高二 北京理工大学出版社 《金属学与热处理》第七章 合金钢课件

第七章 合金钢 7.1 合金元素对钢的影响 7.2 合金钢的分类和牌号 7.3 合金结构钢 7.4 合金工具钢 7.5 特殊性能钢 7.1 合金元素对钢的影响 合金元素在钢中的作用是非常复杂的，它对钢的组织和性能有很大影响。下面仅简述几种主要的作用。 一、形成合金碳化物 锰、铬、钼、钨、钒、钛等元素与碳能形成碳化物。根据合金元素与碳的亲和力不同，它们在钢中形成的碳化物可分为以下两类。 .合金渗碳体:锰、铬、铂、钨等弱及中强碳化物形成元素一般倾向于形成合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C, (Fe,Cr)3C, (Fe,W)3C 等。合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高。 .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，如VC , TiC等。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，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。 下一页 返回 7.1 合金元素对钢的影响 二、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，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性下降。合金元素对铁素体韧性的影响与它们的含量有关。例如w(Si )<1.00%,w(Mn) <1.50%时，既能强化铁素体，又不明显降低韧性，当含量超过此值时韧性则有下降的趋势;当Ni的含量不超过5% ,Cr的含量不超过1. 5%时，它们不仅能强化铁素体，还能提高韧性，这就是铬镍钢具有优良的综合力学性能的原因。 三、提高钢的淬透性 除钻外，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曲线右移，从而减小淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。 上一页 下一页 返回 7.1 合金元素对钢的影响 合金元素加入后，可提高钢的淬透性，因此，在获得同样淬硬层深度的情况下，可以采用冷却能力较低的淬火介质，以减小形状复杂的零件在淬火时的变形和开裂的几率。在淬火条件相同的条件下，合金钢可获得较深的淬硬层，使大截面的零件获得均匀一致的组织，从而得到较好的力学性能。 常用的提高淬透性的合金元素有:钼、锰、铬、镍和硼等。如微量的硼(0. 000 5%-0. 003%)即能明显提高钢的淬透性。 四、细化晶粒 几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时的奥氏体晶粒长大的作用，以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，铝在钢中形成的AlN和Al2O3细小质点，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒。 上一页 下一页 返回 7.1 合金元素对钢的影响 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，而保持较大的弥散度，所以钢在回火过程中硬度下降较慢。 和碳钢相比，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，而使其韧性更好。 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热硬性，这种性能对一些工具刀具有重要意义。如高速切削时，刀具温度很高，如果刀具材料的回火稳定性高，刀具的使用寿命便可延长。 综上所述，由于合金元素能强化铁素体，能形成高硬度、高耐磨性的合金碳化物，能细化晶粒，能提高钢的淬透性和耐回火性，所以合金钢的力学性能比碳钢好。但是，合金元素的有益作用大多数要通过适当的热处理才能发挥出来。 上一页 返回 7.2 合金钢的分类和牌号 一、合金钢的分类 合金钢的分类方法很多，但最常用的是下面两种分类方法。 1.按用途分类 .合金结构钢:用于制造机械零件和工程结构的钢; .合金工具钢:用于制造各种工具的钢; .特殊性能钢:具有某种特殊物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 2.按合金元素总含量分类 .低合金钢:合金元素总含量小于5% ; .中合金钢:合金元素总含量为5%~10% ; .高合金钢:合金元素总含量大于10%。 下一页 返回 7.2 合金钢的分类和牌号 二、合金钢的牌号 我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。 1.合金结构钢的牌号 采用“两位数字(碳含量)+元素符号(或汉字)+数字”表示。前面两位数字表示