当前位置:首页 >> 高中教育 >>

第三节 合金钢


第三节 合金钢

2012级第三组做 2014年3月4日

一、合金钢
? 1,定义:
?

合金钢 (Alloy steel )钢 里除铁、碳外,加入其他的元 素,就叫合金钢。 在普通碳素 钢基础上添加适量的一种或多 种合金元素而构成的铁碳合 金。根据添加元素的不同,并 采取适当的加工工艺,可获得 高强度、高韧性、耐磨、耐腐 蚀、耐低温、耐高温、无磁性 等特殊性能。合金钢不仅合金 元素含量高,而且严格控制 硫、磷等有害杂质的含量,属 于优质钢或高级优质钢。

2、合金钢的历史:
合金钢已有一百多年的历史了。工业上较多地使用合金钢材大约是在19世纪后半 期。当时由于钢的生产量和使用量不断增大,机械制造业需要解决钢的加工切削问 题,1868年英国人马希特(R.F.Mushet)发明了成分为2.5%Mn-7%W的自硬钢,将切削 速度提高到5米/分。随着商业和运输的发展,1870年在美国用铬钢(1.5~2.0%Cr)在密西 西比河上建造了跨度为 158.5米的大桥;由于加工构件时发生困难,稍后,一些工业国家 改用镍钢(3.5%Ni)建造大跨度的桥梁。与此同时,一些国家还将镍钢用于修造军舰。随 着工程技术的发展,要求加快机械的转动速度,1901年在西欧出现了高碳铬滚动轴承 钢。1910年又发展出了18W-4Cr-1V型的高速工具钢,进一步把切削速度提高到30米/ 分。可见合金钢的问世和发展,是适应了社会生产力发展的要求,特别是和机械制 造、交通运输和军事工业的需要分不开的。 20世纪20年代以后,由于电弧炉炼钢法被推广使用,为合金钢的大量生产创造了有 利条件。化学工业和动力工业的发展,又促进了合金钢品种的扩大,于是不锈钢和耐 热钢在这段期间问世了。1920年德国人毛雷尔 (E.Maurer) 发明了18-8型不锈耐酸钢, 1929年在美国出现的Fe-Cr-Al电阻丝,到1939年德国在动力工业开始使用奥氏体耐热 钢。第二次世界大战以后至60年代,主要是发展高强度钢和超高强度钢的时代,由于 航空工业和火箭技术发展的需要,出现了许多高强度钢和超高强度钢新钢种,如沉淀 硬化型高强度不锈钢和各种低合金高强度钢等是其代表性的钢种。60年代以后,许多 冶金新技术,特别是炉外精炼技术被普遍采用,合金钢开始向高纯度、高精度和超低 碳的方向发展,又出现了马氏体时效钢、超纯铁素体不锈钢等新钢种。国际上使用的 有上千个合金钢钢号,数万个规格,合金钢的产量约占钢总产量的10%,是国民经济 建设和国防建设大量使用的重要金属材料。

? 3、合金元素
合金钢的主要合金元素有 硅、锰、铬、镍、钼、钨、 钒、钛、铌、锆、钴、铝、 铜、硼、稀土等。其中钒、 钛、铌、锆等在钢中是强碳化 物形成元素,只要有足够的 碳,在适当条件下,就能形成 各自的碳化物,当缺碳或在高 温条件下,则以原子状态进入 固溶体中;锰、铬、钨、钼为 碳化物形成元素,其中一部分 以原子状态进入固溶体中,另 一部分形成置换式合金渗碳 体;铝、铜、镍、钴、硅等是 不形成碳化物元素,一般以原 子状态存在于固溶体中。

? 4、部分合金元素的 作用:
提高淬透性:Mn(锰)、 Cr(铬)、B(硼)、Ni (镍)、W、Mo(钼) 固溶强化:Si(硅)、 Mn、Ni 细化晶粒:Al、V、Ti、 W、Mo、Nb(铌)、Zr 提高回火稳定性:W、 Mo、V、Si、Cr 消除高温回火脆性:W、 Mo

5、合金钢的分类: A、按合金元素的含量分 1)低合金钢 合金元素总含量小于等于5%; 2)中合金钢 合金元素总含量在5%~10%之间; 3)高 合金钢 合金元素总含量大于等于10%; B、按特性和用途又分:合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、 耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢 和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等 C、按合金元素的种类分: 铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢 等。 D、按主要用途分 1)结构钢:建筑及工程用结构钢,机械制造用结构 钢。 2)工具钢 3)特殊性能钢

