等。 （2）根据合金元素总含量分类 ①低合金钢：合金元素总含量5%； ②中合金钢:合金元素总含量为5%～10%； ③高合金钢:合金元素总含量10%。 二、合金钢的分类及牌号 （1）合金结构钢的牌号采用“两位数字+化学元素符号+数字”表示。前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数，化学元素符号表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示该合金元素的平均含量，用百分数表示，当合金元素平均含量小于1.5%时，不标其含量，合金元素含量大于等于1.5%至2.5%，大于等于2.5%至3.5%，……时，相应地标成2，3，……。例如60Si2Mn，表示平均含碳量为0.6%、主要合金元素Mn含量1.5%,平均含Si量为2%的合金结构钢。 （2）合金工具钢的牌号与合金结构钢牌号的区别仅在于含碳量的