第五章 合金钢
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大学材料科学基础 第五章材料的相结构和相图(1)
弗兰克尔空位
肖脱基空位
2) 为了保持电中性，离子间数量不等的置换会 在晶体内部形成点缺陷。 如：2Ca2+→Zr4+ ，形成氧离子空缺。 3) 陶瓷化合物中存在变价离子，当其电价改变 时，也会在晶体中产生空位。 如：方铁矿中，部分Fe2+被氧化为Fe3+时， 2FeO+O → Fe2O3中，产生阳离子空缺。 同理，TiO2中，部分Ti4+被还原为Ti3+时，产 生阴离子空缺。 这种由于维持电中性而出现的空位，可以 当作电子空穴。欠缺或多出的电子具有一定的 自由活动性，因而降低了化合物的电阻。这种 现象在材料的电性能方面有重要意义。
3．陶瓷材料中的固溶方式
陶瓷材料——一般不具备金属特性，属无机非金属。 无机非金属化合物可以置换或间隙固溶的方式溶入其 它元素而形成固溶体，甚至无限固溶体，但是一般形 成有限固溶体。 如：Mg[CO3] → (Mg,Fe)[CO3] →(Fe,Mg)[CO3] →Fe[CO3] 菱镁矿 含铁菱镁矿 含镁菱铁矿 菱铁矿 不改变原来的晶格类型，晶格常数略有改变。
(3) 多为金属间或金属与类金属间的化合物， 以金属键为主，具有金属性，所以也称金属 间化合物。 (4) 晶体结构复杂。 (5) 在材料中是少数相，分布在固溶体基体 上，起到改善材料性能、强化基体的作用。 中间相可分为以下几类： 正常价化合物；电子化合物；间隙相；间隙 化合物；拓扑密堆相。
1. 正常价化合物 • 通常是由金属元素与周期表中第Ⅳ、Ⅴ、 Ⅵ族元素形成，它们具有严格的化合比， 成分固定不变，符合化合价规律，常具有 AB、AB2、A2B3分子式。 • 它的结构与相应分子式的离子化合物晶体 结构相同，如分子式具有AB型的正常价化 合物其晶体结构为NaCl型。正常价化合物 常见于陶瓷材料，多为离子化合物。如 Mg2Si、Mg2Pb、MgS、AuAl2等。 • 在合金材料中，起弥散强化的作用。
《金属材料与热处理》教材习题答案：第五章 合金钢
《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。
由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。
二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。
三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。
四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。
在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。
3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。
一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。
合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。
特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。
4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。
其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。
机械工程材料第五章 铁碳合金
4、共晶白口铁
L
L→ Ld( A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织:Ld′ 即 P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C 室温相：α+Fe3C
5、亚共晶白口铁
L L→A L→ Ld (A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织: Ld′+P+（Fe3C）Ⅱ 即(P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ 室温相：α+Fe3C
四、 Fe-Fe3C相图的应用
1.为选材提供成分依据
低碳钢（0.10-0.25%C）：建筑结构和容器等 中碳钢（0.25-0.60%C）：如轴等 高碳钢（0.6-1.3%C）：如工具等 白口铁：如拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等
34
2.为制定热加工工艺提供依据
（1）在铸造生产方面的应用 根据Fe-Fe3C相图可以确定铁碳合金的浇注温度， 浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃。 共晶成分的铸铁凝固区间最小（为零），流动性 好，分散缩孔少，可使缩孔集中在冒口内，有可 能得到致密的铸件得到较广泛的应用。
