第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 1
合金钢
§ 1 合金元素在钢中的作用
§ 2 合金钢的分类和编号方法
§ 3 合金结构钢
§ 4 工具钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
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绪论碳钢 性能较好、容易加工、成本低廉，工程上应用最广、使用量最大（ 90%）；
碳钢缺点 淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能（如耐热、
耐蚀）等；
合金钢 有意加入合金元素，克服了碳钢使用性能的不足，从而可在重要或某些特殊场合下使用。
20钢,σ b≥410N/mm 2
16Mn,σ b≥520N/mm 2（ Mn1.2～ 1.6％）
第七章 合金钢
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常用合金元素,Mn,Si,Cr,Mo,W,V、
Ti,Nb,Zr,Ni,RE(稀土 )
合金元素分类 （根据与碳亲和力的大小）：
强碳化物形成元素,Mo,W,Fe、
V,Ti,Nb,Zr
弱碳化物形成元素,Mn,Cr
非碳化物形成元素,Si,Cu,Co、
Ni,Al,N,B
§ 1 合金元素在钢中的作用
合金元素对钢的相变、组织和性能的影响都取决于它们与钢中的 Fe或 C的相互作用第七章 合金钢
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一、合金元素对钢中基本相的影响
钢中的基本相,F,Fe3C
钢中合金元素的存在方式：
固 溶：合金铁素体
合金渗碳体,(Fe,Mn)3C,(Fe,W)3C
合金碳化物,VC,TiC,WC、
MoC,Cr7C3,Cr23C6
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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合金元素对钢的力学性能的影响合金元素对铁素体性能的影响 (退火状态 )
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
扩大奥氏体区：
C,N,Co、
Ni,Mn,Cu
奥氏体形成元素 Mn
对相图的影响：
低温、低碳
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
缩小奥氏体区：
Cr,Mo,W、
V,Ti,Si,Al
铁素体形成元素 Cr
对铁碳合金相图的影响,高温、低碳
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
使 S,E点的含碳量降低（共析温度、成分）
727℃
缩小 γ区扩大 γ区
0.77％
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
1,
对加热时奥氏体化的影响
对形成 A速度的影响 (由 C来控制 )
Co,Ni加速扩散
Mo,W,V,Ti阻碍扩散
对 A晶粒度的影响
P,Mn促进
Ti,Nb,V强烈阻碍 (AlN)
W,Mo,Cr有一定阻碍作用
Si,Ni,Co,Cu影响不大
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
2,对过冷奥氏体分解过程的影响等温转变 C曲线的位置与形状：
非 (弱 )碳化物形成元素,Ni,Si,Mn,
Cu溶入奥氏体、增大稳定性，使 C曲线右移,Ms点降低
碳化物形成元素,V,W,Mo、
Cr,Ti不仅使 C曲线右移，而且分离成两个“鼻子”
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
3,合金元素对
C曲线的影响
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
4,对过冷奥氏体 Ms、
A残 的影响合金元素对 Ms点的影响 对残余奥氏体的影响
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
5,
对回火转变的影响
提高钢的回火稳定性,Cr Mo W V Nb Si
产生二次硬化,Mo W V Ti在 500~600℃
回火时硬度升高
回火脆性,
第一类,250~400℃ 不可逆第二类,500~600℃ 可逆 (Cr Mn Ni)
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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三、合金元素对钢的热处理的影响
6,
对回火转变的影响 合金钢回火脆性示意图
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
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一、合金钢的分类 (按用途 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
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二、合金钢牌号的表示方法 (GB)
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
①化学元素符号,表示钢中所含化学元素种类；
②汉语拼音字母,表示产品名称、用途、冶炼方法等特点，常采用的缩写字母及涵义表；
③阿拉伯数字,表示钢中主要化学元素质量分数或产品的主要性能参数或代号。
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二、合金钢牌号的表示方法 (拼音含义 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
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二、合金钢牌号的表示方法 (拼音含义 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
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二、合金钢牌号的表示方法
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
(拼音＋ )数字＋元素符号＋数字 (＋拼音 )
结构钢,前面数字表示平均含碳量的万分数后面数字表示合金元素的含量
＜ 1.5%不标出,≥1.5%,2.5%,3.5%、
…… 时分别标 2,3,4,…
例 如,40Cr为 0.37~0.45%C,0.8~1.1%Cr
GCr9,Y12中的 G,Y分别表示滚动轴承钢和易切钢。
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二、合金钢牌号的表示方法
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
(拼音＋ )数字＋元素符号＋数字 (＋拼音 )
工具钢,前面数字表示平均含碳量的千分数后面数字表示合金元素的含量
＜ 1.5%不标出,≥1.5%,2.5%,3.5%、
…… 时分别标 2,3,4,……
例 如,9SiCr平均含碳量 0.9%,Si,Cr ＜ 1.5%
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一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢低合金钢,普通碳素结构钢添加合金元素量不超过 5％，一般在 3％以下。
主要用途,桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
特 点,①较高的强度、屈强比、塑、韧性；
②良好的焊接性和冷塑性加工性；
③含有耐大气和海水腐蚀的元素。
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一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢新标准（ GB/T1591-1994） 旧标准 (GB/1591-88) 主要用途
Q295（ A,B） 09MnV,09MnNb09Mn2,12Mn 桥梁,车辆,锅炉,容器
Q345(A～ E)
09MnCuPTi,10MnSiCu、
12MnV
14MnNb,16Mn,16MnRE
桥梁,车辆,压力容器,化工容器,船舶,建筑结构
Q390(A～ E) 10MnPNbRE,15MnV、15MnTi,16MnNb 桥梁,船舶,压力容器,电站设备,起重设备,管道
Q420(A～ E) 15MnVN,14MnVTiRE 大型桥梁,高压容器,大型船舶
Q460(C,D,E) -- 大型重要桥梁,大型船舶第七章 合金钢
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一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢力学性能第七章 合金钢
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二、渗碳钢
§ 3 合金结构钢渗碳钢,经渗碳（或碳氮共渗）
→ 淬火＋低温回火后使用的钢，一般为低碳碳素结构钢 (15,20)和低碳合金结构钢 (如
20CrMnTi)。
用 途,主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。
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二、渗碳钢 (1,性能要求 )
§ 3 合金结构钢
①表层高硬度（ ≥58 HRC） 和高耐磨性；
②心部良好强韧性；
③较好的淬透性以保证渗碳件的心部性能，在高的渗碳温度（ 930℃ ）和长的渗碳时间下奥氏体晶粒长大倾向小，以便于渗碳后直接淬火。
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二、渗碳钢 (2．成分特点 )
§ 3 合金结构钢
① 低 碳,0.1%～ 0.25%,以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷 ；
② 合金元素,主加 Cr,Mn,Ni,B等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加 Mo,W,V,Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。
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二、渗碳钢 (3．热处理特点 )
§ 3 合金结构钢渗碳后 直接淬火 +低温回火,其表层组织为细针状回火高碳马氏体＋粒状碳化物＋少量残余托氏体,硬度一般为 58～ 64HRC； 心部组织依据钢的淬透性不同为铁素体＋屈氏体,或低碳马氏体,硬度 35～ 45HRC，
α κ ≥ 60J/cm2。 由于渗碳的温度高,时间长,故渗碳件的变形较大,零件尺寸精度要求高时应进行磨削精加工 。
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二、渗碳钢 (4.常用渗碳钢 )
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
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二、渗碳钢 (20CrMnTi热处理工艺 )
§ 3 合金结构钢工艺路线：
下料
→ 锻造
→ 正火
→ 齿形加工
→ 渗碳
→ 预冷淬火
→ 低温回火
→ 喷丸
→ 精磨工艺曲线第七章 合金钢
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三、调质钢
§ 3 合金结构钢调质,淬火＋高温回火,得到回火索氏体组织,
从而具有优良的综合力学性能 （ 即强度和韧性的良好配合 ） 的 中碳钢 （ 碳钢与合金钢 ） 即为调质钢,它 主要用于 制造受力复杂 （ 交变应力,
冲击载荷等 ） 的重要零件,如发动机连杆,曲轴,机床主轴等 。
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2009年 7月 19日星期日 31
三、调质钢（ 1.化学成分）
§ 3 合金结构钢碳含量 0.25%～ 0.5%（一般为 0.4%左右）。
合金元素 ① 主加元素 Mn,Si,Cr,Ni,B等，主要作用提高淬透性 ； 次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。② 辅加元素
Mo,W,V等强碳化物形成元素，其中 Mo,W的主要作用是抑制含 Cr,Ni,Mn,Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性； V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化和弥散强化作用。
几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。
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三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢预先热处理 调质钢预先热处理的主要目的是保证零件的切削加工性能，依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行 正火处理 （碳及合金元素含量较低，如 40钢）,退火处理
（碳及合金元素含量较高，如 42CrMo） 甚至 正火＋高温回火 处理（淬透性高的调质钢如
40CrNiMo）。
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2009年 7月 19日星期日 33
三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢最终热处理 即淬火＋高温回火，由于零件 硬度可间接反映强度与韧性,故技术文件上一般仅规定硬度数值，
只有很重要的零件才规定其它力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、
生产批量特点及形状尺寸等因素。
当调质零件还有高耐磨性要求、并希望进一步提高疲劳性能时，可在调质处理后进行渗氮处理、表面淬火强化和表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）。
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2009年 7月 19日星期日 34
三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢回火温度与性能的关系第七章 合金钢
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三、调质钢（ 3.常用调质钢）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 36
三、调质钢（ 4.应用举例 40CrMo）
§ 3 合金结构钢汽缸螺栓性能要求：
b?900N/mm2
s?700N/mm2
HB＝ 300～ 341
12％,50％
αKU?80J/cm2
制作工艺过程：
下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 喷丸第七章 合金钢
