第八章合金钢
2020/3/27
• 2. 性能要求 • (1) 高强度：一般其的屈服强度在300MPa
以上。 • (2) 高韧性：要求延伸率为15%～20%，室
温冲击韧性大于600kJ/m～800kJ/m。 对 于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧 性。 • (3) 良好的焊接性能和冷成型性能。 • (4) 低的冷脆转变温度。 • (5) 良好的耐蚀性。
• 2. 对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响 • 扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的
共析转变温度下降, 缩小γ相区的元素则使 其上升, 并都使共析反应在一个温度范围内 进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S) 和共晶点(E)的碳含量降低，即S点和E点左 移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
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• 2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 • 除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏
体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。常用提 高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、 Si、B等。必须指出, 加入的合金元素, 只有 完全溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。如果 未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。另外, 两种或多种合 金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
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• 除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点 下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni 、Mo、W、Si。其中Mn的作用最强, Si实 际上无影响。Ms和Mf点的下降, 使淬火后 钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过 多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下), 以使其 转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余 奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上 升, 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体 (即发生所谓二次淬火)。
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• 合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍 、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜 、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在 钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的 碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化 物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状 态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化 物形成元素，其中一部分以原子状态进入 固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳 体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化 物元素，一般以原子状态存在于固溶体中 。
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• 强度级别超过500MPa后，铁素体和珠光体 组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏 体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利 于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更 高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压 锅炉、高压容器等。
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第一节 合金元素在钢中的作用
• 在钢中加入合金元素后，钢的基本组元铁 和碳与加入的合金元素会发生交互作用。 钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁 、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热 处理的影响来改善钢的组织和性能。
• 合金元素加入钢中后，主要以三种形式存 在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳形成 碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间 化合物。
• 时效处理：钢材经过冷加工后，在常温下存放1520天，或加热至100-200度并保持2小时左右
• 时效敏感性：因时效作用导致钢材性能改变的程 度。一般，钢材的机械强度提高，而塑性和韧性 降低。
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• 二、 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 • 1. 对奥氏体和铁素体存在范围的影响 • 扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或
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第二节 合金钢的分类与编 号
• 一、合金钢的分类 • 合金钢的种类繁多，为了便于生产、使用
和科学研究，需要进行分类。 （1）按用途分类,大体上可分为：建筑结构 用钢，机械结构用钢（除了合金结构钢） 外，还包括合金弹簧钢和轴承钢等），工 具钢（包括工模具钢和高速工具钢）以及 特殊性能钢（不锈耐酸钢、耐热不起皮钢 、无磁钢等）。 （2）按合金元素的总含量可分成：低合金 钢、中合金钢和高合金钢
缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区, 且同样Ni或 Mn的含量较多时, 可使钢在室温下得到单 相奥氏体组织 (如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢 和ZGMn13高锰钢等)， 而Cr、Ti、Si等超 过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素 体组织 (如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢等)。
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• 2. 形成碳化物
•
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分