二、合金结构钢
? 1、简介: ? 合金结构钢(Structural alloy steel):具有合适的淬透 性,经适宜的金属热处理后,显微组织为均匀的索氏体、贝氏 体或极细的珠光体,因而具有较高的抗拉强度和屈强比(一般 在0.85左右),较高的韧性和疲劳强度,和较低的韧性-脆性 转变温度,可用于制造截面尺寸较大的机器零件。 ? 2、分类:合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢 ? ①调质结构钢 这类钢的含碳量一般约为0.25%~0.55% ? ②表面硬化结构钢 用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部 件,如齿轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低,一般 在0.12~0.25%,同时还有适量的合金元素,以保证适宜的淬 透性。

3、牌号:其牌号通常是以“数字+元素符号+数字”的方法来 示。牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数,元素符 号及其后的数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。若合金 元素含量小于1.5%,则不标其含量。高级优质钢在牌号尾部增加符 号“A”,滚动轴承要在牌号前加”G“表示”滚动轴承钢“,而 合金元素含量用千分数表示。

统一数字代号 AO×××× Al××××

A2××××

合金结构钢(包 括舍金弹簧钢) 细分类 Mn(X)、MnMo (X)系钢 SiMn(X)、SiMn Mo(X)系钢 Cr(X)、CrSi (X)、CrMn(X)、 CrV(x)、CrMnS i(X)系钢

A3×××× A4××××

A5××××

A6××××

A7×××× A8×××× A9××××

CrMo(X)、CrMoV (X)系钢 CrNi(X)系钢 CrNiMo(X)、CrNi W(X)系钢 Ni(X)、NiMo(X)、 NiCoMo(X)、Mo (X)、MoWV(X)系 钢 B(X)、MnB(X)、 SiMnB(X)系钢 (暂空) 其他合金结构钢

三、合金工具钢
? ? 1、简介: 合金工具钢(Alloy tool steel):在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、 钒等合金元素(加入总量一般不超过5%)以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热 性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一 些特殊用途的工具。较碳素钢相比合金工具钢适合制造形状复杂、尺寸较 大、切削速度较高或工作温度较高的工具和模具。 2、按用途大致可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 1)刃具钢(Cutting tool steel ):刃具在工作条件下产生强烈的磨损并发 热,还有震动和承受一定的冲击负荷。刃具用钢应具有高的硬度、耐磨性、 红硬性和良好的韧性。为了保证其具有高的硬度,满足形成合金碳化物的需 要,钢中碳质量分数一般在0.80%~1.45%。铬是这类钢的主要合金元素,质 量分数一般0.50%~1.70%的,有的钢还含有钨,以提高切削金属的性能。这 类工具钢因含有合金元素,因此淬透性比碳素工具钢好,热处理产生的变形 小,具有高的硬度和耐磨性。常用的钢类有铬钢、硅铬钢和铬钨锰钢等。

? ?

钨钢

2)模具钢(Die steel): 模具大致可分为冷作模具、热作模具和塑料模具3类,用于锻 造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同,工作条件复 杂,因此对模具用钢,按其所制造模具的工作条件,应具有高的 硬度、强度、耐磨性,足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和 其他工艺性能。由于这类用途不同,工作条件复杂,因此对模具 用钢的性能要求也不同。 a. 冷作模具钢:具有高的硬度、强度、耐磨性、足够 的韧 性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的 合金工具用钢一般属于高碳合金钢,碳质量分数在0.80%以上。 包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦 模和冷挤压模等。 b.热作模具钢:具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性 外,还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀 性,此外还要求具有较高的淬透性,以保证整个截面具有一致的 力学性能。分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型,包括热 锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。

3)、量具用钢(Stainless steel measuring) 量具应具有良好的尺寸稳定性、高耐磨性、高硬度和一定的韧性。 因此,量具用钢应具有硬度高、组织稳定、耐磨性好,以及良好的 研磨和加工性能、热处理变形小、膨胀系数小和耐蚀性好。这类钢 一般属于过共析钢,加入的合金元素有铬、锰、钨、钼等。常用的 钢类有铬钢、铬钨锰钢、锰钒钢等。

2、合金工具钢的牌号

? 合金工具钢的牌号与合金结构钢相似,但 有不同,其以一位数字表示平均含碳量的 千分数,若含碳量超过%1,则不标出,例 如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V等。例 外:高速钢的含碳量尽管未超过%1,牌号 中也不标出。

