电子课件-《金属材料与热处理(第七版)》-A02-3668 第六章
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金属材料及热处理知识第6章
3.热处理及性能
合金调质钢的最终热处理为调质处理，对于某些受冲击的表面耐 磨零件，也可在调质后进行表面淬火并低温回火，或调质后氮化处理。 而对于大截面的碳素调质钢零件，往往使用正火代替调质处理。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-3 常用合金调质钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 (摘自GB/T 3077-1999)
2.牌号表示及常用钢号 牌号前用字母“G”表示滚动轴承钢的类别，后附元素符号Cr和其
平均含量的千分数及其他元素符号。常用滚动轴承钢的牌号、化学成 分、热处理工艺及用途见表6-5。
3.热处理
预先热处理为球化退火，最终热处理是淬火和低温回火。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-5 常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途
3.热处理及性能
合金渗碳钢零件的预先热处理为正火，最终热处理一般是渗碳后 淬火加上低温回火。
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 （摘自GB/T 3077-1999）
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途（续）
第六章 低合金钢与合金钢
第四节 合金结构钢
五、高锰耐磨钢
1. 化学成分
高锰耐磨钢的含碳量高，碳的质量分数w(C)=0.9%～1.45%，锰的 质量分数w(Mn)=11%～14%。
2.牌号表示及常用钢号 牌号由字母“ZG”（表示铸钢）后附元素符号Mn及其含量百分数
表示。
3.热处理
将钢加热到1 000～1 050℃高温，保温一段时间，使钢中碳化物 全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，得到单 相奥氏体组织。
金属材料与热处理教材说课PPT课件
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19
2、案例分析 在教学中运用大量案例进行分析，通过案例教学使学生真正理解金属材料选取
和合理选择热处理工艺在机械加工制作工作中、在生产各行业的作用，知道金属材 料与热处理在具体应用时要遵循的原则和灵活性，体现了这门课的实践性。
3、课堂讨论 课堂讨论也是本课程常用的一种教学方法，为了使学生更为主动的学习，更为
考核学生学习成绩应加强平时训练与考察。 采用多级测评，平时学习与作业等占总成绩的40%；期 末考试（闭卷）占总成绩的60%。 由于平时的训练和考察加强了，因而在课程教学期间 学生能投入其中，较牢固地掌握所学知识。
.
11
1.利用多媒体教室教学
通过多媒体让学生能比较形象的观察一些图片。
五.教学保障条件
一、课程的产生及依据
主要 内容
二、课程的地位和作用 三、课程的教育目标 四、教学内容、方法及考核
五、教学保障条件
六、教学模块展示
.
1
公共基础课程
企业 调研
毕业 调研
一.培养目标及就业岗位课程知识、能力、素质的产生课程体系 及依据专专专业业业基核拓础心展课课课程程程
.
2
1.课程的地位
二.课程的地位专和业提作升课用程 ……
（4）具有对典型机械零 件进行合理选材、合理选 择毛坯种类及安排热处理 工序的能力
理论知识的实际应用
.
6
三 素质目标
（1）培养学生的沟通能力及团队协作精神。 （2）培养学生分析问题、解决问题的能力。 （3）良好的职业道德和吃苦耐劳的精神。
（4）培养学生的质量、成本、安全意识。
.