为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
•
常见非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、
Si、Al、N、B等。它们基本上都溶于铁素体和奥
氏体中。常见碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、
V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的稳定性程度
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• 一、 合金元素与铁、碳的相互作用 • 合金元素加入钢中后，主要以三种形
式存在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳 形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金 属间化合物。
• 1. 溶于铁中 • 几乎所有的合金元素（除Pbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）都可溶入
铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体, 按其 对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩 大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
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• (2)产生二次硬化 一些Mo、W、V含量较高 的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升 高而单调降低, 而是到某一温度(约400℃)后 反而开始增大, 并在另一更高温度(一般为 550℃左右)达到峰值。这是回火过程的二 次硬化现象, 它与回火析出物的性质有关。 当回火温度低于450℃时, 钢中析出渗碳体; 在450℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出 弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC 等, 使硬度重新升高, 称为沉淀硬化。回火 时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的 二次淬火所也可导致二次硬化。
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• （3）按所含主要元素分类，有铬钢、镍钢 、钼钢、铬镍钢、铬镍钼钢等。 （4）按合金钢的金相组织又可分成：铁素 体钢、珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、 奥氏体钢，以及亚共析钢和过共析钢等。
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• 合金钢-编号方法 • 1.滚动轴承钢
在牌号前面加“G”(“滚”字汉语拼音的首 位字母)，后面数字表示铬的质量分数的千 倍，其碳的质量分数不标出。例如GCr15 钢，就是平均铬的质量分数Cr＝1.5％的滚 动轴承钢。铬轴承钢中若含有除铬外的其 它合金元素时，这些元素的表示方法同一 般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优 质钢，但牌号后不加“A”。
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• (2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金 元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影 响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有 ：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的 元素有：W、Mn、Cr等；对晶粒长大影响 不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促进晶粒 长大的元素：Mn、P等。
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• 三、 合金元素对钢热处理的影响 • 合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织
转变。 • 1. 合金元素对加热时相转变的影响 • 合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体
晶粒的大小。 • (1)对奥氏体形成速度的影响： Cr、Mo、W、V
等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于 奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度； Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩 散速度, 使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn 等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
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• 缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、 Nb、Zr等。它们使A3点上升, A4点下降(铬 除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7% 后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的 范围, 使铁素体稳定区域扩大。按其作用不 同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo 、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区 的元素(如B、Nb、Zr等)。
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• 2.合金结构钢 其牌号由“两位数字十元素符号+数字”三部分组 成。前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万 倍，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符 号后面数字表示该元素的平均质量分数的百倍。 合金元素的平均质量分数Me＜1.5%时，一般只 标明元素而不标明数值；当平均质量分数≥1.5％ 、≥2.5％、≥3.5%，…时，则在合金元素后面相 应地标出2， 3，4，…。例如40Cr，其平均碳的 质量分数c=0.4％，平均铬的质量分数Cr＜1.5％ 。如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”。 例如38CrMoAlA钢，则属于高级优质合金结构钢 。
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第三节 低合金结构钢与合 金结构钢
• 用于制造重要工程结构和机器零件的钢种 称为合金结构钢。
• 主要有低合金结构钢、合金渗碳钢、合金 调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。
• 一、 低合金结构钢 • 1. 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、
锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢 结构等。
右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素