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四、弹簧钢
§ 3 合金结构钢弹 簧 钢,专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。
主要作用,通过弹性变形储存能量（即弹性变形功），从而传递力（或能）和机械运动或缓和机械的振动与冲击，如汽车、火车上的各种板弹簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，通常是在长期的交变应力下承受拉压、扭转、弯曲和冲击条件下工作。
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2009年 7月 19日星期日 38
四、弹簧钢
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 39
四、弹簧钢（ 1.性能要求 ）
§ 3 合金结构钢高的弹性极限 σ e和屈强比 σ s/σ b保证优良的弹性性能，
即吸收大量的弹性能而不产生塑性变形；
高的疲劳极限 疲劳是弹簧的最主要破坏形式之一，疲劳性能除与钢的成分结构有关以外，还主要受钢的冶金质量（如非金属夹杂物）和弹簧表面质量 (如脱碳 )
的影响；
足够的塑性和韧性 以防止冲击断裂；
其它性能 良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下工作的耐热性或耐蚀性要求等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 40
四、弹簧钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢碳含量 碳素弹簧钢 0.6～ 0.9%C,合金弹簧钢 0.45～
0.70%C,经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，
能较好地保证弹簧的性能要求。
合金元素 主加元素为 Si,Mn,Cr等，其主要作用是提高淬透性、固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为 Mo,W,V等强碳化物形成元素，主要作用有防止 Si引起的脱碳缺陷,Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性及耐热性等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 41
四、弹簧钢（ 3.热处理特点 ）
§ 3 合金结构钢
（ 1） 热成形弹簧 对截面尺寸＞ 10mm各种大型和形状复杂的弹簧均采用热成形 (如热轧,热卷 ),如汽车,拖拉机,火车的板簧和螺旋弹簧 。 其 加工路线,下料 →
加热压弯或卷绕 → 淬火 → 中温回火 → 喷丸,使用状态组织为回火托氏体 。 喷丸可强化表面并提高弹簧表面质量,显著改善疲劳性能 。 (也可采用等温淬 火获得下贝氏体,或形变热处理,提高弹簧的性能和寿命 )。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 42
四、弹簧钢（ 3.热处理特点 ）
§ 3 合金结构钢
（ 2）冷成形弹簧 截面尺寸＜ 10mm的各种小型弹簧可采用冷成形 (如冷卷、冷轧 )，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉
（轧）强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，
故在其后应进行低温去应力退火（一般 200～
400℃ ）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 43
四、弹簧钢（ 4.常用弹簧钢 ）
§ 3 合金结构钢
（ 1）碳素弹簧钢 价格低但淬透性差，小截面尺寸非重要弹簧用 (65,65Mn)。
（ 2）合金弹簧钢 Si-Mn系弹簧钢和 Cr系弹簧钢。前者淬透性较碳钢高，价格不很昂贵，故应用最广，主要用于截面尺寸不大于 25mm的各类弹簧 (60Si2Mn)。
后者的淬透性较好，综合力学性能高，弹簧表面不易脱碳，但价格相对较高，一般用于截面尺寸较大的重要弹簧 (50CrVA)。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 44
四、弹簧钢（ 4.常用弹簧钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 45
五、滚动轴承钢
§ 3 合金结构钢滚动轴承钢是用于制造各种滚动轴承的 滚动体 （滚珠、滚柱）和 内外套圈的专用钢种，也可用于制作 精密量具,
冷冲模,机床丝杆 及油泵油嘴的精密偶件如 针阀体,柱塞等耐磨件 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 46
五、滚动轴承钢
§ 3 合金结构钢滚珠滚柱第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 47
五、滚动轴承钢（ 1.性能要求 ）
§ 3 合金结构钢滚动轴承要承受高达 3000～ 5000MPa的交变接触应力和极大的摩擦力,还将受到大气,水及润滑剂的浸蚀,其主要损坏形式有接触疲劳 (麻点剥落 ),磨损和腐蚀等 。 性能要求有：
1） 高的接触疲劳极限和弹性极限；
2） 高的硬度和耐磨性；
3）适当的韧性和耐蚀性。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 48
五、滚动轴承钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢高碳 0.95%~1.15%C,保证轴承钢高硬度和高耐磨性；
低铬 0.40%~1.65%Cr,增加钢的淬透性,并形成合金渗碳体 (Fe,Cr)3C提高接触疲劳极限和耐磨性 。
大型轴承 加入 Si,Mn,Mo等元素以进一步提高淬透性和强度；对无铬轴承钢还应加入 V元素,形成 VC以保证耐磨性并细化钢基体晶粒 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 49
五、滚动轴承钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢高纯度,高均匀性统计表明：因原材料质量问题而引起的轴承失效高达 65％,故轴承钢的杂质含量规定很低
(ws＜ 0.020%,wp＜ 0.027%),夹杂物级别应低,
成分和组织均匀性 （ 尤其是碳化物均匀性 ） 应高,这样才能保证轴承钢的高接触疲劳极限和足够的韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 50
五、滚动轴承钢（ 3.热处理 特点 ）
§ 3 合金结构钢
①预先热处理 — 球化退火,以 改善切削加工性并为淬火作组织准备；
②最终热处理 — 淬火低温回火，决定轴承钢的性能，
得到高硬度（ 62~66HRC） 和高耐磨性。
③冷处理 为了较彻底消除 A残 与内应力、稳定组织、提高轴承的尺寸精度，还可在淬火后进行 冷处理 (-
60℃ ~﹣ 80℃ ），在磨削加工后进行低温时效处理等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 51
五、滚动轴承钢（热处理 工艺 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 52
五、滚动轴承钢（ 4.常用轴承钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 53
五、滚动轴承钢（ 4.常用轴承钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 54
六、易切钢
§ 3 合金结构钢易切削钢 是具有优良切削加工性能的专用钢种，它是在钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其它元素形成一种对切削加工有利的夹杂物的作用，从而使切削抗力下降、切屑易断易排、零件表面粗糙度改善且刀具寿命提高。
使用最广的元素是 S,P,Pb,Ca等。
（损害钢的力学性能和压力加工与焊接性能）
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 55
六、易切钢（用途 ）
§ 3 合金结构钢在高效自动机床上进行大批量生产的非重要零件,如 标准件和紧固 件 （ 螺栓,螺母 ）,自行车与照相机零件 。 随着合金易切削钢的研制与应用,汽车工业上的 齿轮和轴类零件 也开始使用这类钢材；如用加 Pb的 20CrMo钢制造齿轮,
可节省加工时间和加工费用达 30％ 以上,显示了采用合金易切削钢的优越性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 56
六、易切钢（成分和性能 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 57
七、超高强度钢
§ 3 合金结构钢超高强度钢：
b?1500MPa或?s?1380MPa
用 途：
制造飞机起落架、机翼大梁、火箭及发动机壳体与武器的炮筒、枪筒、防弹板等。
（结构轻量化，材料有高的比强度和比刚度）
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 58
七、超高强度钢（ 1.低合金超高强度钢 ）
§ 3 合金结构钢碳含量 0.30%～ 0.45%,合金元素 总量 ≤5 ％；
常加入 Ni,Cr,Si,Mn,Mo,V等元素，提高淬透性、回火稳定性和固溶强化。经淬火、低温回火处理后，在回火马氏体（或下贝氏体＋回火马氏体）组织状态使用。
此类钢的生产成本较低、用途广，可制做飞机结构件、固体火箭发动机壳体、炮筒、高压气瓶和高强度螺栓。典型钢种 30CrMnSiNi2A。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 59
七、超高强度钢 （ 2.二次硬化型超高强度钢 ）
§ 3 合金结构钢淬火＋高温回火后，析出特殊合金碳化物达到弥散强化（即二次硬化）的超高强度钢。主要包括两类：
Cr-Mo-V型中碳中合金马氏体热作模具钢（ 4Cr5MoSiV）
和高韧性 Ni-Co型低碳高合金超高强度钢（如
20Ni9Co4Mo1V钢）。
由于是在高温回火状态下使用，故此类钢还具有良好的耐热性。 [中合金超高强度钢 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 60
七、超高强度钢（ 3.马氏体时效钢 ）
§ 3 合金结构钢超低碳高合金 （ Ni,Co,Mo） 超高强度钢,有极佳的强韧性 。 经高温固溶处理 （ 约 820℃ ） 得到高合金的超低碳单相板条马氏体,然后再进行时效处理 （ 480℃
左右 ） 析出金属间化合物 （ 如 Ni3Mo） 起弥散强化作用；
力学性能优良,工艺性能良好,但价格昂贵 。 用于固体火箭发动机壳体,高压气瓶等 。 [高合金超高强度钢 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 61
七、超高强度钢（ 4.超高强度不锈钢 ）
§ 3 合金结构钢在不锈钢基础上发展起来的超高强度不锈钢,具有较高的强度和耐蚀性；依据其组织和强化机制不同,
也可分为 马氏体沉淀硬化不锈钢,半奥氏体沉淀硬化不锈钢 和 马氏体时效不锈钢 等 。 由于其 Cr,Ni合金元素含量较高,故其价格也很昂贵,通常用于对强度和耐蚀性都有很高要求的零件 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 62
七、超高强度钢（ 常用牌号 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 63
工具钢
§ 4 工具钢工具钢,用于制造刃具、模具、量具等各类工具用钢。
分 类,分为刃具钢、模具钢和量具钢三类。
要 求,硬度与耐磨性高于被加工材料，能耐热、耐冲击且具有较长的使用寿命。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 64
一、刃具钢
§ 4 工具钢刃具 是切削加工的工具，包括手用和机用的车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥和板牙等。
在切削过程中，刀刃与工件及切屑之间的摩擦将导致严重的磨损和切削热；刃口局部区域极大的切削力及刀具使用过程中过大的冲击与振动，可能导致刀具崩刃或折断。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 65
一、刃具钢
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 66
一、刃具钢 (1.性能要求 )
§ 4 工具钢
1） 高的硬度 （ 60～ 66HRC） 和耐磨性 。
2） 高的热硬性,即钢在高温下 （ 500～ 600℃ ）
保持高硬度 （ 60HRC左右 ） 的能力,这是高速切削加工刀具必备的性能 。
3） 适当的韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 67
一、刃具钢 (2.碳素工具钢热处理 )
§ 4 工具钢碳素工具钢须经 球化退火预先热处理 以降低硬度
（ <217HBS） 便于切削加工,并为淬火作组织准备；若锻造组织不良 （ 如出现网状碳化物缺陷 ）,则应在球化退火之前先进行正火处理,以消除网状碳化物 。
最终热处理为 淬火＋低温回火 （ 回火温度一般
180～ 200℃ ）,正常组织为隐晶回火马氏体＋细粒状渗碳体及少量残余奥氏体 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 68
一、刃具钢 (2.碳素工具钢的优点 )
§ 4 工具钢成本低,冷热加工工艺性能好,在手用工具和机用低速切削工具上有较广泛的应用；但碳素工具钢的淬透性低,组织稳定性差且无热硬性,综合力学性能 （ 如耐磨性 ） 欠佳,故一般只用做 尺寸不大,形状简单,要求不高的低速切削工具 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 69
一、刃具钢 (2.碳素工具钢的牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 70
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢成分特点 )
§ 4 工具钢在碳素工具钢基础上添加 Si,Mn,Cr,W,Mo、
V等合金元素,以提高工具钢的综合性能 。
合金元素总量一般在 5％ 以下,其主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性,进一步改善刀具的硬度和耐磨性；强碳化物形成元素 (如 W,V等 )所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外,还可细化基体晶粒,改善刀具的强韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 71
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢热处理特点 )
§ 4 工具钢低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，可用于制造尺寸较大、形状较复杂、受力要求较高的各种刀具；但由于其内的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素 (W,Mo,V等 )，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的 工作温度一般不超过 250℃,否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 72