解基 于 企 业 文 化 的 综 合 素 质 分
7
1.教学内容
第六章 淬火与时效(1)
为塑性提高，虽然强度有下降）。
3. 与铸造态合金比较：塑性提高。铸态组织（第二相）
MSE___材料科学与工程学院
中南大学
c. 固溶处理的应用
金属材料热处理
1.目的：获得过饱和固溶体(尽可能使基体成分均匀)。
热处理强化铝合金中常用
2.在某些合金如QBe 、Cr18Ni9钢等可作为冷变形前的软化处 理（中间退火）。
中南大学
金属材料热处理
Note:
At the early stage of formation of G.P zone, the clustering sequence is changeable, e.g. in the Al-Mg-Si alloys. The general sequence is as follows: Through Atomic Probe Field Ion Microscopy-(APFIM) Clusters of Si atoms Clusters of Mg atoms
金属材料热处理
列
G.P（spheric）→’（flake） →（Ag2Al） G.P（pole） → ’’→ → ’→ (Mg2Si) G.P（plate）→’’（plate）→ ’ → (CuAl2)
Cu
Fe Ni
Cu-Be
Fe-C (pure Fe) Ni-Cr-Al-Ti
G.P（plate）→’ →(2)（CuBe）
分解驱动力：体积Gibbs能之差。
分解阻力： 梯度能：化学键失去平衡导致能量增加。浓度梯度 应变能：成分分离必然引起晶格常数变化从而导致共格应变能。
MSE___材料科学与工程学院
中南大学 G T
2’
2
工程材料-第六章_钢的热处理ppt课件
第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
预备热处理：为随后的加工或热处理作准备
热处理工艺
最终热处理：赋予工件所需的力学性能
举例：
零件的典型加工工艺路线：
毛坯
（锻件）
预备热处理
（退火、正火）
机加工
（车削）
最终热处理
（淬火、回火）
精加工
（磨削）
第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of Steels）
②相界处晶格畸变较大，原子排列不规 则，有利于获得奥氏体的fcc结构要求。
③相界处碳浓度相差较大，有利于获得 A形核所需的碳浓度要求。
FA Fe3C
A形核
第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
2.奥氏体的长大
A晶核形成后,将通过F→A转变和Fe3C溶 入A的过程不断长大。
分析：
AF Fe3C
冷 却
却
时间
➢ 等温冷却（Isothermal Cooling）
将A快速冷至临界温度以下某一温度，使A在该温度下转变成其他组 织，然后再冷却至室温。
➢ 连续冷却（Continuous Cooling）
A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。
第六章 钢的热处理－§6.3 钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 过冷奥氏体（Undercooling Austenite）：
s0＝0.60～1.0m，形成温度为Ar1～650C
➢ 索氏体（Sorbite） 符号：S
s0＝0.25～0.3m，形成温度为650C～600C
《金属材料与热处》PPT课件_OK
金属材料与热处理
主编
2021/9/3
1
课题5 金属材料的表面处理
• 课题引入 课题说明 课题目标 5.1 金属材料表面处理概述 5.2 表面淬火 5.3 表面化学热处理技术 5.4 化学氧化与磷化处理 5.5 电镀技术 5.6 表面气相沉积技术 5.7 其他表面处理技术 5.1 思考题
2021/9/3
2021/9/3
11
３.火焰淬火操作要点及注意事项
•(１)对被淬火表面预先进行认真清理和检查，淬火部位不允许有脱碳层、氧化皮、 气孔、砂眼和裂纹等缺陷。 (２)根据零件淬火部位及技术要求选择合适的喷嘴。 (３)在淬火前零件一般应进行预备热处理，如正火或调质处理，以保证零件心部的 强度和韧性。 (４)合理调整氧、乙炔混合气。 (５)火焰淬火温度比普通淬火温度要高，一般取880～950℃。 (６)合理选择淬火介质。 (７)工作结束后，先关断氧气，再关断乙炔，等熄灭后再开少量氧气吹出烧嘴中剩 余气体，最后再关掉氧气。 (８)工件淬火后必须立即回火，以消除应力，防止开裂。
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32
5.3.4 渗硼技术
•２.液体渗硼 • •盐浴渗硼是利用硼砂作为供硼源，无水硼砂（N 2B 4O 7）在高温熔融状态和 还原剂作用下，有活性硼原子产生。在高温下游离状态的活性硼原子，被工件表面 吸附，与铁原子生成硼化物eB和e 2B。盐浴渗硼多采用坩埚电阻炉，而且多是自
•渗硼温度为〖WTBZ〗900～1000℃〖WTBZ〗，时间为4～6h。盐浴配制完成后加 热到渗硼温度，保温0 5h，再搅拌一次，方可放入渗硼工件。渗硼工件要吊装在 坩埚内，每隔0 5～1h将工件适当地移动，以保证渗硼层均匀。达到渗硼保温时间 后，即可出炉。不需淬火的工件从盐浴中取出，空冷，由于有粘在工件上的盐浴液 保护，渗硼层不致损坏。需要淬火的工件应立即转入中性盐浴中加热，然后淬火。
主编
2021/9/3
1
课题5 金属材料的表面处理
• 课题引入 课题说明 课题目标 5.1 金属材料表面处理概述 5.2 表面淬火 5.3 表面化学热处理技术 5.4 化学氧化与磷化处理 5.5 电镀技术 5.6 表面气相沉积技术 5.7 其他表面处理技术 5.1 思考题
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３.火焰淬火操作要点及注意事项
•(１)对被淬火表面预先进行认真清理和检查，淬火部位不允许有脱碳层、氧化皮、 气孔、砂眼和裂纹等缺陷。 (２)根据零件淬火部位及技术要求选择合适的喷嘴。 (３)在淬火前零件一般应进行预备热处理，如正火或调质处理，以保证零件心部的 强度和韧性。 (４)合理调整氧、乙炔混合气。 (５)火焰淬火温度比普通淬火温度要高，一般取880～950℃。 (６)合理选择淬火介质。 (７)工作结束后，先关断氧气，再关断乙炔，等熄灭后再开少量氧气吹出烧嘴中剩 余气体，最后再关掉氧气。 (８)工件淬火后必须立即回火，以消除应力，防止开裂。