四、特殊性能钢
? 1、简介: ? 特殊性能钢(Special performance steel)具有特殊物理或化学 性能,用来制造除要求具有一定的机械性能外,还要求具有特 殊性能的零件。其种类很多,机械制造中主要使用不锈耐酸 钢、耐热钢、耐磨钢。不锈耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵 抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。而在一些化学介质(如酸类等) 中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。 ? 2、分类: ? 包括不锈钢,耐磨钢,耐蚀刚,及具有软磁、永磁、无磁等特 殊物理、化学性能的钢。

a)不锈钢
? 不锈钢(Stainless Steel):指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀 的钢。不锈钢所固有的表面性能使用于多方面的钢铁的一种。实 际应用中,基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等,以满 足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐 蚀,因为铬、镍、氯是同位元素,同位元素会进行互换同化从而 形成不锈钢的腐蚀。 ? 不锈钢的牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几,合金元素仍 以百分数表示。当含碳量≤0.03%及≤0.08%者,在钢号前分别冠 以“00”或“0”,例如不锈钢3Cr13的平均含碳量为0.3%、铬 ≈13% ? 1)、马氏体不锈钢(Martensitic stain less stee): ? 常用马氏体不锈钢含碳量为0.1—0.45%,含铬量为12—14%,属 铬不锈钢。随着钢中含碳量的增加,钢的强度、硬度、耐磨性提 高,但耐蚀性则下降。为了提高耐蚀性及机械性能,这类钢最后 热处理是淬火和回火。它在空气中可淬硬,但一般仍用油冷。这 类钢多用于机械性能要求较高,而耐蚀性要求较低的零件。如汽 轮机叶片、各种泵的零件、弹簧、滚动轴承及一些医疗器械。

2)、铁素体不锈钢(Ferritic stainless steel) 常用含碳量低于0.15%, 含铬量为12—30%,也属于铬不锈钢。其塑 性、焊接性均较马氏体钢好。这类钢广泛用于硝酸、氮肥、磷 酸等化学工业中。 3)、奥氏体不锈钢(Austenitic stainless steel ) 这是应用最广泛的不锈钢,属镍铬钢。

b)、耐热钢(Heat-resisting steels):
在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧 化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化 学稳定性,但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的 抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、 石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强 度和抗高温氧化腐蚀外,根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可 加工性和焊接性,以及一定的组织稳定性。此外,还发展出一些新的低 铬镍抗氧化钢种。 1)、抗氧化钢(不起皮钢)(Oxitadion resistant steel):

一般钢铁在较高温度下(560℃以上)表面容易氧化,主要是由于在 高温下生成松脆多孔的FeO,它较易剥落,最终导致零件破坏。实际应 用的抗氧化钢,大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝 制成的。和不锈钢一样,含碳量增多,会降低钢的抗氧化性。故一般抗 氧化钢为低碳钢。

2)、热强钢(Heat resistant steel):

金属在高温下的强度有两个特点:一是温度升高,金属原子间结 合力减弱、强度下降;二是在再结晶温度以上,即使金属受的应 力不超过该温度下的弹性极限,它也会缓慢地发生塑性变形,且 变形量随时间的增长而增大,最后导致金属破坏。这种现象称为 蠕变。产生的原因是:在高温下金属原子扩散能力增大,使那些 在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。 热强钢采用的合金 元素,如铬、镍、钼、钨、硅等,除具有提高高温强度的作用 外,还可提高高温抗氧化性。分类 A. 珠光体钢:这类钢在350--600℃范围使用。 B. 马氏体钢:这类钢在低于620℃范围内使用。 C. 奥氏体钢:这类钢一般在600--700℃范围内使用。

c)、耐磨钢(Wear-resistant steel): 耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。它只 有在强烈冲击与摩擦的作用下,才具有耐磨性,在一般机器工作条件 下,它并不耐磨。主要用于制造坦克、拖拉机的履带,挖掘机铲斗的 斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板、铁路道岔等。由于高锰钢极易加工 硬化,使切削加工困难,故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的。

d)、耐蚀钢

? 耐蚀钢是不锈钢的一种,其耐腐蚀程度比不锈钢更好一些。
? 耐腐蚀钢是不锈钢的一种,他在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀 的钢。而不锈钢只是在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢。

化学成分ω % 牌号 C ZGMn131 ZGMn132 ZGMn133 ZGMn134 ZGMn12Cr2 ZGMn12Mo2 1.00 1.50 1.00 1.40 0.90 Si Mn 其它

热处理 淬火 冷 却 介 质 水 σb/ M P a 637

力学性能 δ / α K / J.cm2

HB

/℃
0.30 1.00 0.30 1.00 0.30 11.0 14.0 11.0 14.0 11.0 1060 1100 1060 1100 1060

(%)

20

229



637

20

147

229



686

25

147

229

1.3
0.91.20 1.00 1.30 1.00 1.30

0.80
0.30 0.80 < 0.6 0.40 0.75

14.0
11.0 14.0 11.0 14.0 11.0 14.0 Cr1.70 2.30 Mo1.8 2.1

1100
1060 1100 1060 1100 1060 1100 水 水 735 35 147 229



作业
? 1、下列牌号各属于那类刚?试说明牌号中数字和 符号的含义。其中哪些牌号钢的焊接性好? 答: 15、40是优质碳素结构钢,其中15是低碳 钢,40是中碳钢,15、40表示刚中平均含碳量为 万分之15和万分之40; Q195是碳素结构钢、Q345是低合金高强钢,Q表 示屈服点,195、345表示钢厚度小于16mm时最低 屈服点; CrWMn是合金工具钢;