，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工
艺性能。
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• 4. 常用低合金结构钢 • 16Mn 是我国低合金高强钢中用量最多
、产量最大的钢种。使用状态的组织为细 晶粒的铁素体—珠光体，强度比普通碳素 结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀 性能高20%～38%。 • 15MnVN 中等级别强度钢中使用最多 的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低 温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅 炉、船舶等大型结构。
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• 3. 成分特点
•
(1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的
• 2. 性能要求 • (1) 高强度：一般其的屈服强度在300MPa
以上。 • (2) 高韧性：要求延伸率为15%～20%，室
温冲击韧性大于600kJ/m～800kJ/m。 对 于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧 性。 • (3) 良好的焊接性能和冷成型性能。 • (4) 低的冷脆转变温度。 • (5) 良好的耐蚀性。
• 2. 对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响 • 扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的
共析转变温度下降, 缩小γ相区的元素则使 其上升, 并都使共析反应在一个温度范围内 进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S) 和共晶点(E)的碳含量降低，即S点和E点左 移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
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• 2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 • 除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏
体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。常用提 高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、 Si、B等。必须指出, 加入的合金元素, 只有 完全溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。如果 未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。另外, 两种或多种合 金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
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• 除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点 下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni 、Mo、W、Si。其中Mn的作用最强, Si实 际上无影响。Ms和Mf点的下降, 使淬火后 钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过 多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下), 以使其 转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余 奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上 升, 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体 (即发生所谓二次淬火)。
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• 合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍 、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜 、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在 钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的 碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化 物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状 态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化 物形成元素，其中一部分以原子状态进入 固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳 体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化 物元素，一般以原子状态存在于固溶体中 。
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• 强度级别超过500MPa后，铁素体和珠光体 组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏 体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利 于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更 高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压 锅炉、高压容器等。
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第一节 合金元素在钢中的作用
• 在钢中加入合金元素后，钢的基本组元铁 和碳与加入的合金元素会发生交互作用。 钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁 、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热 处理的影响来改善钢的组织和性能。
• 合金元素加入钢中后，主要以三种形式存 在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳形成 碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间 化合物。
• 时效处理：钢材经过冷加工后，在常温下存放1520天，或加热至100-200度并保持2小时左右
• 时效敏感性：因时效作用导致钢材性能改变的程 度。一般，钢材的机械强度提高，而塑性和韧性 降低。
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• 二、 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 • 1. 对奥氏体和铁素体存在范围的影响 • 扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或
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第二节 合金钢的分类与编 号
• 一、合金钢的分类 • 合金钢的种类繁多，为了便于生产、使用
