合 金 钢 合金钢的优点：高的强度和淬透性 合金元素在钢中的作用 常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强 中强 弱 一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体 合金元素 → 溶入A → 形成合金铁素体 → 固溶强化（Cr,Ni较好） 2、形成合金碳化物 弱碳化物形成元素 形成合金渗碳体 (Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素 形成合金碳化物 (Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素 形成特殊碳化物（VC，TiC） 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物 > 合金碳化物 > 合金渗碳体 > Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响 合金元素对A相区影响 扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移 缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移 奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V 三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响 多数元素溶入A后 → 过冷A稳定性↑→ Vc↑→淬透性↑ → Ms点↓→残余A量↑ 提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ① 回火稳定性→抗回火软化的能力 ② 产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下） 低合金钢 一、低合金高强度钢 碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) → Q345 1、成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn —— 固溶强化 辅加元素：Ti,Cr,Nb —— 弥散强化 使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性， 焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低 3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn) 用途：工程结构 —— 桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器 二、易切削结构钢 牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn 性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低） 切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低 应用： 成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件 合金钢的分类与牌号 一、合金钢分类 低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢 合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢——合金工具钢、高速钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 二、合金钢牌号 1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA 2、滚动轴承钢——GCr15 3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn 4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2 6、高锰耐磨钢——ZGMn13 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 合金结构钢 一、渗碳钢 1、用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮） 2、性能：表面——高的硬度、耐磨性 心部——强而韧 3、成分：0.1~0.25%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↑）， 4、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+P 5、常用钢号：20, 20Cr, 20CrMnTi, 18Cr2Ni4W 淬透性： 低 中 高 适用： 机床齿轮 汽车变速齿轮 飞机齿轮 二、调质钢 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：0.3~0.5%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,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,↑σ-1，→表面淬火+ 低温回火（回火M） 5、常用钢号：45，40Cr，40CrMnMo 三、弹簧钢 1、用途：弹性元件 2、性能：高的σe 、σb 、σ-1 ，一定的塑韧性 3、成分： 0.45~0.7%C （碳钢0.6~0.9%C）——保证↑σe 主加元素：Mn, Si, Cr—— ↑淬透性，强化基体, ↑回火稳定性 辅加元素：Mo, W, V —— 防脱碳，细化,↑σe ， 4、热处理： 热成型弹簧（尺寸大，60Si2Mn）： 加热成型→淬火+中温回火→喷丸（回火T ）38~50HRc 冷成型弹簧（尺寸小，65Mn）： 冷拉钢丝 → 冷绕成型→ 去内应力退火（200~300℃） 5、常用钢号：65，65Mn， 小尺寸的沙发弹簧 60Si2Mn 大尺寸的汽车板簧 四、滚动轴承钢 1、用途：滚动轴承元件，冷冲模，量具 （滚珠、滚柱、轴承套） 2、性能：硬、耐磨， ↑σ-1 ，一定的韧性 3、成分：0.95~1.15%C —— 硬、耐磨 主加元素：Cr —— ↑淬透性，硬，耐磨 4、热处理： 预备：球化退火——球状P（180~270HBS），改善切削加工性 最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A 5、常用钢号：GCr15 合金工具钢 一、刃具钢 性能：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性）， 足够的强度、韧性 1、合金刃具钢 ⑴成分：0.8~1.5%C —— 硬、耐磨 Cr, W, Mn, V —— ↑淬透性、回火稳定性，细化晶粒， ⑵热处理： 预备：球化退火——改善切削加工性 最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A ↑HRC、耐磨性 ⑶常用钢号：9SiCr，CrWMn，9Mn2V 用于制作切削用量不大,形状复杂,精度较高的刀具：丝锥，板牙，拉刀 2、高速钢 红硬性高（600℃），淬透性好——锋钢。 钢号：W18Cr4V（红硬性↑），W6Mo5Cr4V2（韧性↑） ⑴成分特点： 含碳量 0.7~1.2%C （不标） 合金元素 W，Mo，Cr，V——产生二次硬化，热硬性↑ ⑵锻造与热处理： 铸态：莱氏体中的共晶碳化物呈鱼骨状 锻造：使碳化物细化并均匀分布 预备：球化退火—— S+细粒状碳化物（HBS210~250） 最终：淬火（1280℃）+三次回火（560℃）——回火M+合金碳化物+残A (63~66HRc) 热处理特点： 预热次数多→ 防变形开裂 淬火温度高→ 使合金元素尽可能多地溶入A，保证红硬性 560℃回火 → 产生二次硬化 （弥散强化+二次淬火） 回火次数多→ 消除残余A，及残余A→M产生的应力 二、模具钢 1、冷作模具钢 性能： 高硬度、耐磨性，足够的强度、韧性 模具钢：T10，GCr15 —— 尺寸小、形状简单的模具 9SiCr，9Mn2V，CrWMn —— 形状复杂模具 Cr12,Cr12MoV —— 大型复杂模具 热处理：淬火+低温回火 2、热作模具钢 性能： 高温足够的强韧性、耐磨性，良好的抗疲劳性、导热性、淬透性 钢号： 5CrNiMo —— 中小型热锻模 （亚共析钢） 5CrMnMo ——中大型热锻模 3Cr2W8V —— 压铸模 （过共析钢） 热处理：淬火+高温回火（中温回火） —— 回火S（回火T） 三、量具钢 性能：高硬度、耐磨性、尺寸稳定性 常用钢号：T10A，T12A ——简单量具 9SiCr，CrWMn，GCr15——高精度量具 提高尺寸稳定性方法： 淬火 + 冷处理 + 低温回火 → 精磨 → 人工时效120℃，2~3h (消除残A) （稳定组织、尺寸） 特殊性能钢 一、不锈钢 成分： 0.1~0.2%C——↑ 耐蚀性 主加元素 Cr → ↑基体电极电位 形成钝化膜（Cr2O3） 获得单相组织 常用钢种： ① 铁素体不锈钢 1Cr17 —— 不能热处理强化 ② 马氏体不锈钢 1Cr13, 2Cr13 淬火+高温回火（回火S） 耐蚀结构件 3Cr13, 4Cr13 淬火+低温回火（回火M） 医疗器械、工具 ③ 奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti 热处理：固溶处理（淬火）→ 单相 A 区别于普通淬火：无相变，淬火后硬度低 强化方式：加工硬化 应用举例：耐酸容器，餐具 二、耐热钢 性能：抗氧化性，热强性 常用钢种：15CrMo，25Cr2MoVA 1Cr13，1Cr17，1Cr18Ni9Ti 三、高锰耐磨钢 ZGMn13 成分：0.9~1.4%C ， 13%Mn 水韧处理：加热1100℃→水淬→单相A 冲击时：表面 A→M 产生硬化 应用：挖掘机铲斗、坦克履带、铁轨道岔、保险箱、防弹钢板等