第07章 合金钢

第二节 合金元素在钢中的作用
三、对相变过程的影响
1．对过冷奥氏体分解
3. 对C曲线的形状 其中主 要表现为C曲线弯曲出现 两个鼻尖，珠光体转变 和贝氏体转变各对应一 个，严重的造成这两个 转变曲线分离，中间出 现一亚稳区，有的对其 中某一种转变有抑制作 用，两个鼻尖一前一后， 而严重时，其中的某一 中转变受抑制，而只能 发生一种转变，如出现 贝氏体钢 。
第三节 合金结构钢
结构钢主要用来制造工程构件，是机械、交通、石化、 建筑用金属材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。
一低合金高强度钢
用途：工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁、建筑等。
性能要求： ①高强度，300Mpa以上，受力省料和减少自重； ②高韧性，δ ＞20％，直到－40℃，ak≥24J，安全性和防止 冷脆；③好的焊接性和冷变形性，有利成形。
成分特点：①低碳，WC＜0.20%Wt，以保证足够的韧性；②以Mn 为主强化元素，提高强度，元素来源方便，且价格较廉,一般 含量在1.2－1.5%，个别低碳的可到1.8%；③部分钢中加入 少量Nb、V强碳化物形成元素，防止热轧加热过程中晶粒长大， 达到细化晶粒的效果；④针对特殊用途，可加入Cu、P，提高 钢的抗腐蚀能力。
二、常用合金钢的牌号
各个国家钢的牌号命名的方法各不相同，仅介绍我国冶金 部统一命名的一般规定。 （碳钢以前已经介绍过）
合金结构钢(合结钢) 牌号的组成为：数字＋元素符号和数字 ＋字母，其中第一部分用两位数字表示钢的含碳量的万分之 几；第二部分用化学元素符号表示钢中的所含主要或关键合 金元素，元素含量超过1.5的将含量的百分数用数字标注在 元素符号的后面；第三部分的字母为级别标志，注明特殊要 求或专门用途。例如20CrMnTi、40Cr、40MnB、60Si2Mn等。 合金工具钢(合工钢) 牌号的组成和合结钢基本相同，仅第一 部分用一位数字表示钢的含碳量的千分之几，含碳量大于 1.0％的将这部分数字略去，如1Cr18Ni9Ti、5CrNiMo、 9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。 其他专用牌号 对于某些专门用途或特殊性能的钢有些牌号， 如滚动轴承钢GCr15、GCr6，铸钢件ZG45、ZGMn13，易切削 钢 Y40CrSCa 等等。
2．产生二次硬化效果
一些含W、Mo、V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后， 出现硬度上升，一般在500－600℃中出现一硬度的高峰值，这 种现象称为“二次硬化”。 ①淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发 生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发 生马氏体转变，材料的硬度得到提高；②在500－600℃下，马 氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度 高，同时强化了铁素体的基体。
第二节 合金元素在钢中的作用
一、对钢中基本相的影响
2. 碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁强， 常用元素主要有Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、Ti等。 量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体 (Fe,M)3C， 一般合金渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解 和聚集长大比Fe3C难。当钢中合金元素和碳量都较 高时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有 Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、WC、MoC、VC、TiC 等，它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。 3. 与碳、碳之外的其他元素的结合 合金元素与非 金属元素N、O、S结合，生产夹杂物，钢中常见的 有TiN、AlN、SiO2、Al2O3、MnS、Ni3Al、Ni3Ti等。 此外Pb、Cu、C(石墨)以游离态的方式存在于钢中。
第二节 合金元素在钢中的作用
三、对相变过程的影响
1．对过冷奥氏体分解 合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢 的TTT曲线的影响。
1. 淬透性 Co使C曲线左移，降 低钢的淬透性，其它元素都使 C曲线右移，提高淬透性。
2. 马氏体点 除Si、Al外，这些 元素还会使钢的马氏体点的温 度下降。降低钢的马氏体点， 在淬火到室温时的残余奥氏体 增加。
第三节 合金结构钢
一、低合金高强度钢
热处理：一般不需专门热处理，热轧空冷后(相当于正火)直接 使用。 常用的钢号：
第三节 合金结构钢
一、低合金高强度钢
热处理：一般不需专门热处理，热轧空冷后(相当于正火)直接 使用。
第三节 合金结构钢
二、渗碳钢
用途：工件的表面承受强的磨擦、磨损以及交变应力，经常承受 高的载荷，特别是冲击载荷。例如汽车、拖拉机、内燃机中 传递动力的齿轮。 性能要求： ①材料的主体或称心部需要足够的强度及优良的 韧性，以保持足够的支撑能力，为此同时有良好的淬透性； ②表面处理后，要有高的硬度，来其耐磨性和接触疲劳抗力； ③能适应高温渗碳工艺。 成分特点：①低碳，0.10－0.20%C，为达到表面的硬度，零件 需要淬火，可以保证心部在表面淬火时形成板条马氏体，依 然有足够塑性和韧性；②加入提高淬透性的合金元素，常用 Cr、Mn、Ni、B为主强化元素；③加入少量强碳化物形成元 素，如Ti、V、Mo等，它们在钢中形成大量较细的碳化物， 使钢在渗碳过程，即长时间的高温下停留，阻止奥氏体的晶 粒长大。