和科学研究，需要进行分类。 （1）按用途分类,大体上可分为：建筑结构 用钢，机械结构用钢（除了合金结构钢） 外，还包括合金弹簧钢和轴承钢等），工 具钢（包括工模具钢和高速工具钢）以及 特殊性能钢（不锈耐酸钢、耐热不起皮钢 、无磁钢等）。 （2）按合金元素的总含量可分成：低合金 钢、中合金钢和高合金钢
缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区, 且同样Ni或 Mn的含量较多时, 可使钢在室温下得到单 相奥氏体组织 (如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢 和ZGMn13高锰钢等)， 而Cr、Ti、Si等超 过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素 体组织 (如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢等)。
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• 2. 形成碳化物
•
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分
为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
•
常见非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、
Si、Al、N、B等。它们基本上都溶于铁素体和奥
氏体中。常见碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、
V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的稳定性程度
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• 一、 合金元素与铁、碳的相互作用 • 合金元素加入钢中后，主要以三种形
式存在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳 形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金 属间化合物。
• 1. 溶于铁中 • 几乎所有的合金元素（除Pbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）都可溶入
铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体, 按其 对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩 大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
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• (2)产生二次硬化 一些Mo、W、V含量较高 的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升 高而单调降低, 而是到某一温度(约400℃)后 反而开始增大, 并在另一更高温度(一般为 550℃左右)达到峰值。这是回火过程的二 次硬化现象, 它与回火析出物的性质有关。 当回火温度低于450℃时, 钢中析出渗碳体; 在450℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出 弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC 等, 使硬度重新升高, 称为沉淀硬化。回火 时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的 二次淬火所也可导致二次硬化。
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• （3）按所含主要元素分类，有铬钢、镍钢 、钼钢、铬镍钢、铬镍钼钢等。 （4）按合金钢的金相组织又可分成：铁素 体钢、珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、 奥氏体钢，以及亚共析钢和过共析钢等。
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• 合金钢-编号方法 • 1.滚动轴承钢
在牌号前面加“G”(“滚”字汉语拼音的首 位字母)，后面数字表示铬的质量分数的千 倍，其碳的质量分数不标出。例如GCr15 钢，就是平均铬的质量分数Cr＝1.5％的滚 动轴承钢。铬轴承钢中若含有除铬外的其 它合金元素时，这些元素的表示方法同一 般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优 质钢，但牌号后不加“A”。
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• (2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金 元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影 响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有 ：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的 元素有：W、Mn、Cr等；对晶粒长大影响 不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促进晶粒 长大的元素：Mn、P等。
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• 三、 合金元素对钢热处理的影响 • 合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织
转变。 • 1. 合金元素对加热时相转变的影响 • 合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体
晶粒的大小。 • (1)对奥氏体形成速度的影响： Cr、Mo、W、V
等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于 奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度； Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩 散速度, 使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn 等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
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• 缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、 Nb、Zr等。它们使A3点上升, A4点下降(铬 除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7% 后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的 范围, 使铁素体稳定区域扩大。按其作用不 同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo 、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区 的元素(如B、Nb、Zr等)。
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• 2.合金结构钢 其牌号由“两位数字十元素符号+数字”三部分组 成。前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万 倍，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符 号后面数字表示该元素的平均质量分数的百倍。 合金元素的平均质量分数Me＜1.5%时，一般只 标明元素而不标明数值；当平均质量分数≥1.5％ 、≥2.5％、≥3.5%，…时，则在合金元素后面相 应地标出2， 3，4，…。例如40Cr，其平均碳的 质量分数c=0.4％，平均铬的质量分数Cr＜1.5％ 。如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”。 例如38CrMoAlA钢，则属于高级优质合金结构钢 。