其性能特点是强度低，硬度不高，易于塑性变形。
⑸ Fe3C相（又称渗碳体）：根据其生成条件不同有条状、网状、
片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。
1600 A 1400 N 1200 1000
+L
B 0.53 J 0.17 H 0.09 1495
L
2.11 E
4.3 1148 C
+
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
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：
机械工程材料 第五、六章 工业用钢和铸铁
相当于是在Q235的基础上多添加了0.6～0.8%的 Mn。 3应用 桥梁钢构、船用钢板、车用钢板等。
5-3
南京长江大桥中的钢结构
上海卢浦大桥
5-3
5-3
“利丰南海”—2005年温州地区造 船企业在本土建造的第一艘万吨级 （11000T）国际航线集装箱船
温州船舶建造企业制造—2.3万吨散货 船瑞盛10号，2007年12月25日上午在乐清市 七里港顺利下水
5-1
合金工具钢
用“数字＋元素符号＋数字”表示
例：
9 Mn 2
表示该钢含有钒元素，平均wV小于 1.5% 表示该钢含有锰元素，平均wMn为2%
V
表示wC的千分之几
滚动轴承钢
用“G＋数字”表示
例： G
Cr 1 5
表示该钢含有铬元素，平均wCr为1.5%
“滚动轴承钢”的汉语拼音字头
5-1
不锈钢
第五章 工业用钢
钢的分类、编号、杂质元素 结构钢、工具钢、特殊性能钢
5-1
钢 ：以铁为主要元素，碳一般在2.11%以下并含有其他元素的材料
工业用钢中的元素： 主要元素：碳； 常存元素：锰、硅、硫、磷； 偶存元素：铜、钛、钒、稀土元素； 隐存元素：氧、氢； 合金元素：铬、镍、钨、钼、钒、钛、锰、硅、铜、磷 等。 （Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Al、Cu、Co、 N、B、RE；）
wMn对区的影响
wCr对区的影响
5-2
3、合金元素对钢的热处理的影响
①对奥氏体化的影响 除Ni、Co外，大多数合金元素都延缓钢的奥氏体化过程。 它们阻碍C、Fe的扩散，因此合金钢的A化温度较高、时间较长。 ②对奥氏体晶粒度的影响 除Mn外，几乎所有合金元素都细化晶粒。 以碳化物的细化晶粒效果最显著，阻碍晶界的迁移，从而阻止晶粒长大。 ③对钢的淬透性的影响 除Co外，大多数合金元素，都提高淬透性。 ④对钢的回火稳定性的影响
合金钢的分类及牌号
详细描述
根据用途，合金钢可以分为结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。根据合金元素的种类和含量，合金钢可以分为 低合金钢、中合金钢、高合金钢等。根据金相组织，合金钢可以分为珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢等。这些分 类方式并不是互斥的，而是可以根据实际情况进行交叉分类。
PART 02
合金钢的分类
PART 02
https://
2023 WORK SUMMARY
合金钢的分类及牌号
REPORTING
目录
• 引言 • 合金钢的分类 • 合金钢的牌号 • 合金钢的应用领域 • 总结
https://
目录
• 引言 • 合金钢的分类 • 合金钢的牌号 • 合金钢的应用领域 • 总结
汽车工业
总结词
汽车工业是合金钢的重要应用领域之一，主 要用于制造汽车零部件和车身结构件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的耐 腐蚀性和加工性能等特点，因此在汽车工业 中被广泛应用。例如，汽车的车身结构件、 底盘件、发动机部件等重要零部件多采用合 金钢制造，以提高汽车的安全性和可靠性。
汽车工业
建筑行业
总结词
建筑行业是合金钢的重要应用领域之一，主要用于桥梁、高层建筑、工业厂房等 大型建筑的结构件和连接件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和耐腐蚀性等特点，因此在建 筑行业中被广泛应用。例如，高层建筑的梁、柱、板等结构件多采用合金钢制造 ，以提高建筑的安全性和稳定性。
机械制造
按化学成分分类
低合金钢
含有少量合金元素，如锰、硅、磷等， 主要用于制造对强度和韧性要求不高 的结构和机械零件。
中合金钢
高合金钢
含有大量合金元素，如铬、镍、钨、 钴等，主要用于制造对强度、韧性和 耐腐蚀性要求极高的工模具、不锈钢 和耐热钢等。
根据用途，合金钢可以分为结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。根据合金元素的种类和含量，合金钢可以分为 低合金钢、中合金钢、高合金钢等。根据金相组织，合金钢可以分为珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢等。这些分 类方式并不是互斥的，而是可以根据实际情况进行交叉分类。