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 73
一、刃具钢 (4.高速钢的性能特点 )
§ 4 工具钢高的热硬性,它可使刀具在高速切削时,刃部温度上升到 600℃,其硬度仍然维持在 55～
60HRC以上；
高硬度和高耐磨性,使切削时刀刃保持锋利
（ 故也称,锋钢,） ；
淬透性优良,在空气中冷却也可得到马氏体 (故又称,风钢,)。 广泛用于尺寸大,形状复杂,
负荷重,工作温度高的各种高速切削刀具 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 74
一、刃具钢 (4.高速钢的成分特点 )
§ 4 工具钢
C0.70%～ 1.5%,强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬度,耐磨性和热硬性； Cr4.0%左右,提高淬透性和回火稳定性,增加钢的抗氧化,耐蚀性和耐磨性,
并有微弱的二次硬化作用； W,Mo产生二次硬化保证钢的热硬性,也有提高淬透性和热稳定性,并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用； V形成细小稳定的 VC
来细化晶粒,同时也有加强热硬性,进一步提高硬度和耐磨性的作用 。 Co,Al是超硬高速钢中的非碳化物形成元素,能进一步提高钢的热硬性和耐磨性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 75
一、刃具钢 (4.高速钢的锻造 )
§ 4 工具钢高速钢属于 莱氏体钢,故铸态组织中有大量的不均匀分布的粗大的 鱼骨状共晶碳化物,难于通过热处理来改善，显著降低钢的强、韧性，引起工具的崩刃和脆断，故要求进行严格的锻造以改善碳化物的形态与分布。其锻造要点有：,两轻一重,— 即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间温度范围要重锻；,两均匀,— 即锻造过程中温度和变形量的均匀性；,反复多向锻造,等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 76
一、刃具钢 (4.高速钢的锻造 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 77
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理 )
§ 4 工具钢球化退火 (预先热处理降低硬度 207～ 255HB)
（?机械加工 ）
淬火
冷处理 (－ 80℃ 左右 )减少残余奥氏体
高温回火 (550～ 570℃ 高温回火 2～ 4次 )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 78
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理工艺 )
§ 4 工具钢
W18Cr4V高速钢 的预备热处理第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 79
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理工艺 )
§ 4 工具钢
W18Cr4V钢 的淬火回火曲线和显微组织第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 80
一、刃具钢 (4.高速钢的硬度与 T回 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 81
一、刃具钢 (4.高速钢的表面强化处理 )
§ 4 工具钢表面强化处理可有效地提高高速钢刀具的切削效率和寿命，因而受到了普遍重视和广泛的应用。可进行的表面强化处理方法很多，常见的主要有：
表面化学热处理（如渗氮）
表面气相沉积 (化学、物理气相沉积 TiN涂层 )
激光表面处理
(刀具寿命可提高百分几十到几倍甚至十倍以上 )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 82
一、刃具钢 (4.高速钢的牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 83
一、刃具钢 (5.硬质合金 )
§ 4 工具钢硬质合金,将特制的高熔点、高硬度的金属碳化物粉末和粘结剂混合、压制成型，
再经过烧结而成的一种粉末冶金材料。
特 点,高硬度（ HRA87-93）,高热硬性
（ 1000℃ ）、切削速度高（高速钢的
4-7倍、寿命提高 5-8倍）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 84
一、刃具钢 (5.硬质合金－钨钴类 )
§ 4 工具钢组成,以 WC粉末和软的 Co粉末制成。
牌号,YG（ 硬钴） YG3— 含 Co3%,其余为 WC
特点,随钴含量的增加韧性增加，
硬度和耐磨性下降用途,加工铸铁、非铁合金、塑料等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 85
一、刃具钢 (5.硬质合金－钨钴钛类 )
§ 4 工具钢组成,以 TiC,WC和 Co的粉末制成。
牌号,YT（ 硬钛） YT5— 含 TiC为 5%，
其余为 WC和 Co
特点,很高的热硬性，抗弯强度与韧性比 YG低用途,加工合金钢、耐热钢等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 86
一、刃具钢 (5.硬质合金－刚结 )
§ 4 工具钢组成,以 TiC,WC和 VC为硬结相、以高速钢或铬钼钢等粉末作为粘结剂，用粉末冶金的方法制成的合金。
牌号,YT（ 硬钛） YT5— 含 TiC为 5%，
其余为 WC和 Co
特点,韧塑性好，能冷热加工，可以整体成形用途,加工合金钢、耐热钢等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 87
一、刃具钢 (5.硬质合金－涂层 )
§ 4 工具钢组成,在高速钢或硬质合金刀具的表面上用气相沉积法涂覆一层耐磨性高的金属化合物。
涂层,TiC,TiN,Al2O3,NbC,HfN,BN等。
特点,硬度高,热硬性高、耐磨性好。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 88
二、模具钢
§ 4 工具钢模具是用于进行压力加工的工具，根据其工作条件及用途不同，常分为 冷作模具,热作模具 和 成形模具 （其中主要是塑料模）等三大类。模具品种繁多，性能要求也多种多样，可用于模具的钢种也很多，如碳素工具钢、（低）
合金工具钢、高速钢、滚动轴承钢，不锈钢和某些结构钢等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 89
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢工作条件与性能要求：
在常温下使金属材料变形成型的模具用钢,工作温度?200～ 300℃ ；模具承受很大的载荷及摩擦,冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度,高耐磨性,高强度和足够的韧性；冷作模具对淬透性,耐磨性尤其是韧性方面的要求更高一些,冷作模具钢应是高碳成分并多在回火马氏体状态下使用 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 90
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢常用冷作模具钢：
碳素工具钢 (T10,T10A)
[尺寸较小的冷作模具钢 ]
低合金工具钢 (9SiCr,9Mn2V)
[中小尺寸模具钢 ]
中、高铬模具钢 (Cr12,Cr12MoV)
[尺寸大、形状复杂、精度高的重载模具 ]
高速钢类模具钢 (W6Mo5Cr4V2,6W6Mo5Cr4V)
[冷、热模具钢均可 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 91
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢冷作模具制作工艺 (Cr12,Cr12MoV)：
下料
锻造
退火
机械加工
淬火
回火
精磨或电火花加工
成品第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 92
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢工作条件与性能要求：
使热态金属 （ 固态或液态 ） 成形的模具用钢 。 热锻模工作部分的温度会升高到 300～ 400℃,热挤压模可达 500～ 800℃,甚至近 1000℃,因交替加热冷却的温度循环产生交变热应力；热作模具常见的失效形式有变形,磨损,开裂和热疲劳等,要求模具钢应具有良好的高温强韧性,高的热疲劳和热磨损抗力,一定的抗氧化性和耐蚀性等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 93
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢常用热作模具钢：
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 94
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢热锻模生产工艺 （ 5CrMnMo）,
下料
锻造
退火
机械加工
淬火
回火
精加工第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 95
三、量具钢
§ 4 工具钢量具是度量工件尺寸形状的工具，是计量的基准，
如卡尺、块规、塞规及千分尺等。由于量具使用过程中常受到工件的摩擦与碰撞，且本身须具备极高的尺寸精度和稳定性，故量具钢应具备以下性能：
1）高硬度（ 58～ 64HRC） 和高耐磨性。
2） 高的尺寸稳定性 （ 要求组织稳定性高 ） 。
3） 一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 96
三、量具钢 (热处理特点 )
§ 4 工具钢
1.淬火加热时进行预热,以减小变形,这对形状复杂的量具更为重要 。
2.在保证力学性能的前提条件下降低淬火温度,尽量不采用等温淬火或分级淬火工艺,减少残余奥氏体的生成 。
3.淬火后立即进行冷处理 (-80℃ )减小残余奥氏体量,
延长回火时间,回火或磨削之后进行长时间的低温时效处理等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 97
特殊性能钢
§ 5 特殊性能钢特殊性能钢是指以某些特殊物理,化学或力学性能为主的钢种,其类型很多,在工程上常用的主要有,
※ 不锈钢
※ 耐热钢
※ 耐磨钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 98
一、不锈钢
§ 5 特殊性能钢不锈钢通常是 不锈钢 （ 耐大气,蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢 ） 和 耐酸钢 （ 耐酸,碱,
盐等强腐蚀介质腐蚀的钢 ） 的统称,全称不锈耐酸钢 。
广泛用于 化工,石油,卫生,食品,建筑,
航空,原子能等行业 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 99
一、不锈钢 (1.金属的腐蚀与防腐 )
§ 5 特殊性能钢化学腐蚀电化学腐蚀第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 100
一、不锈钢 (1.金属的腐蚀与防腐 )
§ 5 特殊性能钢
,多项,易腐蚀，单项不易腐蚀
两相若电极电位接近耐腐蚀 (Cr,Ni提高基体电极电位 )
表面致密的氧化膜也耐腐蚀 (Al2O3,Cr2O3)
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 101
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢不锈钢按其正火组织不同分为五类：
马氏体型；
铁素体型；
奥氏体型；
双相型；
沉淀硬化型；
(奥氏体型不锈钢约占不锈钢总产量的 70％ )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 102
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢铁素体不锈钢：
碳含量 <0.15%,铬含量 12％ ～ 30％,耐蚀性优于马氏体不锈钢 。 Cr是铁素体形成元素,致使此类钢从室温到高温 （ 1000℃ 左右 ） 均为单相铁素体；塑性加工,
切削加工和焊接性较优 。 主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的零件,如耐硝酸,磷酸结构和抗氧化结构 。
常见的铁素体不锈钢有 0Cr13,1Cr17,1Cr28等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 103
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢马氏体不锈钢,碳 0.1%～ 1.0%,铬 12%～ 18%。 此类钢只在氧化性介质中 (如大气,海水,氧化性酸 )耐蚀,
而在非氧化性介质中 (如盐酸,碱溶液等 )耐蚀性很低；
钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低,
钢的强度,硬度和耐磨性则随碳的增加而改善 。
常见的有,低、中碳的 Cr13型（如 1Cr13,2Cr13、
3Cr13,4Cr13） 和高碳的 Cr18型（如 9Cr18,9Cr18MoV
等）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 104
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢奥氏体不锈钢,是在 Cr18Ni8(18-8)基础上发展起来的,低碳 (＜ 0.12％ ),高铬 (＞ 17％ ~25％ )和较高镍 (8％
~29％ ) ；此类钢具有最佳的耐蚀性,但相应地价格也较高；优良的低温韧性,高的加工硬化能力,耐热性和无磁性,其冷塑性加工性和焊接性能较好 。
以 Cr18Ni8普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有
1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti及 0Cr18Ni9等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 105
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 106
二、耐热钢
§ 5 特殊性能钢在 高温下 具有高的 热化学稳定性 和 热强性 的特殊钢称之为耐热钢。
广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 107
高温力学性能指标有：
① 蠕变极限,材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力； 以 表示
700℃ 下经 1000h产生 0.2%残余变形量的最大应力。
② 持久强度,材料在高温长期载荷下对断裂的抗力 ；以 表示在 500℃ 下经 10000h发生断裂的应力值。
二、耐热钢（性能指标）
§ 5 特殊性能钢
700 1000/2.0?
50010000?
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 108
①常用 Cr,Al,Si抗氧化性元素在钢表面生成致密稳定连续而牢固的 Cr2O3,Al2O3,SiO2氧化膜，但 Al,Si
明显增加钢的脆性，常与 Cr一起加入；当 Cr达 5％ 时，
工作温度达 600～ 650℃,达 28％ 时，工作温度可达
1100℃ 。
②微量稀土 (RE)元素如钇 (Y),镧 (La)等，能防止高温晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。
③金属表面渗 Cr,Al,Si也有效提高钢抗氧化性。
二、耐热钢（提高热强性 _抗氧化性 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 109
①基体固溶强化元素 Cr,Ni,W,Mo等，形成单相组织并提高再结晶温度。
②第二相沉淀强化元素 V,Ti,Nb,Al等,形成细小弥散分布的稳定碳化物 (VC,TiC,NbC)或稳定性更高的金属间化合物 (Ni3Ti,Ni3Nb,Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。
③微量晶界强化元素硼 (B)与稀土 (RE)元素，起净化晶界或填充晶界空位的作用。
二、耐热钢（提高热强性 _热强性 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 110
组织为 细片 P＋ F，在 600℃ 以下工作 的热工动力机械和石油化工设备。碳 0.10%～ 0.40%； 耐热性合金 Cr,Mo、
W,V,Ti,Nb等强化铁素体并防止碳化物的球化聚集长大以保证热强性。 ①低碳 12CrMo,15CrMoV,优良的冷热加工性能，主要用 做锅炉管线等，正火后使用。
②中碳 35CrMo,35CrMoV，调质后使用，具有优良的高温综合力学性能，主要用做耐热的紧固件和汽轮机转子。
二、耐热钢（常用耐热钢 _珠光体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 111
空冷形成马氏体＋高温回火状态下使用：
①低碳高铬型,Cr13型不锈钢加入 Mo,W,V,Ti,Nb等元素而形成，牌号有 1Cr11MoV,1Cr12WMoV等,因这种钢还有优良的消振性，最适宜制造工作温度在 600℃ 以下的汽轮叶片，故又称 叶片钢 。
②中碳铬硅钢,4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等,既有良好的高温抗氧化性和热强性，还有较高的硬度和耐磨性，最适合于制造工作温度在 750℃ 以下的发动机排气阀，故又称 气阀钢 。
二、耐热钢（常用耐热钢 _马氏体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 112
在奥氏体不锈钢的基础上＋ W,Mo,V,Ti,Nb,Al
等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳化物或金属间化合物。具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热强性和抗氧化性，此外还有高的塑性、韧性及良好可焊性、
冷塑性成形性。
常用 1Cr18Ni12Ti,4Cr14Ni14W2Mo等，用于工作 高达 800℃ 的各类 紧固件与汽轮机叶片、发动机气阀,使用状态为固溶处理状态或时效处理状态。
二、耐热钢（常用耐热钢 _奥氏体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 113
航空、航天工业的喷气式发动机在 800℃ 以上 的高温下长期承受一定的载荷工作，耐热钢已不能满足抗氧化性尤其是热强性要求，此时便应采用高温合金，它包括铁基、镍基、钴基 。
1.铁基高温合金 工作温度 800～ 900℃ 的零件，使用状态为固溶或固溶＋时效。常用牌号如 GH1131,Cr20
％,Ni28%,W5％,Mo4％ 左右。
2.镍基高温合金 基本性能类似于铁基高温合金，但热强性和组织稳定性稍优；但价格昂贵。如 GH3030，
Cr20％,微量的 Ti,Al等元素。
二、耐热钢（常用耐热钢 _高温合金 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 114
耐磨钢：
用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，目前尚未形成独立的钢类；广义上，高碳工具钢、一部分结构钢（主要是硅、锰结构钢）及合金铸钢均可用于制造耐磨零件，其中最重要的是 高锰耐磨钢 。
三、耐磨钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 115
三、耐磨钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 116
化学成分,高碳 (0.9%~1.5%),高锰 (11％ ~14％ )。
铸态组织,粗大 A＋ Fe3C网,脆性大，不直接使用。
固溶处理,（ 1060~1100℃ 快速水冷）后可得到单相 A,此时韧性很高 (故又称,水韧处理,)。
加工硬化,(A→M) 形成硬 (＞ 500HBW)而耐磨的表面层 (10~20mm),心部仍为高韧性的 A。
主要用途,坦克、拖拉机、挖掘机的履带板、破碎机衬板、铁路道岔等 。
三、耐磨钢（高锰钢）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 117
用于工作温度低于 0℃ （－ 40℃ ）的零件的钢种，广泛用于钢铁冶金、化工、冷冻设备、液体燃料的制备与贮运装置、海洋工程与极地机械设施等。
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 118
（一）性能要求
1.冷脆转变温度低,低温冲击韧度高；
2.一定的强度及对所接触介质的耐蚀性；
3.优良的焊接性能与冷塑性成形性能；
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 119
（二） 成分与组织特点
1,低碳 一般 wc＜ 0.20%。
2,Mn,Ni对低温韧性有利,Ni最明显； V,Ti,Nb、
Al可细化晶粒而进一步改善低温韧性 。
3,严格控制损害韧性的 P,Si等元素含量 。
4,面心立方结构 （ 如奥氏体钢,铝,铜金属 ） 的低温韧性良好 。
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 120
（ 三 ） 低温钢的种类与常用钢号按其使用温度等级,组织类型或主要化学成分不同来进行分类四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 121
§ 3 合金结构钢在南极低温超过了－ 50℃; 液化气；
温度降低，冲击韧性降低；一般 18-8不锈钢、高 Mn
钢及 Cu,Al等面心结构材料在低温下不易脆化。
中国低温钢,16Mn,09Mn2V,09MnTiCuRE,06MnNb、
06AlCu,06AlNbCuN,20Mn23Al,15Mn26Al4
国外低温钢：
① 大于－ 42℃ 低碳（ ≤0.25% ） +Si-Mn 正火后使用
② － 42～－ 196℃ 低碳（ 0.17～ 0.21％）、低（中）
镍钢，正火或淬火＋回火
③ － 196～－ 296℃ 奥氏体不锈钢四、低温钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 122
§ 3 合金结构钢液化气 沸点（ ℃ ） 适用钢种（％）
氨丙烷
-33.4
-42.1 C≤0.25,Si0.5~0.3,Mn0.85~1.20
丙烯硫化氢
-47.7
-61.0
C≤0.25,Ni2.5；
09Mn2V,09MnTiCuRE
二氧化碳乙炔乙烷
-78.5
-84.0
-88.8
C≤0.25,Ni3.5；
06MnNb（ -90℃ ）
乙烯甲烷氧氮
-103.8
-161.5
-151.0
-195.8
C≤0.25,Ni9；
06AlCu,06AlNbCuN（ -120℃ ）
20Mn23Al （ -196℃ ）
15Mn17Al12CuV （ -196℃ ）
氢氦
-252.8
-269.0
18-8,15Mn26Al4 （ -253℃ ）
07Cr21Mn7Ni5N （ -269℃ ）
四、低温钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 123
课后作业：
P12 (Ch6) 第 1题、第 5题
P13 (Ch6) 第 10题、第 14题、第 19题、
作 业第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 124
课内作业：
课内作业：
1、比较高速钢和硬质合金的优缺点。
2、指出下列特殊性能钢的类别和用途：
① 3Cr13 ② 0Cr18Ni9
③ ZGMn13 ④ 12CrMoV
作 业第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 125
1,硫在钢中的存在形式,分析它在钢中的可能作用 。
2、为自行车零件选择其合适材料：
①链条；②座位弹簧；③大梁；④链条罩。
3,某厂原用 45MnSiV生产高强韧性钢筋,现有 15、
25MnSi,65Mn,9SiCr钢,试问这四种钢中有无可代替上述 45MnSiV钢筋的材料？ 若有应怎样进行热处理？ 其代用的理论依据是什么？
4,试比较 T9,9SiCr,W6Mo5Cr4V2作为切削刀具材料的热处理,力学性能特点及适用范围,并由此得出一般性结论 。
习 题第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 126
知识本身没有力量只有化为行动才有力量第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 127
知道不等于得到
人生最大的问题是：
知道的太多，而做的太少；
知道不等于悟到；
悟到不等于做到；
做到不等于得到；
2009年 7月 19日星期日 1
合金钢
§ 1 合金元素在钢中的作用
§ 2 合金钢的分类和编号方法
§ 3 合金结构钢
§ 4 工具钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 2
绪论碳钢 性能较好、容易加工、成本低廉，工程上应用最广、使用量最大（ 90%）；
碳钢缺点 淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能（如耐热、
耐蚀）等；
合金钢 有意加入合金元素，克服了碳钢使用性能的不足，从而可在重要或某些特殊场合下使用。
20钢,σ b≥410N/mm 2
16Mn,σ b≥520N/mm 2（ Mn1.2～ 1.6％）
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 3
常用合金元素,Mn,Si,Cr,Mo,W,V、
Ti,Nb,Zr,Ni,RE(稀土 )
合金元素分类 （根据与碳亲和力的大小）：
强碳化物形成元素,Mo,W,Fe、
V,Ti,Nb,Zr
弱碳化物形成元素,Mn,Cr
非碳化物形成元素,Si,Cu,Co、
Ni,Al,N,B
§ 1 合金元素在钢中的作用
合金元素对钢的相变、组织和性能的影响都取决于它们与钢中的 Fe或 C的相互作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 4
一、合金元素对钢中基本相的影响
钢中的基本相,F,Fe3C
钢中合金元素的存在方式：
固 溶：合金铁素体
合金渗碳体,(Fe,Mn)3C,(Fe,W)3C
合金碳化物,VC,TiC,WC、
MoC,Cr7C3,Cr23C6
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 5
合金元素对钢的力学性能的影响合金元素对铁素体性能的影响 (退火状态 )
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 6
二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
扩大奥氏体区：
C,N,Co、
Ni,Mn,Cu
奥氏体形成元素 Mn
对相图的影响：
低温、低碳
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 7
二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
缩小奥氏体区：
Cr,Mo,W、
V,Ti,Si,Al
铁素体形成元素 Cr
对铁碳合金相图的影响,高温、低碳
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 8
二、合金元素对 Fe-C合金相图的影响
（点、线、区）
使 S,E点的含碳量降低（共析温度、成分）
727℃
缩小 γ区扩大 γ区
0.77％
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 9
三、合金元素对钢的热处理的影响
1,
对加热时奥氏体化的影响
对形成 A速度的影响 (由 C来控制 )
Co,Ni加速扩散
Mo,W,V,Ti阻碍扩散
对 A晶粒度的影响
P,Mn促进
Ti,Nb,V强烈阻碍 (AlN)
W,Mo,Cr有一定阻碍作用
Si,Ni,Co,Cu影响不大
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 10
三、合金元素对钢的热处理的影响
2,对过冷奥氏体分解过程的影响等温转变 C曲线的位置与形状：
非 (弱 )碳化物形成元素,Ni,Si,Mn,
Cu溶入奥氏体、增大稳定性，使 C曲线右移,Ms点降低
碳化物形成元素,V,W,Mo、
Cr,Ti不仅使 C曲线右移，而且分离成两个“鼻子”
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 11
三、合金元素对钢的热处理的影响
3,合金元素对
C曲线的影响
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 12
三、合金元素对钢的热处理的影响
4,对过冷奥氏体 Ms、
A残 的影响合金元素对 Ms点的影响 对残余奥氏体的影响
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 13
三、合金元素对钢的热处理的影响
5,
对回火转变的影响
提高钢的回火稳定性,Cr Mo W V Nb Si
产生二次硬化,Mo W V Ti在 500~600℃
回火时硬度升高
回火脆性,
第一类,250~400℃ 不可逆第二类,500~600℃ 可逆 (Cr Mn Ni)
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 14
三、合金元素对钢的热处理的影响
6,
对回火转变的影响 合金钢回火脆性示意图
§ 1 合金元素在钢中的作用第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 15
一、合金钢的分类 (按用途 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 16
二、合金钢牌号的表示方法 (GB)
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
①化学元素符号,表示钢中所含化学元素种类；
②汉语拼音字母,表示产品名称、用途、冶炼方法等特点，常采用的缩写字母及涵义表；
③阿拉伯数字,表示钢中主要化学元素质量分数或产品的主要性能参数或代号。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 17
二、合金钢牌号的表示方法 (拼音含义 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 18
二、合金钢牌号的表示方法 (拼音含义 )
§ 2 合金钢的分类和编号方法第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 19
二、合金钢牌号的表示方法
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
(拼音＋ )数字＋元素符号＋数字 (＋拼音 )
结构钢,前面数字表示平均含碳量的万分数后面数字表示合金元素的含量
＜ 1.5%不标出,≥1.5%,2.5%,3.5%、
…… 时分别标 2,3,4,…
例 如,40Cr为 0.37~0.45%C,0.8~1.1%Cr
GCr9,Y12中的 G,Y分别表示滚动轴承钢和易切钢。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 20
二、合金钢牌号的表示方法
§ 2 合金钢的分类和编号方法
GB221-79规定，由三大部分相结合组成：
(拼音＋ )数字＋元素符号＋数字 (＋拼音 )
工具钢,前面数字表示平均含碳量的千分数后面数字表示合金元素的含量
＜ 1.5%不标出,≥1.5%,2.5%,3.5%、
…… 时分别标 2,3,4,……
例 如,9SiCr平均含碳量 0.9%,Si,Cr ＜ 1.5%
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 21
一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢低合金钢,普通碳素结构钢添加合金元素量不超过 5％，一般在 3％以下。
主要用途,桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
特 点,①较高的强度、屈强比、塑、韧性；
②良好的焊接性和冷塑性加工性；
③含有耐大气和海水腐蚀的元素。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 22
一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢新标准（ GB/T1591-1994） 旧标准 (GB/1591-88) 主要用途
Q295（ A,B） 09MnV,09MnNb09Mn2,12Mn 桥梁,车辆,锅炉,容器
Q345(A～ E)
09MnCuPTi,10MnSiCu、
12MnV
14MnNb,16Mn,16MnRE
桥梁,车辆,压力容器,化工容器,船舶,建筑结构
Q390(A～ E) 10MnPNbRE,15MnV、15MnTi,16MnNb 桥梁,船舶,压力容器,电站设备,起重设备,管道
Q420(A～ E) 15MnVN,14MnVTiRE 大型桥梁,高压容器,大型船舶
Q460(C,D,E) -- 大型重要桥梁,大型船舶第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 23
一、普通低合金钢 HSLA
（ High Strength,Low Alloy Steel）
§ 3 合金结构钢力学性能第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 24
二、渗碳钢
§ 3 合金结构钢渗碳钢,经渗碳（或碳氮共渗）
→ 淬火＋低温回火后使用的钢，一般为低碳碳素结构钢 (15,20)和低碳合金结构钢 (如
20CrMnTi)。
用 途,主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 25
二、渗碳钢 (1,性能要求 )
§ 3 合金结构钢
①表层高硬度（ ≥58 HRC） 和高耐磨性；
②心部良好强韧性；
③较好的淬透性以保证渗碳件的心部性能，在高的渗碳温度（ 930℃ ）和长的渗碳时间下奥氏体晶粒长大倾向小，以便于渗碳后直接淬火。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 26
二、渗碳钢 (2．成分特点 )
§ 3 合金结构钢
① 低 碳,0.1%～ 0.25%,以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷 ；
② 合金元素,主加 Cr,Mn,Ni,B等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加 Mo,W,V,Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 27
二、渗碳钢 (3．热处理特点 )
§ 3 合金结构钢渗碳后 直接淬火 +低温回火,其表层组织为细针状回火高碳马氏体＋粒状碳化物＋少量残余托氏体,硬度一般为 58～ 64HRC； 心部组织依据钢的淬透性不同为铁素体＋屈氏体,或低碳马氏体,硬度 35～ 45HRC，
α κ ≥ 60J/cm2。 由于渗碳的温度高,时间长,故渗碳件的变形较大,零件尺寸精度要求高时应进行磨削精加工 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 28
二、渗碳钢 (4.常用渗碳钢 )
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 29
二、渗碳钢 (20CrMnTi热处理工艺 )
§ 3 合金结构钢工艺路线：
下料
→ 锻造
→ 正火
→ 齿形加工
→ 渗碳
→ 预冷淬火
→ 低温回火
→ 喷丸
→ 精磨工艺曲线第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 30
三、调质钢
§ 3 合金结构钢调质,淬火＋高温回火,得到回火索氏体组织,
从而具有优良的综合力学性能 （ 即强度和韧性的良好配合 ） 的 中碳钢 （ 碳钢与合金钢 ） 即为调质钢,它 主要用于 制造受力复杂 （ 交变应力,
冲击载荷等 ） 的重要零件,如发动机连杆,曲轴,机床主轴等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 31
三、调质钢（ 1.化学成分）
§ 3 合金结构钢碳含量 0.25%～ 0.5%（一般为 0.4%左右）。
合金元素 ① 主加元素 Mn,Si,Cr,Ni,B等，主要作用提高淬透性 ； 次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。② 辅加元素
Mo,W,V等强碳化物形成元素，其中 Mo,W的主要作用是抑制含 Cr,Ni,Mn,Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性； V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化和弥散强化作用。
几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 32
三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢预先热处理 调质钢预先热处理的主要目的是保证零件的切削加工性能，依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行 正火处理 （碳及合金元素含量较低，如 40钢）,退火处理
（碳及合金元素含量较高，如 42CrMo） 甚至 正火＋高温回火 处理（淬透性高的调质钢如
40CrNiMo）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 33
三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢最终热处理 即淬火＋高温回火，由于零件 硬度可间接反映强度与韧性,故技术文件上一般仅规定硬度数值，
只有很重要的零件才规定其它力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、
生产批量特点及形状尺寸等因素。
当调质零件还有高耐磨性要求、并希望进一步提高疲劳性能时，可在调质处理后进行渗氮处理、表面淬火强化和表面形变强化（如曲轴轴颈的滚压强化）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 34
三、调质钢（ 2.热处理特点）
§ 3 合金结构钢回火温度与性能的关系第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 35
三、调质钢（ 3.常用调质钢）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 36
三、调质钢（ 4.应用举例 40CrMo）
§ 3 合金结构钢汽缸螺栓性能要求：
b?900N/mm2
s?700N/mm2
HB＝ 300～ 341
12％,50％
αKU?80J/cm2
制作工艺过程：
下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 喷丸第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 37
四、弹簧钢
§ 3 合金结构钢弹 簧 钢,专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。
主要作用,通过弹性变形储存能量（即弹性变形功），从而传递力（或能）和机械运动或缓和机械的振动与冲击，如汽车、火车上的各种板弹簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，通常是在长期的交变应力下承受拉压、扭转、弯曲和冲击条件下工作。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 38
四、弹簧钢
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 39
四、弹簧钢（ 1.性能要求 ）
§ 3 合金结构钢高的弹性极限 σ e和屈强比 σ s/σ b保证优良的弹性性能，
即吸收大量的弹性能而不产生塑性变形；
高的疲劳极限 疲劳是弹簧的最主要破坏形式之一，疲劳性能除与钢的成分结构有关以外，还主要受钢的冶金质量（如非金属夹杂物）和弹簧表面质量 (如脱碳 )
的影响；
足够的塑性和韧性 以防止冲击断裂；
其它性能 良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下工作的耐热性或耐蚀性要求等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 40
四、弹簧钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢碳含量 碳素弹簧钢 0.6～ 0.9%C,合金弹簧钢 0.45～
0.70%C,经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，
能较好地保证弹簧的性能要求。
合金元素 主加元素为 Si,Mn,Cr等，其主要作用是提高淬透性、固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为 Mo,W,V等强碳化物形成元素，主要作用有防止 Si引起的脱碳缺陷,Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性及耐热性等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 41
四、弹簧钢（ 3.热处理特点 ）
§ 3 合金结构钢
（ 1） 热成形弹簧 对截面尺寸＞ 10mm各种大型和形状复杂的弹簧均采用热成形 (如热轧,热卷 ),如汽车,拖拉机,火车的板簧和螺旋弹簧 。 其 加工路线,下料 →
加热压弯或卷绕 → 淬火 → 中温回火 → 喷丸,使用状态组织为回火托氏体 。 喷丸可强化表面并提高弹簧表面质量,显著改善疲劳性能 。 (也可采用等温淬 火获得下贝氏体,或形变热处理,提高弹簧的性能和寿命 )。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 42
四、弹簧钢（ 3.热处理特点 ）
§ 3 合金结构钢
（ 2）冷成形弹簧 截面尺寸＜ 10mm的各种小型弹簧可采用冷成形 (如冷卷、冷轧 )，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉
（轧）强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，
故在其后应进行低温去应力退火（一般 200～
400℃ ）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 43
四、弹簧钢（ 4.常用弹簧钢 ）
§ 3 合金结构钢
（ 1）碳素弹簧钢 价格低但淬透性差，小截面尺寸非重要弹簧用 (65,65Mn)。
（ 2）合金弹簧钢 Si-Mn系弹簧钢和 Cr系弹簧钢。前者淬透性较碳钢高，价格不很昂贵，故应用最广，主要用于截面尺寸不大于 25mm的各类弹簧 (60Si2Mn)。
后者的淬透性较好，综合力学性能高，弹簧表面不易脱碳，但价格相对较高，一般用于截面尺寸较大的重要弹簧 (50CrVA)。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 44
四、弹簧钢（ 4.常用弹簧钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 45
五、滚动轴承钢
§ 3 合金结构钢滚动轴承钢是用于制造各种滚动轴承的 滚动体 （滚珠、滚柱）和 内外套圈的专用钢种，也可用于制作 精密量具,
冷冲模,机床丝杆 及油泵油嘴的精密偶件如 针阀体,柱塞等耐磨件 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 46
五、滚动轴承钢
§ 3 合金结构钢滚珠滚柱第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 47
五、滚动轴承钢（ 1.性能要求 ）
§ 3 合金结构钢滚动轴承要承受高达 3000～ 5000MPa的交变接触应力和极大的摩擦力,还将受到大气,水及润滑剂的浸蚀,其主要损坏形式有接触疲劳 (麻点剥落 ),磨损和腐蚀等 。 性能要求有：
1） 高的接触疲劳极限和弹性极限；
2） 高的硬度和耐磨性；
3）适当的韧性和耐蚀性。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 48
五、滚动轴承钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢高碳 0.95%~1.15%C,保证轴承钢高硬度和高耐磨性；
低铬 0.40%~1.65%Cr,增加钢的淬透性,并形成合金渗碳体 (Fe,Cr)3C提高接触疲劳极限和耐磨性 。
大型轴承 加入 Si,Mn,Mo等元素以进一步提高淬透性和强度；对无铬轴承钢还应加入 V元素,形成 VC以保证耐磨性并细化钢基体晶粒 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 49
五、滚动轴承钢（ 2.成分特点 ）
§ 3 合金结构钢高纯度,高均匀性统计表明：因原材料质量问题而引起的轴承失效高达 65％,故轴承钢的杂质含量规定很低
(ws＜ 0.020%,wp＜ 0.027%),夹杂物级别应低,
成分和组织均匀性 （ 尤其是碳化物均匀性 ） 应高,这样才能保证轴承钢的高接触疲劳极限和足够的韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 50
五、滚动轴承钢（ 3.热处理 特点 ）
§ 3 合金结构钢
①预先热处理 — 球化退火,以 改善切削加工性并为淬火作组织准备；
②最终热处理 — 淬火低温回火，决定轴承钢的性能，
得到高硬度（ 62~66HRC） 和高耐磨性。
③冷处理 为了较彻底消除 A残 与内应力、稳定组织、提高轴承的尺寸精度，还可在淬火后进行 冷处理 (-
60℃ ~﹣ 80℃ ），在磨削加工后进行低温时效处理等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 51
五、滚动轴承钢（热处理 工艺 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 52
五、滚动轴承钢（ 4.常用轴承钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 53
五、滚动轴承钢（ 4.常用轴承钢 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 54
六、易切钢
§ 3 合金结构钢易切削钢 是具有优良切削加工性能的专用钢种，它是在钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其它元素形成一种对切削加工有利的夹杂物的作用，从而使切削抗力下降、切屑易断易排、零件表面粗糙度改善且刀具寿命提高。
使用最广的元素是 S,P,Pb,Ca等。
（损害钢的力学性能和压力加工与焊接性能）
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 55
六、易切钢（用途 ）
§ 3 合金结构钢在高效自动机床上进行大批量生产的非重要零件,如 标准件和紧固 件 （ 螺栓,螺母 ）,自行车与照相机零件 。 随着合金易切削钢的研制与应用,汽车工业上的 齿轮和轴类零件 也开始使用这类钢材；如用加 Pb的 20CrMo钢制造齿轮,
可节省加工时间和加工费用达 30％ 以上,显示了采用合金易切削钢的优越性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 56
六、易切钢（成分和性能 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 57
七、超高强度钢
§ 3 合金结构钢超高强度钢：
b?1500MPa或?s?1380MPa
用 途：
制造飞机起落架、机翼大梁、火箭及发动机壳体与武器的炮筒、枪筒、防弹板等。
（结构轻量化，材料有高的比强度和比刚度）
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 58
七、超高强度钢（ 1.低合金超高强度钢 ）
§ 3 合金结构钢碳含量 0.30%～ 0.45%,合金元素 总量 ≤5 ％；
常加入 Ni,Cr,Si,Mn,Mo,V等元素，提高淬透性、回火稳定性和固溶强化。经淬火、低温回火处理后，在回火马氏体（或下贝氏体＋回火马氏体）组织状态使用。
此类钢的生产成本较低、用途广，可制做飞机结构件、固体火箭发动机壳体、炮筒、高压气瓶和高强度螺栓。典型钢种 30CrMnSiNi2A。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 59
七、超高强度钢 （ 2.二次硬化型超高强度钢 ）
§ 3 合金结构钢淬火＋高温回火后，析出特殊合金碳化物达到弥散强化（即二次硬化）的超高强度钢。主要包括两类：
Cr-Mo-V型中碳中合金马氏体热作模具钢（ 4Cr5MoSiV）
和高韧性 Ni-Co型低碳高合金超高强度钢（如
20Ni9Co4Mo1V钢）。
由于是在高温回火状态下使用，故此类钢还具有良好的耐热性。 [中合金超高强度钢 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 60
七、超高强度钢（ 3.马氏体时效钢 ）
§ 3 合金结构钢超低碳高合金 （ Ni,Co,Mo） 超高强度钢,有极佳的强韧性 。 经高温固溶处理 （ 约 820℃ ） 得到高合金的超低碳单相板条马氏体,然后再进行时效处理 （ 480℃
左右 ） 析出金属间化合物 （ 如 Ni3Mo） 起弥散强化作用；
力学性能优良,工艺性能良好,但价格昂贵 。 用于固体火箭发动机壳体,高压气瓶等 。 [高合金超高强度钢 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 61
七、超高强度钢（ 4.超高强度不锈钢 ）
§ 3 合金结构钢在不锈钢基础上发展起来的超高强度不锈钢,具有较高的强度和耐蚀性；依据其组织和强化机制不同,
也可分为 马氏体沉淀硬化不锈钢,半奥氏体沉淀硬化不锈钢 和 马氏体时效不锈钢 等 。 由于其 Cr,Ni合金元素含量较高,故其价格也很昂贵,通常用于对强度和耐蚀性都有很高要求的零件 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 62
七、超高强度钢（ 常用牌号 ）
§ 3 合金结构钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 63
工具钢
§ 4 工具钢工具钢,用于制造刃具、模具、量具等各类工具用钢。
分 类,分为刃具钢、模具钢和量具钢三类。
要 求,硬度与耐磨性高于被加工材料，能耐热、耐冲击且具有较长的使用寿命。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 64
一、刃具钢
§ 4 工具钢刃具 是切削加工的工具，包括手用和机用的车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥和板牙等。
在切削过程中，刀刃与工件及切屑之间的摩擦将导致严重的磨损和切削热；刃口局部区域极大的切削力及刀具使用过程中过大的冲击与振动，可能导致刀具崩刃或折断。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 65
一、刃具钢
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 66
一、刃具钢 (1.性能要求 )
§ 4 工具钢
1） 高的硬度 （ 60～ 66HRC） 和耐磨性 。
2） 高的热硬性,即钢在高温下 （ 500～ 600℃ ）
保持高硬度 （ 60HRC左右 ） 的能力,这是高速切削加工刀具必备的性能 。
3） 适当的韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 67
一、刃具钢 (2.碳素工具钢热处理 )
§ 4 工具钢碳素工具钢须经 球化退火预先热处理 以降低硬度
（ <217HBS） 便于切削加工,并为淬火作组织准备；若锻造组织不良 （ 如出现网状碳化物缺陷 ）,则应在球化退火之前先进行正火处理,以消除网状碳化物 。
最终热处理为 淬火＋低温回火 （ 回火温度一般
180～ 200℃ ）,正常组织为隐晶回火马氏体＋细粒状渗碳体及少量残余奥氏体 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 68
一、刃具钢 (2.碳素工具钢的优点 )
§ 4 工具钢成本低,冷热加工工艺性能好,在手用工具和机用低速切削工具上有较广泛的应用；但碳素工具钢的淬透性低,组织稳定性差且无热硬性,综合力学性能 （ 如耐磨性 ） 欠佳,故一般只用做 尺寸不大,形状简单,要求不高的低速切削工具 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 69
一、刃具钢 (2.碳素工具钢的牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 70
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢成分特点 )
§ 4 工具钢在碳素工具钢基础上添加 Si,Mn,Cr,W,Mo、
V等合金元素,以提高工具钢的综合性能 。
合金元素总量一般在 5％ 以下,其主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性,进一步改善刀具的硬度和耐磨性；强碳化物形成元素 (如 W,V等 )所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外,还可细化基体晶粒,改善刀具的强韧性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 71
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢热处理特点 )
§ 4 工具钢低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，可用于制造尺寸较大、形状较复杂、受力要求较高的各种刀具；但由于其内的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素 (W,Mo,V等 )，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的 工作温度一般不超过 250℃,否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 72
一、刃具钢 (3.低合金刃具钢牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 73
一、刃具钢 (4.高速钢的性能特点 )
§ 4 工具钢高的热硬性,它可使刀具在高速切削时,刃部温度上升到 600℃,其硬度仍然维持在 55～
60HRC以上；
高硬度和高耐磨性,使切削时刀刃保持锋利
（ 故也称,锋钢,） ；
淬透性优良,在空气中冷却也可得到马氏体 (故又称,风钢,)。 广泛用于尺寸大,形状复杂,
负荷重,工作温度高的各种高速切削刀具 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 74
一、刃具钢 (4.高速钢的成分特点 )
§ 4 工具钢
C0.70%～ 1.5%,强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬度,耐磨性和热硬性； Cr4.0%左右,提高淬透性和回火稳定性,增加钢的抗氧化,耐蚀性和耐磨性,
并有微弱的二次硬化作用； W,Mo产生二次硬化保证钢的热硬性,也有提高淬透性和热稳定性,并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用； V形成细小稳定的 VC
来细化晶粒,同时也有加强热硬性,进一步提高硬度和耐磨性的作用 。 Co,Al是超硬高速钢中的非碳化物形成元素,能进一步提高钢的热硬性和耐磨性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 75
