合金元素在钢中的作用

第六章合金钢

合金钢的优点：高的强度和淬透性

第一节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）

第二节低合金钢

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

第三节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

第四节合金结构钢

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