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5.3.4 渗硼技术
•２.液体渗硼 • •盐浴渗硼是利用硼砂作为供硼源，无水硼砂（N 2B 4O 7）在高温熔融状态和 还原剂作用下，有活性硼原子产生。在高温下游离状态的活性硼原子，被工件表面 吸附，与铁原子生成硼化物eB和e 2B。盐浴渗硼多采用坩埚电阻炉，而且多是自
•渗硼温度为〖WTBZ〗900～1000℃〖WTBZ〗，时间为4～6h。盐浴配制完成后加 热到渗硼温度，保温0 5h，再搅拌一次，方可放入渗硼工件。渗硼工件要吊装在 坩埚内，每隔0 5～1h将工件适当地移动，以保证渗硼层均匀。达到渗硼保温时间 后，即可出炉。不需淬火的工件从盐浴中取出，空冷，由于有粘在工件上的盐浴液 保护，渗硼层不致损坏。需要淬火的工件应立即转入中性盐浴中加热，然后淬火。
金属材料与热处理第六章答案
1 滑移与孪生的区别及它们在塑性变形过程中的作用。
答：滑移与孪生的区别：（1）滑移是晶体两部分发生相对滑动，不改变晶体位向，孪生是晶体一部分相对另一部分发生均匀切变，发生位向的改变，孪生面两侧原子呈镜面对称。
（2）滑移面上的原子移动的距离是原子间距的整数倍，而孪生方向移动的原子不是原子间距的整数倍。
（3）滑移是个缓慢的过程，孪生产生速度极快。
（4）滑移是在晶体内各晶粒内部产生不均匀，而孪生在整个孪生区内部都是均匀的切变。
作用：晶体产生塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生所需的临界应力要高很多，对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。
2面心立方、体心立方、密排六方金属的主要塑性变形方式是什么？温度、变形速度对其有何影响？铝、铁、鎂中哪种金属的塑性最好？哪种最差？答：面心立方、体心立方有较多的滑移系，塑性变形以滑移为主，而密排六方金属对称性低，滑移系少，塑性变形方式主要是孪生。
变形温度越高，滑移越容易，孪生产生的几率越小，反之变形温度越高，滑移越困难，产生孪晶的几率越大。
变形速度越大，滑移常来不及产生足够大的变形，因此导致切应力增大，产生孪晶的几率也增大。
铝为面心立方结构、铁为体心立方结构、镁为密排六方结构，因此铝的塑性最好，镁的塑性最差。
3绘图说明常见fcc、bcc结构金属的滑移系有哪些？这两种晶体结构的密排面、密排方向是哪些？与滑移系之间有何关系？答：FCC晶格：滑移面就是最密排面：｛111｝包括(111), (111), (111), (111);滑移方向就是最密排方向：〈110〉每个滑移面上有三个，如图中箭头所示。
一个滑移面与滑移面上的一个滑移方向构成一个滑移系，因此滑移系数: 4×3=12BCC晶格：滑移面：｛110｝(110), (011), (101), (110), (011), (101)共6个滑移方向：〈111〉，每个滑移面上两个，如图箭头所示。
《金属材料及热处理》课件
金属材料的耐磨性能提升
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的微观结构，提高耐磨性
合金化：添加其他元素，形成合金，提高耐磨性
表面处理：如电镀、喷涂、涂层等，提高耐磨性
结构设计：优化金属材料的形状和尺寸，提高耐磨性
05
金属材料的应用领域
航空航天领域
飞机制造：铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料广泛应用于飞机制造
热处理的应用
提高金属材料的强度和硬度
改善金属材料的塑性和韧性
消除金属材料的内应力和变形
提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性
改善金属材料的表面质量和尺寸精度
提高金属材料的使用寿命和可靠性
04
金属材料的性能改善
金属材料的强度提升
热处理：通过加热和冷却改变金属的微观结构，提高强度
合金化：通过添加其他元素形成合金，提高强度
03
淬火是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料内部形成马氏体组织，提高硬度和耐磨性
04
回火是将淬火后的金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使马氏体组织转变为回火马氏体，降低硬度和脆性，提高韧性和塑性
05
正火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织均匀化，提高塑性和韧性
06
退火是将金属材料加热到一定温度后保温一定时间，使材料内部组织软化，降低硬度和脆性，提高塑性和韧性
热处理工艺流程
加热：将金属材料加热到预定温度
保温：保持金属材料在预定温度下保温一段时间
冷却：将金属材料冷却到室温或低于室温
回火：将金属材料加热到一定温度后冷却，以消除内应力，提高韧性和塑性
淬火：将金属材料加热到一定温度后快速冷却，以获得高硬度和耐磨性
退火：将金属材料加热到一定温度后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性
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与碳素钢相比，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，使其韧性更好。
高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和 高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬 性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。
等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通 过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。 2.锅炉、压力容器用低合金钢
压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中
压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢 板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧 性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性 破坏。