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合金钢的分类
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合金钢的分类及牌号
REPORTING
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• 引言 • 合金钢的分类 • 合金钢的牌号 • 合金钢的应用领域 • 总结
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汽车工业
总结词
汽车工业是合金钢的重要应用领域之一，主 要用于制造汽车零部件和车身结构件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的耐 腐蚀性和加工性能等特点，因此在汽车工业 中被广泛应用。例如，汽车的车身结构件、 底盘件、发动机部件等重要零部件多采用合 金钢制造，以提高汽车的安全性和可靠性。
汽车工业
建筑行业
总结词
建筑行业是合金钢的重要应用领域之一，主要用于桥梁、高层建筑、工业厂房等 大型建筑的结构件和连接件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和耐腐蚀性等特点，因此在建 筑行业中被广泛应用。例如，高层建筑的梁、柱、板等结构件多采用合金钢制造 ，以提高建筑的安全性和稳定性。
机械制造
按化学成分分类
低合金钢
含有少量合金元素，如锰、硅、磷等， 主要用于制造对强度和韧性要求不高 的结构和机械零件。
中合金钢
高合金钢
含有大量合金元素，如铬、镍、钨、 钴等，主要用于制造对强度、韧性和 耐腐蚀性要求极高的工模具、不锈钢 和耐热钢等。
第五章合金钢
• 3、特殊性能钢 • 这类钢牌号前面数字表示碳质量分数的千 分数。例如3Crl3钢，表示平均含碳量为wc ＝0.3％，平均wCr＝13％。当碳的质量分 数wc≤0.03％及wc≤0.08％时，则在牌号前 面分别冠以“00”及“0”表示，例如 00Cr17Ni14Mo2，0Cr19Ni9钢等。
• 4、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”。
第二节 合金元素在钢中的主要作用
5.2.1 合金元素与钢的作用
一是溶解碳钢原有相中；二是形成新相。
存在形式决定于元素与碳亲和力、数量和性 质。
1、溶入原有相：
1）溶入F（α 相）形成合金F：非碳化物元素 和部分弱碳化物元素； 例如：Mn、Ni、Co、Si、Al、B 产生固溶
合金元素对铁素体相性能的影响
渗 碳 炉
⑵ 良好的热处理性能,如 淬透性和渗碳能力。
渗碳件—传动齿轮
三、合金渗碳钢
2、成分特点 ⑴ 低碳：0.1~0.25%C ⑵ 合金元素作用： ① 提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B ② 强化铁素体： Cr、Mn、Ni ③ 细化晶粒： W、Mo、Ti、V
渗碳件 高精密 独立导 柱
三、合金渗碳钢
增压柴油机曲轴 汽 车 变 速 箱 齿 轮
四、合金弹簧钢
制造弹簧或类似性能零件的钢种。
1、性能要求
弹簧是利用弹性变形储存能量或 缓和冲击的零件。 （1）高的σe，σs/σb； （2）高的σ-1；足够的塑性和韧性 （3）高的淬透性。
机械工程材料 第五章 钢的热处理.答案
30s
650 550
2s
40s
2s 5s
10s
2、C 曲线的分析 ⑴ 转变开始线与纵
坐标之间的距离为
孕育期。
孕育期越小，过冷
奥氏体稳定性越小.
孕育期最小处称C
曲线的“鼻尖”。
碳钢鼻尖处的温度
为550℃。
在鼻尖以上, 温度较 高，相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度
较低，扩散困难。
从而使奥氏体稳定
为板条与针状的混合
组织。
0.2%C 0.45%C 1..2%C
3、马氏体的性能 高硬度是马氏体性 能的主要特点。 马氏体的硬度主要 取决于其含碳量。 含碳量增加，其硬
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
度增加。
当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。
合金元素对马氏体硬度的影响不大。
℃
温 度 ，
共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
体成分趋于均匀。
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本
相同。但由于先共析 或
二次Fe3C的存在，要获得
全部奥氏体组织，必须相
应加热到Ac3或Accm以上.