40Cr、60Si2Mn是合金结构钢,40、60表示含碳量的 万分数; CrWMn、40Cr、60Si2Mn元素符号及其后数字表示 所含合金元素及其平均含量的百分数。 含碳量越低,含合金元素量越低焊接性能越好, 所以15、Q195、Q395的焊接性能好。 (2)比较碳素工具钢和合金工具钢,他们的适合场 合有何不同? 答:碳素工具钢常用于制造锻工、钳工工具和小型 模具,且零件不宜过大和复杂。 合金工具钢主要用于刀具、量具、模具等,适合制 造形状复杂、尺寸较大、切削速度较高或是工作温 度较高的工具和模具。

(3)、填表: 钢号 所 属 类 大致含碳量 性能特征 别 /% 普通碳素 0.17~ 一 定 的 体 结构钢 0.25 σ b、 用途

Q235-A

螺钉

45

优质碳素中 碳钢

0.45

HB, 较高的 α k、 δ 具 有 综 合 主轴 力学性能

T10A

20Cr

σ b 、 H B 较 锉刀 钢 高,α k、δ 较低 合 金 结 构 0 . 1 8 ~ 具 有 综 合 齿轮、齿轮 钢 0.24 力学性能 轴、凸轮

碳素工具 1.0

(4)、仓库中混存三种相同规格的20钢、45钢、T10钢,请提 出一种 最简便的区分方法。
答:20钢、45钢、T10钢含碳量不同,硬度不同,用测量硬度 的方法区分,T10钢硬度最高,20钢钢硬度最低。 (5)、现拟制造如下产品,请选出使用的钢 六角螺母:Q235; 车床主轴:45 ; 钳工錾子:T10; 液化石油气缸:20: 活扳手:T8; 脸盆: Q235: 自行车弹簧:60; 门窗合页: Q235 。 (6)、下列产品选用哪些钢号?宜采用哪种热处理? 汽车板簧: 20Cr,40GrNiMn,60Si2Mn,65Mn; 淬火+中温回火。 台钳钳口: T8: 淬火+低温回火。 拖拉机履带: ZGMn13: 淬火。 自行车挡轴: 45; 淬火+高温回火。


相关文章:
第三节金属
第三节金属_理学_高等教育_教育专区。第三节·用途广泛的金属材料学习目标 1·阅读课本 P64 页第三段掌握合金的特性:硬度和熔点 2·阅读课本 P65 页了解钢的分...
3 第三节 非合金钢
3 第三节合金钢_机械/仪表_工程科技_专业资料。非合金钢 第三节合金钢一、碳素结构钢(工程构件用钢)(1)非合金结构钢和低合金高强度结构钢的牌号 用 ...
碳钢和合金钢
碳钢、合金钢两大类。 碳钢:低碳钢(Wc<0.25%)、中碳钢(Wc=0.25%~0.60%)...第三节 结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类。 一、工程结构...
必修一化学第三章第三节
必修一化学第三章第三节_高一理化生_理化生_高中教育_教育专区。合金用途广泛...3) 铜合金 青铜 黄铜 白铜 4)钢的含碳量越低, 低, 越高。 低碳钢 碳素...
03第三节 用途广泛的金属材料
学会正确选用金属材料 知识结构与板书设计 第三章 第三节 用途广泛 的金属材料 一、用途广泛的金属材料 1、铜合金 2、钢二、正确使用金属材料 教学过程 教学步骤...
碳钢和合金钢
第九章 碳钢及合金钢 (工业用钢 工业用钢) 工业用钢第一节 工业用钢的分类...三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号, 是对每一种具体钢产品所取的名称, ...
第2章 合金钢
第一节 合金元素在钢中的作用合金元素对钢的相变、组织和性能的影响取决于它们...三、合金元素对钢热处理的影响如第六章所述, 合金元素对钢在加热时奥氏体化...
第三节用途广泛的金属材料导学案
双峰四中高一化学导学案 No 制作:李奇伟 审核: 第三节用途广泛的金属材料导学案...钢是一种金属吗? 2. 青铜是我国使用最早的合金,为什么铜的冶炼要比铁的冶炼...
第六章++合金钢与粉末冶金
2、合金钢的概念 所谓的合金钢,就是为了改善钢的性能,特意地加入一些合金元素...第三节 合金结构钢 用于制造各类机械零件以及建筑工程结构的钢称之为结构钢。 ...
金属材料及热处理
第一节不锈钢 第二节 耐热钢与高温合金 第三节 耐磨钢 思考题和习题 第九章 工具钢 第一节 工具钢的分类及编号 第二节 刃具钢 第三节 模具钢 第四节 ...
更多相关标签: