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1、课堂讨论3、4材料的选择和使用,机械工程系张 弓,3.1 合金钢,合金钢按用途分为哪三类？各类合金钢包括什么钢种？分析下列各钢号的种类及合金元素的质量分数。分析下列钢的种类、碳质量分数、合金元素主要作用、热处理工艺特点、使用状态的组织、性能特点及应用举例。,低合金钢、中合金钢、高合金钢？Cr钢、CrNi钢、Mn钢、SiMn钢？P钢、M钢、F钢、A钢、Le钢？合金结构钢、合金工具钢、合金特殊用途钢？,3.2 分析下列各钢号的种类及合金元素的质量分数,20Cr2Ni4WAC:0.2,Cr:1.5,Ni:3.5,W:1.0,优质，高淬透性合金渗碳钢。9Mn2VC:0.9,Mn:2.0,V:0.25,
2、低合金刃具钢，要求不高的冷作模具。GCr15C:1.0,Cr:1.5,滚珠轴承钢。Cr12C:2.0,Cr:12,冷作模具钢。0Cr18Ni9TiC0.08,Cr:18,Ni:9.0,Ti:0.8,奥氏体不锈钢。W18Cr4VC:0.8,W:18,Cr:4.0,V:1.2,高速钢。,3.3 分析下列钢的种类、碳质量分数、合金元素主要作用、热处理工艺特点、使用状态的组织、性能特点及应用举例。,1Cr13C0.15,Cr:13,马氏体不锈钢,提高耐蚀性，调质处理，耐蚀性好、具有较好的机械性能，M，汽轮机叶片。W18Cr4VC:0.8,W:18,Cr:4.0,V:1.2,高速钢，形成难熔碳化物提高红
3、硬性，球化退火+1220-1280淬火+550-570三次回火，回火M+大量弥散碳化物+少量残A，高速切削刃具。3Cr2W8VC:0.35,Cr:2.0,W:8.0,V:1.2,热作模具钢，形成难熔碳化物提高红硬性，球化退火+1130-1140淬火+600-630多次回火，回火M+大量弥散碳化物+少量残A，大型热锻模、热压模。16Mn（Q345）C:0.18,Mn:1.5,提高强度和屈强比，热轧空冷态，细晶F+P，低合金高强度结构钢。GCr15C:0.95-1.05,Cr:1.40-1.65,球化退火+820-840淬火+150-160回火，极细回火M+粒状碳化物+少量残A，滚珠轴承钢。60S
4、i2MnC:0.56-0.64,Si:1.5-2.0,Mn:0.6-0.9,弹簧钢，提高淬透性、强度和屈强比,870油淬火+480回火，回火T，弹簧、汽车缓冲卷簧。,20CrMnTiC:0.17-0.23,Cr:1.0-1.3,Mn:0.8-1.1,Ti:0.04-0.10,中淬透性合金渗碳钢，提高淬透性、阻止A长大，930渗碳+870油淬火+200回火，表面:合金渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M，高速、重载、受冲击齿轮，汽车变速箱齿轮。40CrNiMoC:0.37-0.44,Cr:0.6-0.9,Ni:1.25-1.65,Mo:0.15-0.25,Mn:0.5-0.8,高淬透性合金调质钢，
5、提高淬透性，850油淬火+600回火，回火S，发动机主轴。15MnVN（Q420）C0.20,Mn:1.0-1.7,V:0.02-0.20,N:0.08,提高强度、屈强比、细化晶粒，热轧空冷态，细晶F+P，低合金高强度结构钢。20CrC:0.17-0.23,Cr:0.7-1.0,Mn:0.5-0.8,低淬透性合金渗碳钢，提高淬透性，780-820淬火+200回火，表面:合金渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M，齿轮、小轴、活塞销。65Si2MnWAC:0.62-0.7,Si:1.5-2.0,Mn:0.6-0.9,W:1.0,提高淬透性、强度和屈强比,870油淬火+480回火，回火T，汽车板簧和螺
6、旋弹簧。38CrMoAlAC:0.35-0.42,Cr:1.35-1.65,Mo:0.15-0.25,Al:0.7-1.1,Mn:0.3-0.6,高淬透性优质合金调质钢，提高淬透性，940油淬火+640回火，回火S，氮化零件，高压阀门、缸套等。,50CrMnVC:0.46-0.54,Cr:0.65-0.95,Mn:0.65-0.95,V:0.1-0.2,弹簧钢，提高淬透性、强度和屈强比、350-400度的稳定性,850油淬火+500回火，回火T，低于350度的耐热弹簧，如汽车阀门、气门弹簧。GCr15C:0.95-1.05,Cr:1.40-1.65,球化退火+820-840淬火+150-160
7、回火，极细回火M+粒状碳化物+少量残A，滚珠轴承钢。1Cr17C0.12,Cr:16-18,铁素体不锈钢，提高耐蚀性，耐蚀性好、强度低、塑性好，780-850空冷，F，化工设备、容器和管道、食品工厂设备。Cr12MoVC:1.45-1.70,Cr:11.0-12.5,Mo:0.4-0.6,V:0.15-0.30,冷作模具钢，提高硬度、淬透性，1020-1040油淬+150-425回火，回火M+合金渗碳体+残A，大型、复杂形状冷作模具。5CrMnMoC:0.5-0.6,Cr:0.6-0.9,Mn:1.2-1.6,Mo:0.15-0.30,热作模具钢，提高热硬性、淬透性、抗氧化、防止第二类回火脆性
8、,830-850油淬+490-640回火，回火T，回火M+碳化物+残A，中型锻模。0Cr18Ni9TiC0.08,Cr:18,Ni:9.0,Ti:0.8,奥氏体不锈钢，920-1150水淬固溶处理，耐酸容器、抗磁仪器，医疗器具。,9SiCrC:0.85-0.95,Si:1.2-1.6,Cr:0.95-1.25,低合金刃具钢，提高强度、淬透性，球化退火+860-886油淬+180-200回火，回火M+碳化物+残A，板牙、丝锥、钻头等。20Cr2Ni4C:0.17-0.23,Cr:1.25-1.65,Ni:3.25-3.65,Mn:0.3-0.6,高淬透性合金渗碳钢，提高淬透性，930渗碳+780
9、油淬火+200回火，表面:合金渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M，高速、重载、受冲击齿轮，大型渗碳齿轮和轴类件。40MnVB，低淬透性合金调质钢，提高淬透性，850油淬+520回火，回火S，代替40CrNi作重要零件，如主轴等。20SiMnVBC:0.17-0.23,Si:1.0-1.3,Mn:0.8-1.1,V:0.05-0.10,B:0.0005-0.0035,中淬透性合金渗碳钢，提高淬透性、阻止A长大，930渗碳+870油淬火+200回火，表面:渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M，高速、重载、受冲击齿轮，汽车变速箱齿轮。1Cr18Ni9C0.12,Cr:18,Ni:9.0,Ti:0.8,
10、奥氏体不锈钢，920-1150水淬固溶处理，耐酸容器、抗磁仪器，医疗器具。60Si2MnC:0.56-0.64,Si:1.5-2.0,Mn:0.6-0.9,提高淬透性、强度和屈强比,870油淬火+480回火，回火T，弹簧、汽车缓冲卷簧。,4.1 选择材料，说明理由，给出热处理方法,汽车板簧（45、60Si2Mn、LY1）中高碳提高强度合金提高淬透性Si、Mn提高屈强比870油淬火+480中温回火S or T,机床床身（Q235、T10A、HT150）形状复杂减震润滑性能成本考虑灰口铸铁,受冲击载荷的齿轮（40MnB、20CrMnTi、KT250-4）冲击韧性高，表面耐磨淬透性高900-950渗
11、碳+820-850淬火+180-200低温回火表面：合金渗碳体+回火M+残A芯部：低碳回火M+少量F,桥梁构件（16Mn、40、3Cr13）强度比较高，综合性能好成本低易加工焊接性能好热轧空冷态使用焊接区可用正火处理S+F,滑动轴承（GCr15、ZChSnSb11-6、耐磨铸铁）摩擦系数小耐磨性能好巴氏合金,热作模具（陶瓷材料、Cr11MoV、5CrNiMo）高热硬性、高耐磨性：中碳高抗氧化性：Cr高热强度和足够的韧性：Mo、Ni高热疲劳抗力：Mo、Ni高淬透性和导热性：Cr、Ni、Mo淬火+550高温回火、多次回火、600二次硬化峰值回火回火M+粒状碳化物+少量残A,高速切削刀具（W6Mo5
12、Cr4V2、T8、YG15）高硬度、高耐磨性：高碳、高Cr高热硬性：高W、Mo、V足够的韧性球化退火+1220-1280淬火+550-570三次回火回火M+大量弥散碳化物+少量残A，HRC63YG15：WC85+Co15，粉末冶金，HRA85,凸轮轴（9SiCr、QT800-2、40Cr）综合机械性能表面硬度高QT800-2：调质，P，表面淬火40Cr：正火+表面淬火，F+S，表面M,轻载小齿轮（20CrMnTi、纤维增强酚醛树脂复合材料、尼龙66）轻载：强度要求低易加工低成本,发动机气门（40Cr、4Cr9Si2、Si3N4）高温强度：Cr抗氧化：Cr受冲击1020-1040油淬火+700-
13、780高温回火+油冷回火S,4.2 汽车半轴,工作应力大、受冲击强度：s600MPa疲劳强度：-1300MPa硬度：HRC30-35冲击吸收功：Ak47-55J,低淬透性调质钢45、40Cr（GB/T30771999）,45钢：主轴、曲轴、齿轮、柱塞等。40Cr钢：重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进气阀和重要齿轮等。,4.3 汽车后桥被动圆柱斜齿轮,表面耐磨：HRC58-62；中心硬度HRC35-40冲击吸收功：Ak 55J强度：s600MPa,中淬透性渗碳钢20CrMnTi(GB/T3077-1999),20CrMnTi钢：汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，重载齿轮,工艺路线,锻造-正火-粗加工-精
14、加工-渗碳-淬火-低温回火-磨削加工正火：S，适合切削加工渗碳：950淬火：870油淬，表面M+合金渗碳体，芯部板条M回火：200，表面：合金渗碳体+回火M+残A芯部：回火M,KIC与的b关系可检测裂纹长度4mm1.如果厚板零件的设计工作应力d 1/2 b。当工作应力d为750MPa时，允许厚板零件中存在多长裂纹。b1500MPaKIC 65MPam1/2a=2.39mm,4.4 厚板，40CrNiMo,40CrNiMo钢的KIC与b的关系,2.制造厂无损检测能否预测上述厚板零件不发生断裂。裂纹4.78mm发生断裂，所以可以预测。3.如果把提高到1900MPa，允许厚板零件中存在4mm长的裂纹，则允许工作应力是多少？b1900MPaKIC 40MPam1/2y504.6MPa,40CrNiMo钢的KIC与b的关系,
