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:
合金钢总结
第三节一、合金钢分类 合金钢的分类与牌号 低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢 合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢——合金...
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...
3 第三节 非合金钢
合金钢合金钢隐藏>> 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 Q、屈服点数值、质量等级和脱氧方法组...
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, ...
高合金钢分别
合金钢分别_材料科学_工程科技_专业资料。第一节 当今世界广告发展的趋势 ...第三节 广告设计的美学特征 现代广告集科学、艺术、文化于一身,具有实用和审美...
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。 ...
合金钢说课稿
合金钢说课稿_院校资料_高等教育_教育专区。合金钢说课稿 第三节 用途广泛的金属材料 教学目标 1.以钢铁、铜合金为例,认识合金的性能及合金材料在生活中的应用....
2016-2022年中国合金钢市测报告
2016-2022年中国合金钢市测报告_经济/市场_经管营销_专业资料。《2016-2022年...第三节 2014-2015 年世界合金钢行业发展走势展望分析 一、全球合金钢行业市场...
第七章 低合金与合金钢
9 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院教案首页一、章节: 第七章 低合金与合金钢 第三节 合金钢的分类与编号 第四节 合金结构钢 二、教学目的:使学生了解...
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:
合金钢 | 耐磨合金钢件 | 低合金钢铸件 | 合金钢回收 | 耐磨合金钢件 分衬板 | 低合金钢铸件 动挖掘 | 低合金钢铸件 车斗齿 | 耐磨合金钢件 分料盘 |