二、奥氏体晶粒长大及其影响因素
1、奥氏体晶粒长大 奥氏体化刚结束时的 晶粒度称起始晶粒度, 此时晶粒细小均匀。
(a)940淬火+220回火（板条M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A’少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）
合金钢第五章
二、合金钢的牌号
1．合金结构钢
两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表 示。
前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。 元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素。 后面的数字表示该元素的含量。合金元素含量小于1.5 ％时不标，平均含量为1.5％~2.5％，2.5％~3.5%…时，则 相应地标以2，3…。
合金钢第五章
二、合金渗碳钢
合金渗碳钢在经渗碳+淬火+低温回火的处理后，具有 外硬内韧的性能，用来制造既要有优良的耐磨性和耐疲劳 性、又能承受冲击载荷作用的零件，
含碳量在0.10％～0.25％之间，加入合金元素主要是为 了提高钢的淬透性，并防止钢因在长时间渗碳而造成晶粒 粗大。
其典型热处理工艺为：渗碳+淬火+低温回火。
第五章 合金钢
§5－1 合金元素在钢中的主要作用 §5－2 合金钢的分类和牌号 §5－3 合金结构钢 §5－4 合金工具钢 §5－5 特殊性能钢 *§5－6 钢的火花鉴别
合金钢第五章
导言
合金钢——在碳素钢的基础上，为了改善钢 的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金 元素的钢。
性能：较高的力学性能、较高的淬透性和回 火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、抗蚀性等 特殊性能。
合金钢第五章
合金调制钢的应用
合金钢第五章
四、合金弹簧钢
含碳量一般为0.45％～0.70％。 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。
合金钢第五章
合金弹簧钢的应用
合金钢第五章
五、滚动轴承钢
主要用来制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体（滚珠、 滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐磨零件。
合金钢第五章
合金渗碳钢的应用
合金钢专题教育课件
⑴ 中高碳：碳素弹簧钢为0.6－0.9%C；合金弹簧钢为0.45－0.7%C
⑵ 合金元素作用：
① 提升淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提升屈强比s/b：Si ③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
用于<φ10mm弹簧。
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳旳亲和力从大到小旳顺序为： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性较高，如W2C等。
活塞销
Hale Waihona Puke 凸轮轴中 淬 透 性 钢 ： 20CrMnTi 。 用 于 中档载荷旳耐磨件 ，如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ： 18Cr2Ni4WA 。 用 于大载荷旳耐磨件 ，如柴油机曲轴。
变速齿轮 柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好旳综合力学性能. ⑵ 良好旳淬透性。 2、成份特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
常用提升淬透性旳元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对Ms、Mf点旳影响：除Co、 Al外,全部元素都使Ms 、Mf点下降。
相同含碳量下，合金钢中残余奥氏体比碳钢中多
3、对回火转变旳影响 ⑴ 提升回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降旳能力称回
火稳定性。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物旳析出与汇集。 ⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，因为析出细小弥散旳特殊碳
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下旳组织：T回，
⑵ 合金元素作用：
① 提升淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提升屈强比s/b：Si ③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
用于<φ10mm弹簧。
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳旳亲和力从大到小旳顺序为： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、Nb、V为强碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物旳稳定性、熔点、硬度 、耐磨性较高，如W2C等。
活塞销
Hale Waihona Puke 凸轮轴中 淬 透 性 钢 ： 20CrMnTi 。 用 于 中档载荷旳耐磨件 ，如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ： 18Cr2Ni4WA 。 用 于大载荷旳耐磨件 ，如柴油机曲轴。
变速齿轮 柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好旳综合力学性能. ⑵ 良好旳淬透性。 2、成份特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
常用提升淬透性旳元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对Ms、Mf点旳影响：除Co、 Al外,全部元素都使Ms 、Mf点下降。
相同含碳量下，合金钢中残余奥氏体比碳钢中多
3、对回火转变旳影响 ⑴ 提升回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降旳能力称回
火稳定性。 合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物旳析出与汇集。 ⑵ 产生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，因为析出细小弥散旳特殊碳
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下旳组织：T回，
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二次淬火：高合金钢中回火时A’转变为M回，导致硬度升高的现象。 ⑶ 防止第二类回火脆性 加W、Mo可防止第二类回火脆性。
合金钢的分类
一．按主要用途分
1.合金结构钢:主要用于重要的机械零件和工程结构；
2.合金工具钢:主要用于重要的工模具； 3. 特殊钢：具备特殊的物理或化学性能，用于有特殊
磨性较低，如Fe3C等。
弥散强化
㈡ 合金元素对 Fe-Fe3C 相图
的影响
1、对奥氏体相区的影响 ⑴ Ni 、 Mn 、 Co 、 C 、 N 等是
锰对奥氏体相区的 影响
扩大奥氏体相区的元素，使 A1、A3点下降。
当Mn13%或Ni9%时，S点降
到0℃以下，室温下为单相 奥氏体组织，称奥氏体钢。
4.50-5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 ……等 数字。如20CrNi3。
高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。
特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。
所有合金钢的合金元素量标法相同 例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。
0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%）
④ 当 0.01%< 含碳量上限 ≤ 0.03% 时（超低碳），以
“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）
