机械工程材料(钢铁材料——合金钢)

第一节 钢铁材料
二、合金钢
2、合金钢结构钢 (2) 机械制造用钢
1)合金渗碳钢 在机械制造中有许多零件是在高速、重载、较强烈的冲击和受磨损条
件下工作的，如汽车、拖拉机的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等， 要求零件的表面具有高硬度、高耐磨性，而心部有足够的韧性，为了满 足这样的性能要求，可采用合金渗碳钢。所谓合金渗碳钢，就是用于制 造渗碳零件的合金钢。合金渗碳钢的碳含量一般在0 1%～0 25%之间， 加入的主要合金元素是铬、镍、锰、硼等，还加入少量的钒、钛等元素。 经过渗碳处理后，再进行淬火和低温回火处理，达到表面高硬度、高耐 磨性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢。
（２）合金钢牌号表示方法 合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号加数字表示。前 面的两位数字表示钢的平均碳含量的万分数，元素符号表示 钢中所含的合金元素，而后面数字表示该元素平均含量的质 量分数。当合金元素含量小于1 5%时，牌号中只标明元素 符号，而不标明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等， 则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。例如60Si2Mn， 表示平均碳含量为0.6%；含硅量约为2%，含锰量小于1.5%。
第四章 机械工程材料
第一节 钢铁材料 二、合金钢
合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢，加入的其他 元素就叫做合金元素。常用的合金元素有硅（Ｓｉ）、锰 （Ｍｎ）、铬（Ｃｒ）、镍（Ｎｉ）、钨（W）、钼（Ｍ ｏ）、钒（V）、钛（Ｔｉ）、铝（Ａｌ）、硼（B）及稀土 元素（Ｒｅ）等。合金元素在钢中的作用，是通过与钢中的 铁和碳发生作用、合金元素之间的相互作用提高了钢的力学 性能，改善钢的热处理工艺性能。
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3)合金弹簧钢 合金弹簧钢是用于制造各种弹簧的专用合金结构钢。弹簧是各种机构
和仪表的重要零件。它是利用在工作时产生弹性变形，在各种机械中起 缓和冲击和吸收振动的作用，并可利用其储存能量，使机件完成规定动 作。弹簧一般是在动载荷下工作，要求合金弹簧钢具有高的弹性极限、 高疲劳强度、足够的塑性和韧性、良好的表面质量。因此，合金弹簧钢 具有合理的化学成分，并进行适当的热处理。合金弹簧钢碳含量一般在0
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（２）合金钢牌号表示方法 合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢相似，其区别在
于用一位数字表示平均碳含量的千分数，当碳含量大于或等 于1 00%时则不予标出。如：9SiCr，其中平均碳含量为0
9%，Si、Cr的含量都小于1 5%；Cr12MoV，表示平均 碳含量大于1 00%，铬含量约为12%，钼和钒的含量都小 于1 5%的合金工具钢。
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2、合金钢结构钢 (2) 机械制造用钢
机械制造用钢主要用于制造各种机械零件。它是在优质或 高级优质碳素钢结构钢的基础上加入合金元素制成的合金结 构钢。这类钢一般都要经过热处理才能发挥其性能。因此， 这类钢的性能与使用都与热处理相关。机械制造用合金结构 钢按用途和热处理特点，可以分为合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢等。
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2、合金钢结Байду номын сангаас钢 (2) 机械制造用钢
2)合金调质钢 合金调质钢一般指经过调质处理（淬火后高温回火）后使用的合金结
构钢。这种钢经调质处理后具有高强度和高韧性相结合的良好的综合力 学性能。为了获得综合力学性能，必须具有合理的化学成分。合金调质 钢的碳含量在0 25%～0 50%之间，主加合金元素为锰、铬、硅、镍、 硼等，还加入少量的钼、钨、钒、钛等元素。合金调质钢主要用于那些 在重载荷、受冲击条件下工作的零件，如机床主轴、汽车后桥半轴、连 杆等。40Cr钢是合金调质钢中最常用的一种，其强度比40钢高20%，并 有良好的韧性。
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【教学内容】
1、合金元素对钢组织和性能的影响 2、低合金钢，合金钢的分类和编号 3、低合金钢、合金结构的牌号、性能及应用
【教学要求】
初步了解合金元素对钢组织和性能的影响；一般了解低合 金钢、合金钢的分类和编号；较熟练掌握常用低合金钢、合 金结构的牌号、性能及用途，并具有初步运用的能力 。
除此之外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用途在钢号 前面冠以汉语拼音，而不标出含碳量。如GCr15为滚珠轴承 钢，“G”为“滚”的汉语拼音字首。还应注意，在滚珠轴 承钢中，铬元素符号后面的数字表示铬含量的千分数，其他 元素仍用百分数表示。如GCr15SiMn，表示铬含量为1 5%， 硅、锰含量均小于1 5%的滚珠轴承钢。
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2、合金钢结构钢 (1) 工程结构用钢
工程结构用钢主要用于制造各种工程结构，如桥梁、建筑、船舶、车辆、 高压容器等。这类钢是在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素制 成的钢，故名普通低合金结构钢（简称普低钢）。由于合金元素的作用， 普低钢比相同含量的普通碳素结构钢强度高得多，而且还具有良好的塑 性、韧性、焊接性和较好的耐磨性。因此，采用普低钢代替普通碳素结 构钢可减轻结构重量，保证使用可靠，节约钢材。如用普低钢16Mn代替 Q235钢，一般可节约钢材25%～30%以上。 普低钢大多数是在热轧状态下使用。加工过程中经常采用冷弯、冷卷和 焊接成构件后不再进行热处理。主加元素为锰（0 8%～1 8%），为 了某些需要，还加入钒、钛、铌、铜或铬、钼、硼等元素，合金元素总 量一般不超过3%。常用普低钢的性能和用途见表4-5。
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1、低合金钢的分类
合金钢的分类方法很多，按主要用途一般分为： 合金结构钢：主要用于制造重要的机械零件和工程结构。 合金工具钢：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。 特殊性能钢：具有特殊的物理、化学性能的钢。
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45%～0 75%之间，加入主要元素有锰、硅、铬等，有些弹簧钢还加 入钼、钨、钒等元素。合金弹簧钢经淬火后进行中温回火处理。