一、刃具钢 (4.高速钢的锻造 )
§ 4 工具钢高速钢属于 莱氏体钢,故铸态组织中有大量的不均匀分布的粗大的 鱼骨状共晶碳化物,难于通过热处理来改善，显著降低钢的强、韧性，引起工具的崩刃和脆断，故要求进行严格的锻造以改善碳化物的形态与分布。其锻造要点有：,两轻一重,— 即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间温度范围要重锻；,两均匀,— 即锻造过程中温度和变形量的均匀性；,反复多向锻造,等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 76
一、刃具钢 (4.高速钢的锻造 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 77
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理 )
§ 4 工具钢球化退火 (预先热处理降低硬度 207～ 255HB)
（?机械加工 ）
淬火
冷处理 (－ 80℃ 左右 )减少残余奥氏体
高温回火 (550～ 570℃ 高温回火 2～ 4次 )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 78
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理工艺 )
§ 4 工具钢
W18Cr4V高速钢 的预备热处理第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 79
一、刃具钢 (4.高速钢的热处理工艺 )
§ 4 工具钢
W18Cr4V钢 的淬火回火曲线和显微组织第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 80
一、刃具钢 (4.高速钢的硬度与 T回 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 81
一、刃具钢 (4.高速钢的表面强化处理 )
§ 4 工具钢表面强化处理可有效地提高高速钢刀具的切削效率和寿命，因而受到了普遍重视和广泛的应用。可进行的表面强化处理方法很多，常见的主要有：
表面化学热处理（如渗氮）
表面气相沉积 (化学、物理气相沉积 TiN涂层 )
激光表面处理
(刀具寿命可提高百分几十到几倍甚至十倍以上 )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 82
一、刃具钢 (4.高速钢的牌号 )
§ 4 工具钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 83
一、刃具钢 (5.硬质合金 )
§ 4 工具钢硬质合金,将特制的高熔点、高硬度的金属碳化物粉末和粘结剂混合、压制成型，
再经过烧结而成的一种粉末冶金材料。
特 点,高硬度（ HRA87-93）,高热硬性
（ 1000℃ ）、切削速度高（高速钢的
4-7倍、寿命提高 5-8倍）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 84
一、刃具钢 (5.硬质合金－钨钴类 )
§ 4 工具钢组成,以 WC粉末和软的 Co粉末制成。
牌号,YG（ 硬钴） YG3— 含 Co3%,其余为 WC
特点,随钴含量的增加韧性增加，
硬度和耐磨性下降用途,加工铸铁、非铁合金、塑料等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 85
一、刃具钢 (5.硬质合金－钨钴钛类 )
§ 4 工具钢组成,以 TiC,WC和 Co的粉末制成。
牌号,YT（ 硬钛） YT5— 含 TiC为 5%，
其余为 WC和 Co
特点,很高的热硬性，抗弯强度与韧性比 YG低用途,加工合金钢、耐热钢等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 86
一、刃具钢 (5.硬质合金－刚结 )
§ 4 工具钢组成,以 TiC,WC和 VC为硬结相、以高速钢或铬钼钢等粉末作为粘结剂，用粉末冶金的方法制成的合金。
牌号,YT（ 硬钛） YT5— 含 TiC为 5%，
其余为 WC和 Co
特点,韧塑性好，能冷热加工，可以整体成形用途,加工合金钢、耐热钢等第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 87
一、刃具钢 (5.硬质合金－涂层 )
§ 4 工具钢组成,在高速钢或硬质合金刀具的表面上用气相沉积法涂覆一层耐磨性高的金属化合物。
涂层,TiC,TiN,Al2O3,NbC,HfN,BN等。
特点,硬度高,热硬性高、耐磨性好。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 88
二、模具钢
§ 4 工具钢模具是用于进行压力加工的工具，根据其工作条件及用途不同，常分为 冷作模具,热作模具 和 成形模具 （其中主要是塑料模）等三大类。模具品种繁多，性能要求也多种多样，可用于模具的钢种也很多，如碳素工具钢、（低）
合金工具钢、高速钢、滚动轴承钢，不锈钢和某些结构钢等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 89
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢工作条件与性能要求：
在常温下使金属材料变形成型的模具用钢,工作温度?200～ 300℃ ；模具承受很大的载荷及摩擦,冲击作用；冷作模具钢应具有高硬度,高耐磨性,高强度和足够的韧性；冷作模具对淬透性,耐磨性尤其是韧性方面的要求更高一些,冷作模具钢应是高碳成分并多在回火马氏体状态下使用 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 90
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢常用冷作模具钢：
碳素工具钢 (T10,T10A)
[尺寸较小的冷作模具钢 ]
低合金工具钢 (9SiCr,9Mn2V)
[中小尺寸模具钢 ]
中、高铬模具钢 (Cr12,Cr12MoV)
[尺寸大、形状复杂、精度高的重载模具 ]
高速钢类模具钢 (W6Mo5Cr4V2,6W6Mo5Cr4V)
[冷、热模具钢均可 ]
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 91
二、模具钢 (1.冷作模具钢 )
§ 4 工具钢冷作模具制作工艺 (Cr12,Cr12MoV)：
下料
锻造
退火
机械加工
淬火
回火
精磨或电火花加工
成品第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 92
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢工作条件与性能要求：
使热态金属 （ 固态或液态 ） 成形的模具用钢 。 热锻模工作部分的温度会升高到 300～ 400℃,热挤压模可达 500～ 800℃,甚至近 1000℃,因交替加热冷却的温度循环产生交变热应力；热作模具常见的失效形式有变形,磨损,开裂和热疲劳等,要求模具钢应具有良好的高温强韧性,高的热疲劳和热磨损抗力,一定的抗氧化性和耐蚀性等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 93
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢常用热作模具钢：
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 94
二、模具钢 (2.热作模具钢 )
§ 4 工具钢热锻模生产工艺 （ 5CrMnMo）,
下料
锻造
退火
机械加工
淬火
回火
精加工第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 95
三、量具钢
§ 4 工具钢量具是度量工件尺寸形状的工具，是计量的基准，
如卡尺、块规、塞规及千分尺等。由于量具使用过程中常受到工件的摩擦与碰撞，且本身须具备极高的尺寸精度和稳定性，故量具钢应具备以下性能：
1）高硬度（ 58～ 64HRC） 和高耐磨性。
2） 高的尺寸稳定性 （ 要求组织稳定性高 ） 。
3） 一定的韧性和特殊环境下的耐蚀性 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 96
三、量具钢 (热处理特点 )
§ 4 工具钢
1.淬火加热时进行预热,以减小变形,这对形状复杂的量具更为重要 。
2.在保证力学性能的前提条件下降低淬火温度,尽量不采用等温淬火或分级淬火工艺,减少残余奥氏体的生成 。
3.淬火后立即进行冷处理 (-80℃ )减小残余奥氏体量,
延长回火时间,回火或磨削之后进行长时间的低温时效处理等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 97
特殊性能钢
§ 5 特殊性能钢特殊性能钢是指以某些特殊物理,化学或力学性能为主的钢种,其类型很多,在工程上常用的主要有,
※ 不锈钢
※ 耐热钢
※ 耐磨钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 98
一、不锈钢
§ 5 特殊性能钢不锈钢通常是 不锈钢 （ 耐大气,蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢 ） 和 耐酸钢 （ 耐酸,碱,
盐等强腐蚀介质腐蚀的钢 ） 的统称,全称不锈耐酸钢 。
广泛用于 化工,石油,卫生,食品,建筑,
航空,原子能等行业 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 99
一、不锈钢 (1.金属的腐蚀与防腐 )
§ 5 特殊性能钢化学腐蚀电化学腐蚀第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 100
一、不锈钢 (1.金属的腐蚀与防腐 )
§ 5 特殊性能钢
,多项,易腐蚀，单项不易腐蚀
两相若电极电位接近耐腐蚀 (Cr,Ni提高基体电极电位 )
表面致密的氧化膜也耐腐蚀 (Al2O3,Cr2O3)
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 101
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢不锈钢按其正火组织不同分为五类：
马氏体型；
铁素体型；
奥氏体型；
双相型；
沉淀硬化型；
(奥氏体型不锈钢约占不锈钢总产量的 70％ )
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 102
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢铁素体不锈钢：
碳含量 <0.15%,铬含量 12％ ～ 30％,耐蚀性优于马氏体不锈钢 。 Cr是铁素体形成元素,致使此类钢从室温到高温 （ 1000℃ 左右 ） 均为单相铁素体；塑性加工,
切削加工和焊接性较优 。 主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的零件,如耐硝酸,磷酸结构和抗氧化结构 。
常见的铁素体不锈钢有 0Cr13,1Cr17,1Cr28等 。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 103
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢马氏体不锈钢,碳 0.1%～ 1.0%,铬 12%～ 18%。 此类钢只在氧化性介质中 (如大气,海水,氧化性酸 )耐蚀,
而在非氧化性介质中 (如盐酸,碱溶液等 )耐蚀性很低；
钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低,
钢的强度,硬度和耐磨性则随碳的增加而改善 。
常见的有,低、中碳的 Cr13型（如 1Cr13,2Cr13、
3Cr13,4Cr13） 和高碳的 Cr18型（如 9Cr18,9Cr18MoV
等）。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 104
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢奥氏体不锈钢,是在 Cr18Ni8(18-8)基础上发展起来的,低碳 (＜ 0.12％ ),高铬 (＞ 17％ ~25％ )和较高镍 (8％
~29％ ) ；此类钢具有最佳的耐蚀性,但相应地价格也较高；优良的低温韧性,高的加工硬化能力,耐热性和无磁性,其冷塑性加工性和焊接性能较好 。
以 Cr18Ni8普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有
1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti及 0Cr18Ni9等。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 105
一、不锈钢 (2.不锈钢分类与常用牌号 )
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 106
二、耐热钢
§ 5 特殊性能钢在 高温下 具有高的 热化学稳定性 和 热强性 的特殊钢称之为耐热钢。
广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 107
高温力学性能指标有：
① 蠕变极限,材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力； 以 表示
700℃ 下经 1000h产生 0.2%残余变形量的最大应力。
② 持久强度,材料在高温长期载荷下对断裂的抗力 ；以 表示在 500℃ 下经 10000h发生断裂的应力值。
二、耐热钢（性能指标）
§ 5 特殊性能钢
700 1000/2.0?