⑤
当含碳量上限≤0. 01%时(极低碳)，
以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳
量上限为0.01%）。
不锈钢剪刀
第二节合金结构钢
素百分含量+……
含碳量以千分之一为单位。 含碳量的表示方法为： ①当平均含碳量≥1.00%时，
Hale Waihona Puke 用两位数字表示，如11Cr17( 平均含碳量为1.10%)；
② 当0.1%<平均含碳量≤1.0%时，用一位数字表示,如
2Cr13（平均含碳量为0.20%）
③ 当0.03%<含碳量上限＜ 0.1% 时，以“0”表示，如
连杆
曲轴
四、弹簧钢 用于制造各种弹簧的钢种。
1、性能要求
⑴高的弹性极限或屈服极限和高的屈强比，以保证弹簧有足够高的弹性
变形能力，并能承受大的载荷。
⑵高的疲劳极限，以保证弹簧在长期的振动和交变应力作用下不产生疲
劳破坏。 (3)为了满足成形的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧钢应具有一定的 塑性和韧性。 2、成分特点
⑵ Cr 、 Mo 、 Si 、 Ti
、 W 、 Al 等 是 缩 小 奥
氏体相区的元素，使 A1、A3点上升。
当 Cr13% 时，奥氏体
相区消失，室温下为 单相铁素体组织，称 铁素体钢。
铬对奥氏体相区的影响
2、对临界点的影响
扩大奥氏体相区的元素，能使A3和A1点降低，缩小奥氏体
⑵ 良好的淬透性。
2、成分特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、
② 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni
③ 细化晶粒: Ti、V ④ 防止第二类回火脆性: W、Mo
3、热处理及组织特点
调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→
用于<φ10mm弹簧。
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下的组织：T回，
用于大截面弹簧(>φ10mm)
4、弹簧的表面质量
弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法:
①
②
防止表面脱碳；
避免表面缺陷；
③ 进行喷丸处理，使表面产生压应力。
5、常用钢号及用途
用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴和小齿轮等。
活塞销
凸轮轴
中 淬 透 性 钢 ：
20CrMnTi 。 用 于 中 等载荷的耐磨件， 如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ：
变速齿轮
18Cr2Ni4WA 。 用 于 大载荷的耐磨件，
如柴油机曲轴。
柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好的综合力学性能.
要求的零件。如不锈钢、耐热钢等。
合金钢的编号： 2.1合金结构钢
两位数字（表示平均含碳量的万分之几） +合金元素符号 + 该元素百
分含量数字+……
当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量； 当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50-3.49%、3.50-4.49%、
3 、热处理和组织特点
滚动轴承钢是过共析钢。
⑴ 热处理：
球化退火+淬火+低温回火
⑵ 组织： M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 淬火后进行冷处理(-60 － -80℃), 可以减少A’、稳定尺寸。
数字“0”，如Cr06。
5、轴承钢
G+Cr+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。
* 铬含量以千分之一为单位。
如“ GCr15” 的平均含铬量为 1.5%
。
渗碳轴承钢牌号的表示方法与合
金结构钢相同，仅在牌号头部加 字母“G”，如“G20CrNiMo”。
6、不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元
相区的元素能使A3和A1点升高。
所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降
，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共
晶组织（如W18Cr4V）。
㈢ 对热处理过程的影响 1、对奥氏体化的影响 ⑴ 对奥氏体形成速度的影响：除 Ni、Co外，都减缓奥氏体化过
程。
⑵
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴
Ti 、 Nb 、 V 为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度
、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵
W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度
、耐磨性较高，如W2C等。
⑶
Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐
Si、Mn弹簧钢，如60Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。
汽车板簧
大型热卷弹簧
六、滚动轴承钢
主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等 1、性能要求 ⑴ 高强度,硬度和耐磨性。 ⑵ 高的接触疲劳强度。 ⑶ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性. 2、成分特点 ⑴ 高碳：0.95－1.10%C ⑵ 合金元素：以Cr为主(0.4%~1.65%),加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性 Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当 >1.65%Cr时, 会因A’增加而使硬度和稳定性下降。
⑴ 中高碳：碳素弹簧钢为0.6－0.9%C；合金弹簧钢为0.45－0.7%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提高屈强比s/b：Si
③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
主要用于制造各种大型金属结构（如机床、车辆、桥梁、船舶、屋架、铁
路、锅炉及压力容器等）。
一、低合金结构钢
1、性能要求
⑴ 高强度。
⑵ 高塑性和韧性
⑶良好的焊接性能和冷成型性 。 (4)良好的耐蚀性。 2、成分特点 ⑴ 低碳：≤0.2%C. ⑵ 合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。
二、渗碳钢
1、性能要求 ⑴ 表硬里韧。
⑵ 良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。
(3)渗层具有耐磨性，疲劳抗力 2、成分特点 ⑴ 低碳：0.1-0.25%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B
② 强化铁素体：Cr、Mn、Ni ③ 细化晶粒：W、Mo、Ti、V
二、合金元素的主要作用
㈠ 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素 体. Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。引起晶格 畸变，固溶强化
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
3、热处理特点
渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→
渗碳→淬火+低温回火
正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为：
Ac1+30-50℃。
4、使用状态下组织
心部：M低碳回+F
表层：M高碳回+颗粒状碳化物+A’(少量)；
5、常用钢号及用途
低淬透性钢：20、20Cr。
⑵ 合金工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+…… 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这
一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.
当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).
含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加
移，淬透性提高。非碳化物形成元素只使 C 曲线右移，但不改变 C 曲线的形状 。碳化物形成元素，不仅右移，而且改变C曲线的形状，使珠光体和贝氏体转 变区域分开，形成“双鼻子”
常用提高淬透性的元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对 Ms 、 Mf 点的影响：除 Co 、 Al 外 , 所有元素都使 Ms 、
合金钢的分类
一．按主要用途分
1.合金结构钢:主要用于重要的机械零件和工程结构；
2.合金工具钢:主要用于重要的工模具； 3. 特殊钢：具备特殊的物理或化学性能，用于有特殊
磨性较低，如Fe3C等。
弥散强化
㈡ 合金元素对 Fe-Fe3C 相图
的影响
1、对奥氏体相区的影响 ⑴ Ni 、 Mn 、 Co 、 C 、 N 等是
锰对奥氏体相区的 影响
扩大奥氏体相区的元素，使 A1、A3点下降。
当Mn13%或Ni9%时，S点降
到0℃以下，室温下为单相 奥氏体组织，称奥氏体钢。
4.50-5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 ……等 数字。如20CrNi3。
高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。
特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。
所有合金钢的合金元素量标法相同 例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。
0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%）
④ 当 0.01%< 含碳量上限 ≤ 0.03% 时（超低碳），以
“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）
⑤
当含碳量上限≤0. 01%时(极低碳)，
以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳
量上限为0.01%）。
不锈钢剪刀
第二节合金结构钢
素百分含量+……
含碳量以千分之一为单位。 含碳量的表示方法为： ①当平均含碳量≥1.00%时，
Hale Waihona Puke 用两位数字表示，如11Cr17( 平均含碳量为1.10%)；
② 当0.1%<平均含碳量≤1.0%时，用一位数字表示,如
2Cr13（平均含碳量为0.20%）
③ 当0.03%<含碳量上限＜ 0.1% 时，以“0”表示，如
连杆
曲轴
四、弹簧钢 用于制造各种弹簧的钢种。
1、性能要求
⑴高的弹性极限或屈服极限和高的屈强比，以保证弹簧有足够高的弹性
变形能力，并能承受大的载荷。
⑵高的疲劳极限，以保证弹簧在长期的振动和交变应力作用下不产生疲
劳破坏。 (3)为了满足成形的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧钢应具有一定的 塑性和韧性。 2、成分特点
⑵ Cr 、 Mo 、 Si 、 Ti
、 W 、 Al 等 是 缩 小 奥
氏体相区的元素，使 A1、A3点上升。
当 Cr13% 时，奥氏体
相区消失，室温下为 单相铁素体组织，称 铁素体钢。
铬对奥氏体相区的影响
2、对临界点的影响
扩大奥氏体相区的元素，能使A3和A1点降低，缩小奥氏体
⑵ 良好的淬透性。
2、成分特点 ⑴ 中碳：0.25－0.5%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、
② 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni
③ 细化晶粒: Ti、V ④ 防止第二类回火脆性: W、Mo
3、热处理及组织特点
调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→
用于<φ10mm弹簧。
⑵ 热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火；使用状态下的组织：T回，
用于大截面弹簧(>φ10mm)
4、弹簧的表面质量
弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法:
①
②
防止表面脱碳；
避免表面缺陷；
③ 进行喷丸处理，使表面产生压应力。
5、常用钢号及用途
用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴和小齿轮等。
活塞销
凸轮轴
中 淬 透 性 钢 ：
20CrMnTi 。 用 于 中 等载荷的耐磨件， 如变速箱齿轮。
高 淬 透 性 钢 ：
变速齿轮
18Cr2Ni4WA 。 用 于 大载荷的耐磨件，
如柴油机曲轴。
柴油机曲轴
三、调质钢
1、性能要求 ⑴ 良好的综合力学性能.