第二节 合金元素在钢中的作用
一、对钢中基本相的影响
第二节 合金元素在钢中的作用
二、对铁碳相图的影响
1. 扩大γ 相区 合金元素的加入，使A3线下移，而A4上扬，扩 大了γ 相区。这类元素有Mn、Ni、Co、N等，也称为γ 相稳 定化元素。碳也是属于扩大γ 相区的元素。当它们的含量增 加，A1线也下移。当它们的含量超过一定量后，以致在室温 下只有单相的奥氏体存在，即A1点降到室温以下或根本不出 现fcc向bcc的转变，这时的钢称为奥氏体类型钢。
第三节 合金结构钢
二、渗碳钢
热处理：锻造毛坯――正火――机械加工――渗碳、淬火、低回 ――精加工。其中关键热处理工艺过程是渗碳。 常用的钢号： ①低淬透性合金渗碳钢 15Cr、20Cr、16Mn2、20Mn2等，淬透 性不算高，用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等，渗 碳层较薄，但渗碳后晶粒尺寸可能较大，需空冷，二次淬火。 ②中淬透性合金渗碳钢 20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、 20MnVB，这类钢中合金元素总量较高(≤4％)，淬透性和韧性均 较高，渗碳后一般预冷到870℃左右直接在油中淬火，用于变速 箱齿轮、十字轴等零件。 ③高淬透性合金渗碳钢 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W等，这类钢中 含有的合金元素总量更高(≤7.5％)，淬透性很大，强韧性配合 好，可承受重载，用于尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的 主动牵引齿轮，它们淬火到室温往往残余奥氏体量还很多，需 要进行冷处理或其他专门方式的热处理。
第二节 合金元素在钢中的作用
四、对回火转变的影响
3．出现第二类回火脆性
回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内， 韧性出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。 一般的碳钢和合金钢在350℃附 近回火都出现这种现象，称为第一 类回火脆性，通常是不可避免的， 所以回火不宜在这个温度进行。部 分合金钢在500－650℃回火后缓冷 时，也出现韧性下降，称为第二类 回火脆性，通常认为是部分合金元 素如Ni、Cr、Mn或杂质S、P等在晶 界处出现偏聚有关，只要在回火后 采用较快的速度冷却，如在水或油 中冷却，就可以避免第二类回火脆 性的产生。
第七章 合金钢
分类及编号 合金元素在钢中的作用 合金结构钢 合金工具钢 特殊钢
第一节 分类及编号
一、合金钢介绍
为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能， 在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素(即通常称 为合金元素)，所得到的钢称为合金钢。 改善对象
1. 提高强度 2. 提高淬透性 3. 提高高温强度、热硬性 4. 提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、 电磁等特殊性能
第二节 合金元素在钢中的作用
二、对铁碳相图的影响
3. 影响共析点S的成分 合金元素的加入，随着对γ 相区的缩小 或扩大，除造成A1温度的上升或下降外，对S点还会造成左右 移动，即改变S点的成分。统计表明，几乎所有的元素都使S 点左移，同时E点也随之左移。例如在Mo、W、Ti含量高的钢 中，0.3－0.4%的碳量已是过共析钢，而含碳量达到0.8－ 1.0％就超过了E点，在钢的组织中出现了莱氏体。
第一节 分类及编号
一、合金钢介绍
钢中常用合金元素 钢的成分中含有的元素一般除Fe、C外，还包括：
常存合金元素
未清除净的杂质 强碳化物元素 其他元素
Si、Mn
S、P、H、O V、Nb、Tb、Zr、B RE(稀土)、Al
主要元素(含量较高) Cr、Ni、W、Mo
第一节 分类及编号
二、合金钢分类
1．按用途分类
第二节 合金元素在钢中的作用
一、对钢中基本相的影响
合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶 解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式 决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的 亲和力。 1. 非碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁 弱，常用元素主要有Ni、Co、Si、Al、B等。它们 在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。 所有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材 料的强度和硬度。Cr、Ni、Mn少量溶入时，对塑性 影响不大，而因强度的提高了材料的韧性；当数量 过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少 量的下降。
碳钢 仅含有一定量非人为特意加入的常存元素Si、Mn等。 合金钢 为达到某种性能要求，人为加入了必要的合金元素。 按其加入的量较多元素又有铬钢、锰钢、铬锰钢、钨钼 钢等；按其总量分为低、中、高合金钢。
<5% 5—10% >10%
第一节 分类及编号
二、合金钢分类
主要用途 插入教材图
第一节 分类及编号
第二节 合金元素在钢中的作用
四、对回火转变的影响
1．提高了钢的回火稳定性