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1、金属材料与制造工艺,学习目标 了解合金元素在钢中存在形式及作用 准确认识合金钢与碳钢的关系和区别 了解合金钢的分类、性能和应用学习重点 典型合金钢牌号、性能和应用学习难点 合金钢的分类与选用,第一节 合金元素在钢中的作用 第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号 第三节 低合金钢第四节 合金钢,第一节 合金元素在钢中的作用,合金元素对钢性能影响,一、合金元素在钢中存在形式及作用1、合金铁素体大多数合金元素都能溶入铁素体,形成合金铁素体。强化了铁素体:合金铁素体强度、硬度有所提高。2、合金碳化物一些合金元素与碳形成碳化物(TiC、VC等)。合金碳化物硬度极高,提高了钢强度、硬度和耐磨性。,二、合金元素
2、对钢的热处理和力学性能影响1、对钢加热转变的影响2、对钢热处理回火转变的影响3、对钢性能的影响合金元素减缓了奥氏体形成过程,使晶粒不易长大。合金钢比碳钢加热温度高,且保温时间长。,第一节 合金元素在钢中的作用,二、合金元素对钢的热处理和力学性能影响1、对钢加热转变的影响2、对钢热处理回火转变的影响3、对钢性能的影响提高回火稳定性:合金钢的回火温度高于碳钢。二次硬化:合金钢(高速钢)在回火时硬度升高的现象。,第一节 合金元素在钢中的作用,二、合金元素对钢的热处理和力学性能影响1、对钢加热转变的影响2、对钢热处理回火转变的影响3、对钢性能的影响合金钢的力学性能优于碳钢。合金钢淬透性远优于碳钢。合金
3、钢在高温下仍具有高硬度。合金钢具有一些特殊性能(不锈、耐磨、抗氧化)。注:合金元素作用通过热处理才能发挥出来,合金钢都要热处理后使用。,第一节 合金元素在钢中的作用,P81五(6)说明碳钢用水淬火而合金钢用油淬火的道理。碳钢淬透性较差。只有用较大冷却速度的介质(如水)冷却,才能得到所需要的组织和性能。合金钢淬透性好。用较小冷却速度介质(如油)冷却,就能得到所需要的组织和性能。热处理后的零件产生较小的淬火应力。,第一节 合金元素在钢中的作用,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,一、分类 1、低合金钢：wMe5按主要质量等级普通质量：ws0.045、wp0.045优质：介于两者之间。特殊质量：ws
4、0.020、wp0.020按主要性能及使用特性：分为6种。P692、合金钢：wMe5按主要质量等级：有优质、特殊质量。按性能及使用特性：分为3种。（见后表）,一、分类,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 1、低合金高强度钢 Q+三位数字字母字母 Q295A：s295、A级、低合金高强度钢。注：其牌号与普通碳素结构钢基本相同：普通非合金结构钢 Q195Q275 低合金高强度钢 Q295Q460,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 2、合金钢（结构钢、工具钢、滚动轴承钢、不锈钢）合金结构钢（渗碳钢、调质钢、弹簧钢）数字 Me 数字A
5、20Cr：平均wc0.20、wCr1合金渗碳钢。40Cr：平均wc0.40、wCr1合金调质钢。60Si2Mn：平均wc0.60、wSi2、wMn1合金弹簧钢。复习：优质碳素结构钢:wcMn（45、65Mn）,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 2、合金钢（结构钢、工具钢、滚动轴承钢、不锈钢）合金工具钢 数字 Me 数字W18Cr4V:wc1、平均ww18、wCr4、wv1合金工具钢。9SiCr:平均wc0.9、wSi1、wCr1合金工具钢 复习：碳素工具钢：T+wcA（T12、T10A）,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 2、合金钢（结构钢、工具钢、滚动轴承钢、
6、不锈钢）滚动轴承钢 G Cr 数字 Me 数字 GCr15:平均wCr1.5滚动轴承钢。GCr15SiMn:平均wCr1.5、wSi1、wMn1滚动轴承钢。,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 2、合金钢（结构钢、工具钢、滚动轴承钢、不锈钢）不锈钢 数字 Me 数字1Cr18Ni9Ti:平均wc0.1、wCr18、wNi9、少量钛不锈钢。0Cr18Ni9:平均wc0.08、wCr18、wNi9不锈钢。00Cr20Mo2:平均wc0.03、wCr20、wMo2不锈钢。,第二节 低合金钢与合金钢分类及牌号,二、常用牌号 2、合金钢（结构钢、工具钢、滚动轴承钢、不锈钢）说明 当合金元素
7、作用大时,虽含量少也标出。（1Cr18Ni9Ti、3Cr2W8V）合金刚不严格分类,有时可相互替用。要熟悉牌号,要靠平时多接触。,第三节 低合金钢,1、化学成分wc0.2、wMe5常加合金元素:Mn、Si、V、Nb、Ti、Cu、N等。2、低合金钢的性能特点具有较高强度、塑性和冲击韧性。具有较高的抗大气腐蚀性。一般在热轧or正火状态下使用。3、常用低合金钢低合金高强度结构钢。P71表7-1（重点）低合金耐侯钢。低合金专业用钢(4种)。,第四节 常用合金钢,化学成分特点:0.150.45wc主加合金元素:Si、Mn、Cr、Ni等附加合金元素:Ti、V、Mo、W、Al等 一、工程结构用合金钢 二、机