要求的零件。如不锈钢、耐热钢等。
合金钢的编号： 2.1合金结构钢
两位数字（表示平均含碳量的万分之几） +合金元素符号 + 该元素百
分含量数字+……
当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量； 当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50-3.49%、3.50-4.49%、
3 、热处理和组织特点
滚动轴承钢是过共析钢。
⑴ 热处理：
球化退火+淬火+低温回火
⑵ 组织： M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 淬火后进行冷处理(-60 － -80℃), 可以减少A’、稳定尺寸。
数字“0”，如Cr06。
5、轴承钢
G+Cr+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。
* 铬含量以千分之一为单位。
如“ GCr15” 的平均含铬量为 1.5%
。
渗碳轴承钢牌号的表示方法与合
金结构钢相同，仅在牌号头部加 字母“G”，如“G20CrNiMo”。
6、不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元
相区的元素能使A3和A1点升高。
所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降
，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共
晶组织（如W18Cr4V）。
㈢ 对热处理过程的影响 1、对奥氏体化的影响 ⑴ 对奥氏体形成速度的影响：除 Ni、Co外，都减缓奥氏体化过
程。
⑵
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴
Ti 、 Nb 、 V 为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度
、耐磨性高，如TiC、VC等。
⑵
W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度
、耐磨性较高，如W2C等。
⑶
Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐
Si、Mn弹簧钢，如60Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。
汽车板簧
大型热卷弹簧
六、滚动轴承钢
主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等 1、性能要求 ⑴ 高强度,硬度和耐磨性。 ⑵ 高的接触疲劳强度。 ⑶ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性. 2、成分特点 ⑴ 高碳：0.95－1.10%C ⑵ 合金元素：以Cr为主(0.4%~1.65%),加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性 Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当 >1.65%Cr时, 会因A’增加而使硬度和稳定性下降。
⑴ 中高碳：碳素弹簧钢为0.6－0.9%C；合金弹簧钢为0.45－0.7%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr
② 提高屈强比s/b：Si
③ 细化晶粒：V
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250－300℃低温退火)。
主要用于制造各种大型金属结构（如机床、车辆、桥梁、船舶、屋架、铁
路、锅炉及压力容器等）。
一、低合金结构钢
1、性能要求
⑴ 高强度。
⑵ 高塑性和韧性
⑶良好的焊接性能和冷成型性 。 (4)良好的耐蚀性。 2、成分特点 ⑴ 低碳：≤0.2%C. ⑵ 合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。
二、渗碳钢
1、性能要求 ⑴ 表硬里韧。
⑵ 良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。
(3)渗层具有耐磨性，疲劳抗力 2、成分特点 ⑴ 低碳：0.1-0.25%C ⑵ 合金元素作用：
① 提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B
② 强化铁素体：Cr、Mn、Ni ③ 细化晶粒：W、Mo、Ti、V
二、合金元素的主要作用
㈠ 对钢中基本相的影响 1、溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素 体. Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。引起晶格 畸变，固溶强化
2、形成合金碳化物，起强化相作用
合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
3、热处理特点
渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→
渗碳→淬火+低温回火
正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为：
Ac1+30-50℃。
4、使用状态下组织
心部：M低碳回+F
表层：M高碳回+颗粒状碳化物+A’(少量)；
5、常用钢号及用途
低淬透性钢：20、20Cr。
⑵ 合金工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+…… 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这
一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.
当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).
含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加
移，淬透性提高。非碳化物形成元素只使 C 曲线右移，但不改变 C 曲线的形状 。碳化物形成元素，不仅右移，而且改变C曲线的形状，使珠光体和贝氏体转 变区域分开，形成“双鼻子”
常用提高淬透性的元素为： Cr、 Mn、Si、Ni、B。
⑵ 对 Ms 、 Mf 点的影响：除 Co 、 Al 外 , 所有元素都使 Ms 、