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第三节 低合金结构钢与合 金结构钢
• 用于制造重要工程结构和机器零件的钢种 称为合金结构钢。
• 主要有低合金结构钢、合金渗碳钢、合金 调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。
• 一、 低合金结构钢 • 1. 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、
锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢 结构等。
右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素
，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工
艺性能。
2020/3/27
• 4. 常用低合金结构钢 • 16Mn 是我国低合金高强钢中用量最多
、产量最大的钢种。使用状态的组织为细 晶粒的铁素体—珠光体，强度比普通碳素 结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀 性能高20%～38%。 • 15MnVN 中等级别强度钢中使用最多 的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低 温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅 炉、船舶等大型结构。
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• 3. 成分特点
•
(1) 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的
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第八章 炉外法冶炼铁合金
3
1.1.2 钼的主要化学性质 钼的氧化物
钼与氧可生成一系列氧化物，主要有二氧化钼（ MoO2） 场）、三氧化钼（ MoO3 ）和五氧化二钼（Mo2O5 ） 二氧化钼具有金属光泽，呈暗褐色，密度为 6.34 g/cm3
三氧化钼是稳定的氧化物，具有明显的酸性，称为钼酸酐， 白色，加热时变成草绿或淡黄色，其密度为 4 . 45 ，在 650 ℃ 时能明显升华，熔点为795 ℃ ，沸点为 1150 ℃，冶炼钼 铁时主要使用 MoO3。 钼的硫化物
这些助热剂的闪火温度低，燃烧时热效应大。因此，可用助热
剂燃烧放出的热点燃金属热还原反应。“助热剂”又靠点火物
（如镁条）的燃烧去点燃。2来自此外，炉料中还须混入熔剂，如石灰、萤石和硅石等，其 作用是控制还原反应速度；调整炉渣的粘度以强化渣、金反应， 便于渣、金分离和金属的汇集；调整炉渣渣粘度，提高炉渣去 除杂质的能力等。炉外法冶炼是间断式的。 1 钼铁 1.1 钼的主要物理化学性质 1.1.1 钼的主要物理性质 钼是灰白色有金属光泽的金属，结晶结构为体心立方。钼的 主要物理性质如下：
MoS2的开始氧化温度、燃烧温度与粒度的关系
因 MoS2氧化强烈放热；当反应温度升高时，反应平衡将向左移 动，面且反应本身放出的热量足以维持焙烧反应正常进行。所以， 就MoS2氧化焙烧成MoO3反应本身来说，不需外部供热。随着反 应进行，反应体系 SO2 ( g ）不断增加，即PSO2增加，为使生成 SO2（g）反应充分进行，就应保证焙烧中有过剩的空气。这样1可3 以降低氧化焙烧温度
我国典型的钼精矿成分（ % )
9
国外典型钼精矿成分（ % ) 钼精矿国家标准
10
3 钼精矿的氧化焙烧 3.1 焙烧原理
11
经选矿得到的钼精矿含硫量很高，直接用于冶炼，钼铁含硫量 也高。要想生产含硫量低的合格钼铁，应在冶炼前将含硫量高 的钼精矿氧化焙烧，较彻底地去除其中的硫，得到的是用于冶 炼的熟钼精矿。可见，钼精矿的氧化焙烧是冶炼钼铁的第一道 工序。
1.1.2 钼的主要化学性质 钼的氧化物
钼与氧可生成一系列氧化物，主要有二氧化钼（ MoO2） 场）、三氧化钼（ MoO3 ）和五氧化二钼（Mo2O5 ） 二氧化钼具有金属光泽，呈暗褐色，密度为 6.34 g/cm3
三氧化钼是稳定的氧化物，具有明显的酸性，称为钼酸酐， 白色，加热时变成草绿或淡黄色，其密度为 4 . 45 ，在 650 ℃ 时能明显升华，熔点为795 ℃ ，沸点为 1150 ℃，冶炼钼 铁时主要使用 MoO3。 钼的硫化物
这些助热剂的闪火温度低，燃烧时热效应大。因此，可用助热
剂燃烧放出的热点燃金属热还原反应。“助热剂”又靠点火物
（如镁条）的燃烧去点燃。2来自此外，炉料中还须混入熔剂，如石灰、萤石和硅石等，其 作用是控制还原反应速度；调整炉渣的粘度以强化渣、金反应， 便于渣、金分离和金属的汇集；调整炉渣渣粘度，提高炉渣去 除杂质的能力等。炉外法冶炼是间断式的。 1 钼铁 1.1 钼的主要物理化学性质 1.1.1 钼的主要物理性质 钼是灰白色有金属光泽的金属，结晶结构为体心立方。钼的 主要物理性质如下：
MoS2的开始氧化温度、燃烧温度与粒度的关系
因 MoS2氧化强烈放热；当反应温度升高时，反应平衡将向左移 动，面且反应本身放出的热量足以维持焙烧反应正常进行。所以， 就MoS2氧化焙烧成MoO3反应本身来说，不需外部供热。随着反 应进行，反应体系 SO2 ( g ）不断增加，即PSO2增加，为使生成 SO2（g）反应充分进行，就应保证焙烧中有过剩的空气。这样1可3 以降低氧化焙烧温度
我国典型的钼精矿成分（ % )
9
国外典型钼精矿成分（ % ) 钼精矿国家标准
10
3 钼精矿的氧化焙烧 3.1 焙烧原理
11
经选矿得到的钼精矿含硫量很高，直接用于冶炼，钼铁含硫量 也高。要想生产含硫量低的合格钼铁，应在冶炼前将含硫量高 的钼精矿氧化焙烧，较彻底地去除其中的硫，得到的是用于冶 炼的熟钼精矿。可见，钼精矿的氧化焙烧是冶炼钼铁的第一道 工序。
第八章常用材料第二节合金钢材
第八章常用材料第二节合金钢低合金钢所含合金元素总量是________。
A．≤4%B．≤5%C．5%～10%D．≤6%中合金钢所含合金元素总量是________。
A．4%～8%B．4%～10%C．5%～10%D．6%～12%高合金钢所含合金元素总量是________。
A．≥15%B．＞8%C．＞12%D．＞10%下列属于合金结构钢的是________。
Ⅰ．合金渗碳钢；Ⅱ．合金弹簧钢；Ⅲ．滚动轴承钢；Ⅳ．高速钢；Ⅴ．量具钢；Ⅵ．不锈钢；Ⅶ．耐热钢。
A．Ⅰ+Ⅱ+ⅢB．Ⅰ+Ⅲ+ⅥC．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+ⅥD．Ⅰ+Ⅱ下列属于合金工具钢的是________。
Ⅰ．合金渗碳钢；Ⅱ．合金弹簧钢；Ⅲ．滚动轴承钢；Ⅳ．高速钢；Ⅴ．量具钢；Ⅵ．不锈钢；Ⅶ．耐热钢。
A．Ⅲ+Ⅳ+ⅣB．Ⅳ+ⅥC．Ⅲ+ⅦD．Ⅳ+Ⅴ下列属于特殊性能钢的是________。
Ⅰ．合金渗碳钢；Ⅱ．合金弹簧钢；Ⅲ．滚动轴承钢；Ⅳ．高速钢；Ⅴ．量具钢；Ⅵ．不锈钢；Ⅶ．耐热钢。
A．Ⅲ+Ⅴ+ⅥB．Ⅳ+ⅥC．Ⅵ+ⅦD．Ⅳ+Ⅴ钢号中第一位数字表示钢中的平均含碳量，若为合金结构钢，第一位数字表示平均含碳量的________。
A．十分数B．百分数C．千分数D．万分数钢号中第一位数字表示钢中的平均含碳量，若为合金工具钢和特殊高合金钢，第一位数字表示平均含碳量的________。
A．十分数B．分数C．千分数D．万分数钢中主要化学成分用国际化学元素符号表示，元素符号后面的数字表示该元素平均含量的________。
A．十分数B．百分数C．千分数D．万分数特殊性能钢的钢号第一位数字为“0”或“00”时，分别表示钢中的平均含碳量________。
A．≤0.08%或≤0.03%B．≤0.01%或≤0.03%C．≤0.03%或≤0.08%D．≤0.08%或≤0.01%下列合金中，铬元素含量最少的是________。
A．GCr15B．CrL12C．1Cr13D．1Cr18Ni9Ti下列合金中，含碳量最少的钢是________。
工程材料习题与答案8
中南大学机电工程学院
机械工程材料 第八章 合金钢
中南大学机电工程学院
（三）是非题