8、械结构用合金钢 三、滚动轴承钢 四、合金工具钢与高速钢 五、不锈钢与耐热钢,一、工程结构用合金钢1、应用：主要用于制造工程结构。2、以高锰耐磨钢为代表成分特点:0.91.5wc、1114wMn性能特点:在受强烈撞击的工矿条件下,工件表层产生 加工硬化层,而心部仍保持高韧性。典型零件:ZGMn13。(坦克履带、挖掘机铲齿等),第四节 常用合金钢,第四节 常用合金钢,二、机械结构用合金钢主要用于制造机械零件,都是特殊质量钢。按热处理特点分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、超高强度钢。合金渗碳钢 成分:低碳(wc0.25)合金元素 工艺:锻造 预处理 粗加工 渗碳 半精加工 淬火低温回火 精加工 性能:表层
9、高硬度及耐磨性,心部较高强度、足够韧性。用途:高耐磨性并承受冲击载荷的中小型零件。(齿轮)常用牌号:20Cr、20CrMnTi。P73表7-2,第四节 常用合金钢,二、机械结构用合金钢主要用于制造机械零件,都是特殊质量钢。按热处理特点分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、超高强度钢。合金调质钢 成分:中碳(0.350.6wc)合金元素 工艺:下料锻造预处理粗加工调质精加工 性能:良好的综合性能、良好淬透性。用途:载荷较大的重要件。(机床齿轮、发动机传动轴)常用牌号:40Cr、38CrMoAl。P73表7-3,第四节 常用合金钢,二、机械结构用合金钢主要用于制造机械零件,都是特殊质量钢。按热处理特点分为渗
10、碳钢、调质钢、弹簧钢、超高强度钢。合金弹簧钢 成分:中、高碳(0.50.7wc)合金元素 工艺:下料成形淬火中温回火喷丸检验 性能:高弹性极限、疲劳强度高和足够冲击韧性。用途:制造弹性零件(板簧、弹簧)及汽车减振弹簧等。常用牌号:60Mn、60Si2Mn。P74表7-4,第四节 常用合金钢,二、机械结构用合金钢主要用于制造机械零件,都是特殊质量钢。按热处理特点分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、超高强度钢。超高强度钢 特点:s1380、b1500、特殊质量合金结构钢。用途：主要用于制造飞机起落架、发动机曲轴等。（了解）,三、滚动轴承钢成分:高碳(0.50.7wc)、高铬(0.41.65wCr)工艺:球
11、化退火粗加工淬火低温回火精加工性能:高均匀硬度、良好耐磨性,高耐压强度和疲劳强度。用途:轴承零件,在量具、模具、刃具中也广泛使用。常用牌号:GCr15。P75表7-5,第四节 常用合金钢,四、合金工具钢与高速钢属于特殊质量钢。根据使用场合分冷作摸具钢、热作摸具钢、高速工具钢。冷作摸具、量具及刃具用合金工具钢成分:高碳合金元素工艺:锻造球化退火粗加工淬火低温回火精加工性能:250以下保持高硬度和耐磨性,足够强度及韧性。用途:低速切削刃具、量具、耐磨零件等。(板牙、铰刀)常用牌号:9SiCr、Cr12MoV。P76表7-6,第四节 常用合金钢,第四节 常用合金钢,四、合金工具钢与高速钢属于特殊质量
12、钢。根据使用场合分冷作摸具钢、热作摸具钢、高速工具钢。热作摸具用合金工具钢 成分:低、中碳(0.30.6wc)合金元素 热处理工艺:调质(or淬火中温回火)氮化 性能:良好的高温力学性能,导热性好,耐热疲劳性好。用途:热挤压模、高速锤锻模、压铸模等。常用牌号:5CrMnMo、3Cr2W8V。P77表7-8,第四节 常用合金钢,四、合金工具钢与高速钢属于特殊质量钢。根据使用场合分冷作摸具钢、热作摸具钢、高速工具钢。高速工具钢（高速钢or锋钢、风钢）成分:高碳(0.71.65wc)合金元素 热处理工艺:淬火三次回火。(硬度达到6365HRC)性能:高的热硬性(在600时保持6365HRC),高强度
13、(比碳钢及低合金钢高50),很好淬透性。用途:切削速度高刃具(刨刀、热轧麻花钻)、薄刃刀具。常用牌号:W18Cr4V。P78表7-9,五、不锈钢与耐热钢1、不锈钢成分特点:铬含量大于13。含碳量低(0.10.2),耐腐蚀性要求越高,含碳量越低。对腐蚀性要求高的不锈钢,还要加入一定量镍。锈钢的分类（按组织特征分类）铁素体型:制造应力不大耐蚀容器、管道。(1Cr17)奥氏体型:耐蚀性要求较高构件。(耐酸槽1Cr18Ni9)马氏体型:力学性能要求较高耐蚀零件。(手术刀7Cr17),第四节 常用合金钢,第四节 常用合金钢,五、不锈钢与耐热钢2、耐热钢金属耐热性是包含高温抗氧化性和高温强度两方面。耐热钢
14、是制造在高温下工作的零件or构件。抗氧化钢 特点:在高温下有较好抗氧化性,强度要求不高。应用:长期在高温下工作零件(加热炉传送带18Mn12Si2N)热强钢 特点:高温下具有较高强度,较好抗氧化性(300以下)。应用:锅炉用钢。(15CrMo)汽阀钢 特点:热强度较高。(600以下工作)应用:主要用于高温下工作的汽阀。,六、铸钢成分:含碳量在0.200.60之间(含碳量太高则塑性差、易冷裂),硫、磷含量在0.040以下。牌号 ZG+数字+数字 ZG200-400：s200、b400的铸钢 特点:将钢液直接铸成零件毛坯,不再进行锻造的钢件。应用:常用于要求较高而复杂的零件。七、特殊物理性能钢（了解）,第四节 常用合金钢,本章总结复习与练习 P80-81作业7 P81 二、三、四、五4.6,