§6-2 低合金钢与合金钢的分类和牌号
一、低合金钢与合金钢的划分
低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。
二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)普通质量低合金钢 (2)特殊质量低合金钢 (3)优质低合金钢 2.按主要性能及使用特性分类
低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接
耐磨钢主要应用于巨大压力和强烈冲击载荷作用下工作 的零件，如起重机和拖拉机的履带、挖掘机铲斗的斗齿、碎 石机的颚板、铁路道岔、防弹钢板等。
耐磨钢制成的产品
一、不锈钢
不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀 性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只 能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如 酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。
常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢 和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、 马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来 的。
塑料制品与塑料模具
三、合金量具钢
量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样 板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、 高的尺寸稳定性和足够的韧性。
量规和样板
§6-6 特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍 和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬 透性。
五、提高钢的回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏 体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长 大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下 降较慢。
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
合金渗碳钢的应用
二、合金调质钢
合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良 好的综合力学性能的重要结构件。
三、合金弹簧钢
合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过 高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主 要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作 用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元 素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必 须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性， 不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
第六章 低合金钢与合金钢
§6-1 合金元素在钢中的作用
一、强化铁素体
大多数合金元素(除铅外)都能溶于铁素体，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会引 起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢 中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元 素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%， Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时， 则 韧 性 有 下 降 的 趋 势 ; 而 铬 和 镍 在 适 当 范 围 内 (Cr≤2.0% ， Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性 提高，从而提高合金钢的强度和韧性。
3.铁道用低合金钢 铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗
钢整体车轮等。 4.矿用低合金钢
矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。
§6-4 合金结构钢
合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制 造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。
一、合金渗碳钢
合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后， 便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨 性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。
低合金钢的应用
一、低合金高强度结构钢
二、低合金耐候钢
低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、 铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进 一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、 锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。