50010000?
第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 108
①常用 Cr,Al,Si抗氧化性元素在钢表面生成致密稳定连续而牢固的 Cr2O3,Al2O3,SiO2氧化膜，但 Al,Si
明显增加钢的脆性，常与 Cr一起加入；当 Cr达 5％ 时，
工作温度达 600～ 650℃,达 28％ 时，工作温度可达
1100℃ 。
②微量稀土 (RE)元素如钇 (Y),镧 (La)等，能防止高温晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。
③金属表面渗 Cr,Al,Si也有效提高钢抗氧化性。
二、耐热钢（提高热强性 _抗氧化性 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 109
①基体固溶强化元素 Cr,Ni,W,Mo等，形成单相组织并提高再结晶温度。
②第二相沉淀强化元素 V,Ti,Nb,Al等,形成细小弥散分布的稳定碳化物 (VC,TiC,NbC)或稳定性更高的金属间化合物 (Ni3Ti,Ni3Nb,Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。
③微量晶界强化元素硼 (B)与稀土 (RE)元素，起净化晶界或填充晶界空位的作用。
二、耐热钢（提高热强性 _热强性 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 110
组织为 细片 P＋ F，在 600℃ 以下工作 的热工动力机械和石油化工设备。碳 0.10%～ 0.40%； 耐热性合金 Cr,Mo、
W,V,Ti,Nb等强化铁素体并防止碳化物的球化聚集长大以保证热强性。 ①低碳 12CrMo,15CrMoV,优良的冷热加工性能，主要用 做锅炉管线等，正火后使用。
②中碳 35CrMo,35CrMoV，调质后使用，具有优良的高温综合力学性能，主要用做耐热的紧固件和汽轮机转子。
二、耐热钢（常用耐热钢 _珠光体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 111
空冷形成马氏体＋高温回火状态下使用：
①低碳高铬型,Cr13型不锈钢加入 Mo,W,V,Ti,Nb等元素而形成，牌号有 1Cr11MoV,1Cr12WMoV等,因这种钢还有优良的消振性，最适宜制造工作温度在 600℃ 以下的汽轮叶片，故又称 叶片钢 。
②中碳铬硅钢,4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等,既有良好的高温抗氧化性和热强性，还有较高的硬度和耐磨性，最适合于制造工作温度在 750℃ 以下的发动机排气阀，故又称 气阀钢 。
二、耐热钢（常用耐热钢 _马氏体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 112
在奥氏体不锈钢的基础上＋ W,Mo,V,Ti,Nb,Al
等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳化物或金属间化合物。具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热强性和抗氧化性，此外还有高的塑性、韧性及良好可焊性、
冷塑性成形性。
常用 1Cr18Ni12Ti,4Cr14Ni14W2Mo等，用于工作 高达 800℃ 的各类 紧固件与汽轮机叶片、发动机气阀,使用状态为固溶处理状态或时效处理状态。
二、耐热钢（常用耐热钢 _奥氏体 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 113
航空、航天工业的喷气式发动机在 800℃ 以上 的高温下长期承受一定的载荷工作，耐热钢已不能满足抗氧化性尤其是热强性要求，此时便应采用高温合金，它包括铁基、镍基、钴基 。
1.铁基高温合金 工作温度 800～ 900℃ 的零件，使用状态为固溶或固溶＋时效。常用牌号如 GH1131,Cr20
％,Ni28%,W5％,Mo4％ 左右。
2.镍基高温合金 基本性能类似于铁基高温合金，但热强性和组织稳定性稍优；但价格昂贵。如 GH3030，
Cr20％,微量的 Ti,Al等元素。
二、耐热钢（常用耐热钢 _高温合金 ）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 114
耐磨钢：
用于制造高耐磨性零件的特殊钢种，目前尚未形成独立的钢类；广义上，高碳工具钢、一部分结构钢（主要是硅、锰结构钢）及合金铸钢均可用于制造耐磨零件，其中最重要的是 高锰耐磨钢 。
三、耐磨钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 115
三、耐磨钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 116
化学成分,高碳 (0.9%~1.5%),高锰 (11％ ~14％ )。
铸态组织,粗大 A＋ Fe3C网,脆性大，不直接使用。
固溶处理,（ 1060~1100℃ 快速水冷）后可得到单相 A,此时韧性很高 (故又称,水韧处理,)。
加工硬化,(A→M) 形成硬 (＞ 500HBW)而耐磨的表面层 (10~20mm),心部仍为高韧性的 A。
主要用途,坦克、拖拉机、挖掘机的履带板、破碎机衬板、铁路道岔等 。
三、耐磨钢（高锰钢）
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 117
用于工作温度低于 0℃ （－ 40℃ ）的零件的钢种，广泛用于钢铁冶金、化工、冷冻设备、液体燃料的制备与贮运装置、海洋工程与极地机械设施等。
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 118
（一）性能要求
1.冷脆转变温度低,低温冲击韧度高；
2.一定的强度及对所接触介质的耐蚀性；
3.优良的焊接性能与冷塑性成形性能；
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 119
（二） 成分与组织特点
1,低碳 一般 wc＜ 0.20%。
2,Mn,Ni对低温韧性有利,Ni最明显； V,Ti,Nb、
Al可细化晶粒而进一步改善低温韧性 。
3,严格控制损害韧性的 P,Si等元素含量 。
4,面心立方结构 （ 如奥氏体钢,铝,铜金属 ） 的低温韧性良好 。
四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 120
（ 三 ） 低温钢的种类与常用钢号按其使用温度等级,组织类型或主要化学成分不同来进行分类四、低温钢
§ 5 特殊性能钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 121
§ 3 合金结构钢在南极低温超过了－ 50℃; 液化气；
温度降低，冲击韧性降低；一般 18-8不锈钢、高 Mn
钢及 Cu,Al等面心结构材料在低温下不易脆化。
中国低温钢,16Mn,09Mn2V,09MnTiCuRE,06MnNb、
06AlCu,06AlNbCuN,20Mn23Al,15Mn26Al4
国外低温钢：
① 大于－ 42℃ 低碳（ ≤0.25% ） +Si-Mn 正火后使用
② － 42～－ 196℃ 低碳（ 0.17～ 0.21％）、低（中）
镍钢，正火或淬火＋回火
③ － 196～－ 296℃ 奥氏体不锈钢四、低温钢第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 122
§ 3 合金结构钢液化气 沸点（ ℃ ） 适用钢种（％）
氨丙烷
-33.4
-42.1 C≤0.25,Si0.5~0.3,Mn0.85~1.20
丙烯硫化氢
-47.7
-61.0
C≤0.25,Ni2.5；
09Mn2V,09MnTiCuRE
二氧化碳乙炔乙烷
-78.5
-84.0
-88.8
C≤0.25,Ni3.5；
06MnNb（ -90℃ ）
乙烯甲烷氧氮
-103.8
-161.5
-151.0
-195.8
C≤0.25,Ni9；
06AlCu,06AlNbCuN（ -120℃ ）
20Mn23Al （ -196℃ ）
15Mn17Al12CuV （ -196℃ ）
氢氦
-252.8
-269.0
18-8,15Mn26Al4 （ -253℃ ）
07Cr21Mn7Ni5N （ -269℃ ）
四、低温钢第七章 合金钢
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课后作业：
P12 (Ch6) 第 1题、第 5题
P13 (Ch6) 第 10题、第 14题、第 19题、
作 业第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 124
课内作业：
课内作业：
1、比较高速钢和硬质合金的优缺点。
2、指出下列特殊性能钢的类别和用途：
① 3Cr13 ② 0Cr18Ni9
③ ZGMn13 ④ 12CrMoV
作 业第七章 合金钢
2009年 7月 19日星期日 125
1,硫在钢中的存在形式,分析它在钢中的可能作用 。
2、为自行车零件选择其合适材料：
①链条；②座位弹簧；③大梁；④链条罩。
3,某厂原用 45MnSiV生产高强韧性钢筋,现有 15、
25MnSi,65Mn,9SiCr钢,试问这四种钢中有无可代替上述 45MnSiV钢筋的材料？ 若有应怎样进行热处理？ 其代用的理论依据是什么？
4,试比较 T9,9SiCr,W6Mo5Cr4V2作为切削刀具材料的热处理,力学性能特点及适用范围,并由此得出一般性结论 。
习 题第七章 合金钢
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知识本身没有力量只有化为行动才有力量第七章 合金钢
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知道不等于得到
人生最大的问题是：
知道的太多，而做的太少；
知道不等于悟到；
悟到不等于做到；
做到不等于得到；
