金属材料及热处理知识第6章课件.ppt

1、 了解合金元素对钢性能的影响,了解钢的分类；熟悉常用低合金钢与合金钢的牌号、性能、热处理方法及应用。目目 录录一、合金元素对钢力学性能的影响二、合金元素对钢工艺性能的影响一、分类二、钢号的表示方法一、低合金高强度结构钢二、易切削结构钢三、低合金耐候钢一、合金渗透钢二、合金调质钢三、合金弹簧钢四、高碳铬轴承钢五、高锰耐磨钢一、合金工具钢二、高速工具钢一、不锈钢二、耐热钢目目 录录 常用的合金元素有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钴（Co）、钛（Ti）、铝（Al）、硼（B）、氮（N）和稀土元素等。1.合金元素溶于铁素体、奥氏体，起固溶强化作用2.合金

2、元素形成碳化物，起第二相强化、硬化作用3.合金元素使珠光体增加，起强化结构钢的作用1.对热处理性能的影响（1）对加热过程奥氏体化的影响 除Mn外的所有合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。除Co外，所有溶于奥氏体中的合金元素，都使过冷奥氏体的稳定性增大，使等温转变曲线右移，马氏体临界冷却速度减小，淬透性提高，使合金钢在较小的冷却速度下即能淬成马氏体组织，可减小淬火变形。（2）对过冷奥氏体转变的影响（3）对回火转变的影响 在相同温度下回火时，合金钢的强度和硬度比相同含碳量的非合金钢为高。反之，当回火成相同硬度时，合金钢因回火温度高而具有较高塑性、韧性，其内应力也小。2.对焊接性能的影响 淬透性良

3、好的合金钢在焊接时，容易在接头处出现淬硬组织，使该处脆性增大，容易出现焊接裂纹；焊接时合金元素容易被氧化，形成氧化物夹杂，使焊接质量下降。3.对热处理性能的影响 合金钢锻造需要施加更大的压力，合金钢锻后一般应控制终锻温度和冷却速度。按照化学成分、主要质量等级和主要性能及使用特性，将钢分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类。（1）低合金钢 合金元素的种类和含量低于国家标准规定范围的钢（2）合金钢 合金元素的种类和含量高于国家标准规定范围的钢优质合金钢特殊质量合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢（1）含碳量数字当含碳量数字为两位数时，表示钢中平均含碳量的万分数；当含碳量数字为一位数时，

4、表示钢中平均含碳量的千分数。（2）合金元素符号与含量数字表示该合金元素平均含量的百分数。当合金元素平均含量小于1.5%时不标数字。（3）当采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母，加在牌号首或尾部。牌号是由含碳量数字、合金元素符号及合金元素含量数字顺序及汉语拼音字母组成的。1.低合金高强度结构钢的化学成分 低碳钢的基础上加入少量合金元素Mn、Si、Ti、Nb、V等形成的钢。2.低合金高强度结构钢的牌号、性能及用途 牌号表示方法与碳素结构钢相同。常用低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及用途见表6-1。表6-1 常用低合金高强度结构钢的牌号

5、、力学性能及用途表6-1 常用低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及用途（续）具有小的切削抗力，对刀具的磨损小，切屑易碎，便于排除等特点，主要用于成批大量生产的螺柱、螺母、螺钉等标准件，也可用于轻型机械，如自行车、缝纫机、计算机零件等。具有良好的耐大气腐蚀的能力，此类钢主要加入的合金元素有少量的铜、铬、磷、钼、钛、铌、钒等，使钢的表面生成致密的氧化膜，可提高耐候性。1.化学成分 合金渗碳钢为低碳成分，一般钢中w(C)=0.100.25，以保证零件心部具有足够的塑性、韧性。主要合金元素是Cr，还可加入Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等。2.常用的合金渗碳钢 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺

6、、力学性能及用途见表6-2。3.热处理及性能 合金渗碳钢零件的预先热处理为正火，最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 （摘自GB/T 3077-1999）表6-2 合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途（续）1.化学成分 合金调质钢为中碳成分，碳的质量分数w(C)=0.250.50，主加合金元素有Cr、Ni、Mn、Si、B等。2.常用的合金调质钢 部分合金调质钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途见表6-3。其中，40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoA等为常用的合金调质钢。3.热处

7、理及性能 合金调质钢的最终热处理为调质处理，对于某些受冲击的表面耐磨零件，也可在调质后进行表面淬火并低温回火，或调质后氮化处理。而对于大截面的碳素调质钢零件，往往使用正火代替调质处理。表6-3 常用合金调质钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 (摘自GB/T 3077-1999)表6-3 常用合金调质钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途（续）1.化学成分 合金弹簧钢为中、高碳成分，一般w(C)=0.50.7，以满足高弹性、高强度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是强化铁素体、提高淬透性和耐回火性。2.常用合金弹簧钢 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理

8、工艺、力学性能及用途见表6-4。常用的合金弹簧钢有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。3.热处理 弹簧的热处理可根据成形方法确定，对直径或板簧厚度大于10mm的大弹簧，常采用热成形，对直径或板簧厚度小于810mm的小弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形，成形后需进行200300去应力退火。表6-4 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途1.化学成分 滚动轴承钢为高碳成分，w(C)=0.951.10%，以保证高硬度和高耐磨性。主要合金元素为Cr，w(Cr)=0.401.65%。2.牌号表示及常用钢号 牌号前用字母“G”表示滚动轴承钢的类别，后附元素符号Cr和其平均含

9、量的千分数及其他元素符号。常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途见表6-5。3.热处理 预先热处理为球化退火，最终热处理是淬火和低温回火。主要用于制造滚动轴承的内、外圈以及滚动体。表6-5 常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途 高锰耐磨钢的含碳量高，碳的质量分数w(C)=0.9%1.45%，锰的质量分数w(Mn)=11%14%。牌号由字母“ZG”（表示铸钢）后附元素符号Mn及其含量百分数表示。将钢加热到1 0001 050高温，保温一段时间，使钢中碳化物全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，得到单相奥氏体组织。1.化学成分2.牌号表示及常用钢号3.热处理

10、量具刃具钢主要用于制造低速切削刃具及测量工具。1.量具刃具钢 合金工具钢包括量具刃具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等。（1）化学成分 具有高碳成分，w(C)=0.81.50，以保证高的硬度和耐磨性。加入的合金元素有Cr、Si、Mn、W等，用以提高钢的淬透性、耐回火性、热硬性和耐磨性。（2）常用合金刃具钢 9SiCr是应用广泛的刃具钢。（3）常用量具钢 高精度量具（如量块）可采用Cr2、CrWMn等量具刃具钢制造；简单量具多用碳素工具钢（如T10A）。常用量具刃具钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途见表6-6。（4）热处理 量具刃具钢的预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火加低温回

11、火，热处理后硬度达6065HRC。冷作模具用于冷态下金属的成形加工，如冷冲模、冷挤压模、剪切模等。2.冷作模具钢（1）化学成分 具有高的含碳量，加入合金元素Cr、Mo、W、V等。（2）常用的冷作模具钢 Cr12型钢包括Cr12、Cr12MoV等，常用冷作模具钢的牌号、化学成分、热处理及用途见表6-7。（3）热处理 Cr12型钢属于莱氏体钢，加工前应进行反复锻打并退火，最终热处理一般为淬火和回火。表6-6 常用量具刃具钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途 （摘自GB/T1299-2000）表6-7 常用冷作模具钢的牌号、化学成分、热处理及用途 （摘自GB/T 1299-2000）（3）热处