三、低合金专用钢
1.汽车用低合金钢 它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒Leabharlann 四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
四、滚动轴承钢
滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈 及滚动体。
滚动轴承及构件
§6-5 合金工具钢
合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和 合金量具钢。
一、合金刃具钢
合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金 属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高 热硬性及足够的强度和韧性等。
合金刃具钢的应用
1. 低合金刃具钢
2. 高速钢 高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的
合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、 铬、钒、钼等强碳化物形成元素。
高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣 刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣 刀、拉刀等)。
二、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的
强度，能较好地适应高温条件的特殊性能钢。钢的耐热性 包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。在高温下具有抗 高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢;在高温下仍具有足够 力学性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的 总称。
三、耐磨钢
耐磨钢指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化 的高锰钢。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有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。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
二、形成合金碳化物
1. 合金渗碳体 锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素倾向于形
成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高， 但明显提高低合金钢的强度。 2. 特殊碳化物
钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化
物。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐 磨性，而且更稳定，不易分解。当钢中的特殊碳化物呈弥 散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降 低其韧性。
高的回火稳定性使钢在较高温度下仍能保持高硬度和 高耐磨性。金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬 性，这种性能对一些工具钢具有重要意义。
等微合金元素，形成碳氮化合物粒子进行强化，同时通 过微合金元素的细化晶粒作用，获得较高的强度。 2.锅炉、压力容器用低合金钢
压力容器绝大多数由钢板拼焊而成，在制造过程中
压力容器钢板要经受冷、热加工，所以要求压力容器钢 板具有良好的工艺性能，并且具有一定强度和足够的韧 性，以保证在正常工作条件下承受外载荷而不发生脆性 破坏。
§6-2 低合金钢与合金钢的分类和牌号
一、低合金钢与合金钢的划分
低合金钢与合金钢是按所含合金元素的质量分数来划分的。
二、低合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)普通质量低合金钢 (2)特殊质量低合金钢 (3)优质低合金钢 2.按主要性能及使用特性分类
低合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为可焊接
耐磨钢主要应用于巨大压力和强烈冲击载荷作用下工作 的零件，如起重机和拖拉机的履带、挖掘机铲斗的斗齿、碎 石机的颚板、铁路道岔、防弹钢板等。
耐磨钢制成的产品
一、不锈钢
不锈钢主要指在空气、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀 性介质中具有高度化学稳定性的钢，又称不锈耐酸钢。只 能抵抗大气腐蚀的钢是一般不锈钢，而在一些化学介质(如 酸类)中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。一般不锈钢不一定耐 酸，而耐酸钢大都具有良好的耐腐蚀性能。
常用的不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢 和铬锰不锈钢等，按金相组织特点又可分为奥氏体不锈钢、 马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来 的。
塑料制品与塑料模具
三、合金量具钢
量具是测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样 板等。它们的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、 高的尺寸稳定性和足够的韧性。
量规和样板
§6-6 特殊性能钢
具有特殊的物理性能和化学性能的钢称为特殊性能钢。
常用的提高淬透性的合金元素主要有钼、锰、铬、镍 和硼等，如微量的硼(0.0005%~0.003%)能明显提高钢的淬 透性。
五、提高钢的回火稳定性
淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏 体不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集长 大，从而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下 降较慢。
高速钢成形刀具
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
合金渗碳钢的应用
二、合金调质钢
合金调质钢用于制造一些受力较复杂的，要求具有良 好的综合力学性能的重要结构件。
三、合金弹簧钢
合金弹簧钢的含碳量一般为0.45%~0.70%。若含碳量过 高，则塑性和韧性降低，疲劳极限也会下降。合金弹簧钢中 可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。加入硅、锰主 要是提高钢的淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中硅的作 用最为突出。但硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元 素含量过高则易使钢产生过热。因此，重要用途的弹簧钢必 须加入铬、钒、钨等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性， 不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
第六章 低合金钢与合金钢
§6-1 合金元素在钢中的作用
一、强化铁素体
大多数合金元素(除铅外)都能溶于铁素体，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会引 起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，因而会使合金钢 中铁素体的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。有些合金元 素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关，如Si<1.00%， Mn<1.50%时，铁素体的韧性没有下降，当含量超过此值时， 则 韧 性 有 下 降 的 趋 势 ; 而 铬 和 镍 在 适 当 范 围 内 (Cr≤2.0% ， Ni≤5.0%)，在明显强化铁素体的同时，还可使铁素体的韧性 提高，从而提高合金钢的强度和韧性。
3.铁道用低合金钢 铁道用低合金钢主要用于制造铁路钢轨、铁路用辗
钢整体车轮等。 4.矿用低合金钢
矿用低合金钢主要用于制造煤机、矿用结构件等。
§6-4 合金结构钢
合金结构钢主要指机械结构用合金钢，它主要用于制 造机械零件，如轴、连杆、齿轮、弹簧、轴承等。
一、合金渗碳钢
合金渗碳钢经渗碳+淬火+低温回火的典型热处理后， 便具有“外硬内韧”的性能，用于制造既具有优良的耐磨 性和耐疲劳性，又能承受冲击载荷的零件。
低合金钢的应用
一、低合金高强度结构钢
二、低合金耐候钢
低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、 铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的钢。为了进 一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、 锆等其他能增强耐大气腐蚀性能的合金元素。
三、低合金专用钢
1.汽车用低合金钢 它是在低碳钢中，通过单一或复合添加铌、钛、钒Leabharlann 四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
四、滚动轴承钢
滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内、外圈 及滚动体。
滚动轴承及构件
§6-5 合金工具钢
合金工具钢按用途可分为合金刃具钢、合金模具钢和 合金量具钢。
一、合金刃具钢
合金刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等各种金 属切削刀具。合金刃具钢要求具有高硬度、高耐磨性、高 热硬性及足够的强度和韧性等。
合金刃具钢的应用
1. 低合金刃具钢
2. 高速钢 高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性和足够强度的
合金工具钢。钢中含有较多的碳(0.7%~1.5%)和大量的钨、 铬、钒、钼等强碳化物形成元素。
高速钢常用于制造切削速度较高的刀具(如车刀、铣 刀、钻头等)和形状复杂、载荷较大的成形刀具(如齿轮铣 刀、拉刀等)。
二、耐热钢
耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的
强度，能较好地适应高温条件的特殊性能钢。钢的耐热性 包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。在高温下具有抗 高温介质腐蚀能力的钢称为抗氧化钢;在高温下仍具有足够 力学性能的钢称为热强钢。耐热钢是抗氧化钢和热强钢的 总称。
三、耐磨钢
耐磨钢指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化 的高锰钢。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有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。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
二、形成合金碳化物
1. 合金渗碳体 锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素倾向于形
成合金渗碳体。合金渗碳体较渗碳体略稳定，硬度也略高， 但明显提高低合金钢的强度。 2. 特殊碳化物
钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化
物。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐 磨性，而且更稳定，不易分解。当钢中的特殊碳化物呈弥 散分布时，将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降 低其韧性。