– 1.所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
（×）
2.调制钢的合金化主要考虑的提高其红硬性。 （×）
3.合金元素对钢的强化效果主要固溶强化。
（×）
4.T8钢比T12钢和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 （×）
5.奥氏体型不锈钢只能采用加工硬化。
相信相信得力量。20.10.242020年10月 24日星 期六5 时51分2 4秒20. 10.24
谢谢大家！
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– 10. GCr15钢中Cr的平均含量为：
–
√a. 15%； b. 1.5%； c. 没有表示出来。
– 11. 二次硬化属于：a.固溶强化；b.结晶强化；c.位错强化；
– –
12.
欲d√. 制第一二耐相酸强容化器。，选用的材料和相应的热处理工艺为：
–
a. W18Cr4V，固溶处理； b. 1Cr18Ni9稳定化处理；
–
c√. 1Cr18Ni9,固溶处理。
– 13. 0Cr18Ni9钢固溶处理的目的是：a. 增加塑性；b. 提高强度；
–
c√. 提高耐蚀性。
机械工程材料 第八章 合金钢
（五）综合分析题——略
– 1.试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的 区别。 2.合金元素是提高钢的回火稳定性的原因何在？ 3.什么是钢的回火脆性？下列几中钢中，那类钢的回火脆性严重， 如何避免：45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo。 4.为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强 韧化方法？ 5.解释下列现象： a.在相同含碳量下，除了含镍、锰的合金钢外，大多数合金钢的热 处理温度都比碳钢高； b.含碳量相同时，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回 火稳定性； c.含碳量〉=0.4%，含铬量12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.0%， 含铬12%的钢属于莱氏体钢； d.高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织； e.在相同含碳量下，合金钢的淬火变形和开裂现象不易产生； f.调质钢在回火后需快冷至室温； g.高速钢需高温淬火喝多促回火。
第八章 钢结构
验算公式：
N f An
式中， N—荷载引起的轴心拉力或压力 An—净截面面积 f—钢材抗拉或抗压设计强度
二、轴心受力构件的刚度
轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的
l0 i
式中 构件最不利方向的长细比，一般为 两主轴方向长细比的较大值.x = lox/ ix，y = loy/ iy lo-----相应方向的构件计算长度 i -----相应方向的截面回转半径
低合金钢： Q×××质量等级（A～E）
如Q235-A· F、Q345-C
6. 钢材的选择
（1）结构或构件的重要性； （2）荷载的种类（静荷载或动荷载）； （3）连接方法（焊接或非焊接）；
（4）工作条件（温度，腐蚀等）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
压弯构件广泛的用于柱子，如工业建筑中的厂
房框架柱。它们不仅要承受上部结构传下来的 轴向压力，同时还受有弯矩和剪力。
二、结构用钢的种类 1. 化学成分
普通碳素钢 Q235 普通低合金钢 Q345、Q390、Q420
2. 炉种 平炉 氧气顶吹转炉 成本高，质量好（6小时100t左右） 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 脱氧程度 沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
N f An
式中， N—荷载引起的轴心拉力或压力 An—净截面面积 f—钢材抗拉或抗压设计强度
二、轴心受力构件的刚度
轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的
l0 i
式中 构件最不利方向的长细比，一般为 两主轴方向长细比的较大值.x = lox/ ix，y = loy/ iy lo-----相应方向的构件计算长度 i -----相应方向的截面回转半径
低合金钢： Q×××质量等级（A～E）
如Q235-A· F、Q345-C
6. 钢材的选择
（1）结构或构件的重要性； （2）荷载的种类（静荷载或动荷载）； （3）连接方法（焊接或非焊接）；
（4）工作条件（温度，腐蚀等）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷 含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊 接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷 弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
压弯构件广泛的用于柱子，如工业建筑中的厂
房框架柱。它们不仅要承受上部结构传下来的 轴向压力，同时还受有弯矩和剪力。
二、结构用钢的种类 1. 化学成分
普通碳素钢 Q235 普通低合金钢 Q345、Q390、Q420
2. 炉种 平炉 氧气顶吹转炉 成本高，质量好（6小时100t左右） 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 脱氧程度 沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
第八章合金钢
第八章 合金钢
第一节 合金元素在钢中的作用
• 一、与Fe和C的作用 • 1．合金元素与Fe的作用
第八章 合金钢
第一节 合金元素在钢中的作用
• 一、与Fe和C的作用 • 1．合金元素与Fe的作用
• 大多数合金元素能溶入铁索体,形成合金铁素体,产生固溶 强化,使铁素体的强度、硬度提高.
• 2．元素与C的作用
贝氏体类钢、奥氏体类钢. • • 按退火状态的组织可分为亚共析钢〔铁素体十珠光体〕、
共析钢〔珠光体〕.、
第三节 合金结构钢
• 一、低合金结构钢〔普通低合金钢〕 • 低合金结构钢：ωc=<0.10～0.25>%并含有少量〔多在
3%以下〕合金元素的普通低碳结构 • 钢.通常在热轧或正火状态下使用. • 常 用 牌 号 ： 16Mn ： 16 表 示 平 均 含 碳 量 为 0.16% 左
• 调质钢常用于制造要求综合力学性能好〔强韧并 兼〕的各种重要零件,应用很广.
• 常用牌号：40Cr：40表示平均含碳量为0.40%左 右,Cr后 无数字 表示该 元素的 平均质 量分数 在 1.5%以下.
• 四、合金弹簧钢
• 合金弹簧钢一般ωc=<0.45～0.7>%,常加的合金 元素是Si和Mn,有些弹簧钢中还加入Cr、W、V 等合金元素.
• 二、其他特殊钢简介 • 1．抗氧化钢和热强钢 • 抗 氧 化 钢 :ICr18Si2 、 1Al3Mn2MoWTi 等 都 是
这类钢. • 热强钢:不锈钢中的Cr13型钢和Cr18Ni9型钢都
可作为热强钢
• 2．抗磨钢 • 高锰钢ZGMn13 一般都铸造成零件,经水韧处理
和磨削加工后使用.主要用来制造坦克、拖拉机 履带、碎石机齿板、挖泥机挡板等承受高压、 冲击及强烈磨损的零件.
第一节 合金元素在钢中的作用
• 一、与Fe和C的作用 • 1．合金元素与Fe的作用
第八章 合金钢
第一节 合金元素在钢中的作用
• 一、与Fe和C的作用 • 1．合金元素与Fe的作用
• 大多数合金元素能溶入铁索体,形成合金铁素体,产生固溶 强化,使铁素体的强度、硬度提高.
• 2．元素与C的作用
贝氏体类钢、奥氏体类钢. • • 按退火状态的组织可分为亚共析钢〔铁素体十珠光体〕、
共析钢〔珠光体〕.、
第三节 合金结构钢
• 一、低合金结构钢〔普通低合金钢〕 • 低合金结构钢：ωc=<0.10～0.25>%并含有少量〔多在
3%以下〕合金元素的普通低碳结构 • 钢.通常在热轧或正火状态下使用. • 常 用 牌 号 ： 16Mn ： 16 表 示 平 均 含 碳 量 为 0.16% 左
• 调质钢常用于制造要求综合力学性能好〔强韧并 兼〕的各种重要零件,应用很广.