12、理 热锻模坯料锻造后需进行退火，最终热处理为淬火、高温（或中温）回火。热作模具用于热态金属的成形加工，如热锻模、压铸型、热挤压模等。3.热作模具钢（1）化学成分 中碳成分，w(C)=0.30.6，加入合金元素有Cr、Mn、Ni、Mo、W、Si等。（2）常用热作模具钢 5CrMnMo和5CrNiMo是最常用的热锻模具钢。表6-8 常用热作模具钢的牌号、化学成分、热处理及用途 （摘自GB/T 1299-2000）塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢种。4.塑料模具钢（1）塑料模具的性能要求（2）塑料模具钢的牌号、性能及用途 如表6-9所示。良好的加工性能；良好的抛光性；较高的硬度，良好的耐磨性，足够的

13、强度和韧性；热处理变形小，良好的焊接性。表6-9 常用塑料模具钢的牌号、性能及用途表6-9 常用塑料模具钢的牌号、性能及用途（续）（3）热处理 必须用反复锻打的方法将其击碎，W18Cr4V钢锻造后进行退火，W18Cr4V钢的最终热处理为高温淬火和多次回火。高速工具钢主要用来制造中、高速切削刀具，具有较高的热硬性，在500600时硬度仍不降低。（1）化学成分 w(C)=0.70%1.25%，加入合金元素W、Mo、Cr、V等。（2）常用的高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V为较常用的高速钢。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的统称，应能够抵抗空气、蒸汽、酸、碱、盐等腐蚀性介质的

14、腐蚀。1.不锈钢的化学成分 不锈钢一般w(Cr)均在13%以上。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。2.常用不锈钢及其热处理（3）奥氏体不锈钢 常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。（1）马氏体不锈钢 常用牌号有1Cr13、3Cr13等。（2）铁素体不锈钢 常用牌号有1Cr17等。表6-11 常用的不锈钢牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途 （摘自GB/T 1220-1992）奥氏体耐热钢通常合金元素含量很高，常用的有1Cr18Ni9Ti、3Cr18Mn12Si2N等。马氏体耐热钢有两类：一类是铬钢，常用钢号有1Cr13、1Cr11MoV等；另一类是铬硅钢，常用钢号有4

15、Cr 9Si2等。铁素体耐热钢含Cr量较高，常用钢号有00Cr12、2Cr25N等。常用耐热钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途见表6-12。表6-12 常用耐热钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能及用途 （摘自GB/T 1221-1992）1.什么是低合金钢和合金钢？2.合金元素在钢中的主要作用是什么？3.试解释下列现象：（1）Q345钢与Q235钢的含碳量基本相同，但前者的强度明显高于后者，为什么?（2）将20CrMnTi、20钢同时加热到950并保温一段时间，发现前者的奥氏体晶粒很细小而后者的奥氏体晶粒粗大，为什么?4.为什么渗碳钢采用低碳成分？为什么渗碳处理后要进行淬火和

16、低温回火？5.什么是调质钢？为什么调质钢大多采用中碳成分？6.弹簧钢的化学成分有何特点？弹簧怎样进行热处理？7.有人说：“滚动轴承钢是专用钢，只能制作滚动轴承，而不能制作其他零件用”，这句话对吗？为什么？8.耐磨钢的使用场合有何特点？为什么耐磨钢要进行“水韧处理”？9.合金工具钢有哪几种？合金工具钢能制作中、高速切削的刀具吗？10.高速钢成分和性能有何特点？高速钢怎样进行热处理？11.什么叫不锈钢？不锈钢是如何分类的？12.下列零件及工具如果材料错用，在使用过程中会出现哪些问题？（1）把 45钢当作20CrMnTi钢制造齿轮。（2）把T12钢当作W18Cr4V钢制造钻头。（3）把20钢当作60Si2Mn钢制造弹簧。13.明下列牌号钢的类型、碳及合金元素的含量：Q345、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCr15、ZGMn131、9SiCr、W18Cr4V、1Cr18Ni9、5CrMnMo