• 常用牌号：40Cr：40表示平均含碳量为0.40%左 右,Cr后 无数字 表示该 元素的 平均质 量分数 在 1.5%以下.
• 四、合金弹簧钢
• 合金弹簧钢一般ωc=<0.45～0.7>%,常加的合金 元素是Si和Mn,有些弹簧钢中还加入Cr、W、V 等合金元素.
• 二、其他特殊钢简介 • 1．抗氧化钢和热强钢 • 抗 氧 化 钢 :ICr18Si2 、 1Al3Mn2MoWTi 等 都 是
这类钢. • 热强钢:不锈钢中的Cr13型钢和Cr18Ni9型钢都
可作为热强钢
• 2．抗磨钢 • 高锰钢ZGMn13 一般都铸造成零件,经水韧处理
和磨削加工后使用.主要用来制造坦克、拖拉机 履带、碎石机齿板、挖泥机挡板等承受高压、 冲击及强烈磨损的零件.
合金钢全部课件
Anming Li, Dept of MSE,hpu
34
材料科学与工程学院
（3）性能：
（4）用途：
渗C钢：
用于承受冲击载荷，且耐磨的零件。
例：汽车后桥主动轮齿轮。
调质钢：用于运转平稳，要求好的综合性能的零件。
例： 一般的齿轮、轴、连杆等。
钢号及热处理
σb
(MPa)
σs
(MPa)
δ
％
ψ
(%)
20CrMnTi 渗C→淬火+200 0C
耐低温
碳钢在韧脆转换温度以下变脆
耐腐蚀
碳钢不能抵御大气、酸碱盐的腐蚀
导磁性
碳钢的导磁率较低
无磁性
碳钢在磁场中不可避免会被磁化
2024/7/17
Anming Li, Dept of MSE,hpu
8
材料科学与工程学院
正是碳钢的不足，促进了合金钢的发展
合金钢的发展，促进了工业技术的进步
长 江 上 的 三 座 桥
2024/7/17
Anming Li, Dept of MSE,hpu
31
材料科学与工程学院
根据强韧要求不同，采用不同的回火温度。
例： 40CrNiMo 850℃油淬后：
回火温度对40CrNiMo力学性能的影响
回火温度℃
σb(MPa)
δ％
ψ(%)
ak(J/mm2)
600
850
12
55
0.9
200
1500
大型热卷弹簧
2）Si可以有效提高钢的比例极限
Cr、Si、Mn 可提高淬透性；
3）Si、V的使用可以提高
回火稳定性。
3、热处理及典型钢种：
合 金 钢
1、低合金工具钢 2、高速工具钢
1、低合金工具钢
高硬度、高耐磨性、较好的红硬性（250℃～300℃）
热处理： 等温球化退火→等温淬火+低温回火去应力
例：9Mn2V、9SiCr、Gr2、GrMn、 CrWMn 。
用途：主要用来制作低速切削及手动工具。 如：板牙、丝锥、绞刀、刨刀等
丝锥 板牙
2、高速工具钢
Q295A
（一）低合金高强度结构钢
1、牌 号
低合金高强度结构钢 的牌号：
Q295A
（1）代表屈服点的字母Q ； （2）代表屈服强度的数值； （3）钢的质量等级符号：A、B、C、D。
Q295A：表示屈服强度为295MPa，质
量等级为A的低合金高强度结构钢
2、用途：
① Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、 桥梁、车辆等大型钢结构。 ② Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中 等压力的压力容器。 ③ Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体， 强度高,用于石化中温高压容器。
合金钢
【合金钢】 钢里除铁、碳外，加入其他的元
素，就叫合金钢。
在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多 种合金元素而构成的铁碳合金。 根据添加元素的不同，并采取适当的加工 工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、 耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
合金钢
合金钢按用途分类有：
一、合金结构钢 二、合金工具钢 三、特殊性能钢
⑤性能特点：含C量在0.1%以下，比马氏体不锈钢的耐蚀性 好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。 ⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等 ⑦不具有磁性或者弱磁性
2、耐热钢 定义:钢的耐热性是高温抗氧化性 和高温强度(热强性)的总称,耐热 钢通常分为抗氧化钢(不起皮钢) 和热强钢。
第8章 合金钢.
大型热卷弹簧
冷卷螺旋压缩弹簧
气门弹簧：50CrV
卷制成型→淬火+中温回火→喷丸强化
火车螺旋弹簧：50CrMn
卷制成型→淬火+中温回火→喷丸强化
自行车手刹弹簧：60,65
承受载荷小，精度要求不高 冷卷成型即可，去应力
五、滚动轴承钢
1、用途：
主要制造滚动的轴承的滚动体（球、柱、针）及内/外圈。
也可以制造量具，模具等耐磨件。
4、热处理：
出厂后热轧空冷（正火）后使用，无需热处理。（F+S）
5、常见牌号
Q345钢用量最多，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。（16Mn） Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo，强度高，用于石化中温高压容器
Q235属于什么钢？区别？
北京火车站 万里长城
（2）Cr-V型：
50CrVA， 高温强度和韧性进一步提高，可承受较大载荷的大弹簧， 如发动机气门弹簧，可承受300℃的高温。
5、热处理及组织特点
（1）热成型弹簧：热卷成型→淬火+中温回火→喷丸； 使用状态下的组织：T回，用于大截面弹簧(>φ8mm)
（2）冷成型弹簧：钢丝冷成型→定型处理。 （去应力退火） 用于<φ8mm弹簧。（自行车刹车弹簧）
（1）高硬度：≥HRC60 （2）高耐磨性：靠析出细小均匀的硬质碳化物来达到 （3）高热硬性：高温下保持高硬度的能力 （4）足够的韧性：以防止冲击载荷下的脆断和崩刃
3、成分特点：
（1）低合金刃具钢： 高C：0.9-1.1%，加入Cr、Mn、 Si 、W、V， （2）高速钢W18Cr4V： C%：0.70-1.5%C ，合金元素含量高
W、Mo产生二次硬化；Cr提高淬透性；V高耐磨性、细化晶粒
《金属材料及热处理》-8.合金钢
2、成分特点: 碳的质量分数的WC＝0.1%～0.25%，Wme 主要有Cr、Ni、Mn、B、V、Ti、W、Mo等。
3、热处理特点: 渗碳、淬火加低温回火
4、牌 号: 牌号的表示方法 “数字（两位）+元素符号+ 数字”组成。其中前两位数字是以平均万分数表示的碳的质量 分数，元素符号表钢中所含的合金元素，元素符号后的数字是 以名义百分数表示的该元素的质量分数。
类 别
牌号
40Cr
低 40Mn2 淬 透 性 40MnB 钢
40MnVB
中 35CrMo 淬 透 性 钢 35CrMnSi
用途举例
重要的齿轮、轴、套筒、连 杆等
轴、半轴、蜗杆、连杆等
可代替40Cr作小截面重要零 件：如汽车转向节、半轴、蜗 杆、花键轴等
可代替40Cr作作柴油机缸头 螺柱、花键轴等
用作截面不大而要求力学性 能高的重要零件，如主轴、曲 轴、锤杆等
5、5CrMnMo
6、60Si2Mn
7、4Cr13
8、ZGMn13
9、GCr15
10、9SiCr
11、 W18Cr4V
12 、 Q460Fra bibliotek13、 45
14、T10
15、30CrMnSiA
16、 30CrMnSiNi2A
材料科学基础8、合金钢
作者：陈儒军
一、合金元素在钢中的作用
Material Science
20MnVB
代替20CrMnTi，作汽车齿轮、重型 机床上的轴、齿轮等。
有良 好的
高 淬
12Cr2Ni4
大截面重要渗碳件，如大齿轮、轴、 飞机发动机齿轮等。
透
性
大截面、高强度、高韧性的重要渗碳
8 合金 钢
曲轴
连杆
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机 器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。
（常用调质钢）
4、合金弹簧钢
它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。 合金弹簧钢是一种 专用结构钢，主要用于 制造各种弹簧和弹性元 件。
如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2
一、合金结构钢
1、普通低合金结构钢
低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体， 提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。 船舶 桥梁
2、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合 金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透 性，使晶粒细化，耐磨性提高。
2、合金量具钢
用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。 螺 纹 规
游 标 卡 尺
千 分 尺
性能要求：(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。
3、合金模具钢
合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。 冷作模具钢 用途：冷模具用于制造 各种冷冲模、冷镦模、冷挤 压模和拉丝模等，工作温度 不超过200 ℃～300 ℃。
（1）马氏体型不锈钢
如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13
含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性 能要求不高,耐蚀性要求较低的零件.如:
不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀
• 马氏体不锈钢含碳量较高，含铬量较低。 它的强度、硬度、耐磨性随含碳量的增加 而提高，而耐蚀性、焊接性却降低。 • 可根据含碳量制作汽轮机叶片、医疗器械、 量具、不锈钢轴承、弹簧等。