第七章 低合金與合金鋼.doc

淮安信息職業(yè)技術學院淮安信息職業(yè)技術學院教案首頁一、章節(jié)： 第七章 低合金與合金鋼 第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用 第二節(jié) 低合金鋼 二、教學目的：使學生了解合金元素在鋼中的作用及低合金鋼的分類、作用與編號。 三、教學方法： 講授法。 四、教學重點： 合金元素在鋼中的作用與低合金鋼的應用。 五、教學難點： 合金元素在鋼中的作用與低合金鋼的應用。 六、使用教具： 掛圖。 七、課后作業(yè)： P127：1、2、18。 八、課后小結： 第七章 低合金與合金鋼 碳鋼雖然具有良好的工藝性能，價格低廉，應用廣泛，但淬透性低，強度較低，且不能滿足某些特殊性能要求(如耐蝕、耐熱、抗氧化、耐磨性等)。 為改善碳鋼的組織和性能，在碳鋼基礎上有目的地加入一種或幾種合金元素所形成的鐵基合金，稱為低合金鋼或合金鋼。常加入的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼、鋁、鈮、等。通常低合金鋼中加入合金元素的種類和數量較合金鋼少。 第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用 一、合金元素與鐵、碳的作用 1合金元素與鐵的作用幾乎所有合金元素都能不同程度地溶人鐵素體或奧氏體中形成合金鐵素體或合金奧氏體,起到固溶強化作用。提高鐵素體強度，又能提高其韌性。因此，在低合金鋼與合金鋼中對合金元素含量應有一定限制。由于合金奧氏體的強度較高，因此對此類鋼進行壓力加工時要用較高噸位的設備和較嚴格的工藝規(guī)范。2合金元素與碳的作用與碳形成碳化物的合金元素稱為碳化物形成元素，如鈦、釩、鎢、鉬、鉻、錳、鐵等；不與碳形成磷化物的合金元素稱為非碳化物形成元素，如鎳、硅、鋁、氮等。不同的碳化物形成元素，形成的碳化物性質不同，強碳化物形成元素釩、鈦、鈮、鋯等與碳形成極穩(wěn)定的特殊碳化物，如VC、TiC等，這類碳化物有高的熔點、硬度和耐磨性，當在鋼中彌散分布時，將顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，且韌性不降低。中強碳化物形成元素鉻、鎢、鉬等，當其含量較高時，與碳形成穩(wěn)定性較高的合金碳化物，當其含量較低時，這些合金元素只能置換滲碳體中的鐵原子，形成穩(wěn)定性較差的合金滲碳體，硬度比滲碳體高。弱碳化物形成元素錳、鐵等，只能形成合金滲碳體和滲碳體。一般，碳化物越穩(wěn)定，其硬度越高；碳化物顆粒越細小，對鋼的強化效果越顯著。高速工具鋼制作的刃具，因含有大量穩(wěn)定性高的碳化物，所以硬度高，耐磨性好。二、合金元素對FeFe3C相圖的影響1對奧氏體單相區(qū)的影響合金元素鎳、錳、鈷等可使GS線向左下方移動，擴大了奧氏體單相區(qū)。當鋼中含有大量能擴大奧氏體相區(qū)的元素時，有可能在室溫形成單相奧氏體組織，這種鋼稱為“奧氏體鋼”。合金元素鉻、鉬、鎢、釩、鈦、硅等可使GS線向左上方移動，縮小了奧氏體單相區(qū)，當鋼中含有大量能縮小奧氏體相區(qū)的元素時，有可能在室溫形成單相鐵素體組織，這種鋼稱為“鐵素體鋼”。單相奧氏體和單相鐵素體具有抗蝕、耐熱等性能，是不銹、耐蝕、耐熱鋼中常見的組織。2對S、E點的影響 大多數合金元素均使S、E點左移。S點左移表明共析點含碳量降低，使含碳量相同的磷鋼與合金鋼具有不同的組織和性能。 由于合金元素使鋼的S、E點發(fā)生變化，必然導致鋼的相變點發(fā)生相應的變化。 三、合金元素對鋼熱處理的影響1對鋼在加熱時奧氏體化的影響 低合金鋼和合金鋼的奧氏體化過程與碳鋼相同，即包括奧氏體形核與長大、剩余碳化物溶解、奧氏體均勻化等過程。奧氏體化過程與碳的擴散能力有關，除鈷、鎳等元素外，大多數合金元素均使碳的擴散能力降低，尤其是強碳化物形成元素(如釩等)所形成的特殊碳化物，能阻礙碳的擴散。這種碳化物穩(wěn)定性大，又難以分解，使奧氏體均勻化過程變得困難。因此，大多數低合金鋼與合金鋼為獲得成分均勻的奧氏體，需提高加熱溫度和延長保溫時間。 合金元素(除錳、磷外)均不同程度的阻礙奧氏體晶粒長大，尤其是強碳化物形成元素(如鈦、釩、鈮等)更為顯著，它們形成的碳化物在高溫下較穩(wěn)定，且呈彌散質點分布在奧氏體晶界上，能阻礙奧氏體晶粒長大。因此，低合金鋼與合金鋼經熱處理后的晶粒比相同含碳量的碳鋼更細小，其性能較高。2對過冷奧氏體轉變的影響由于固溶于奧氏體中的合金元素(除鈷、鋁以外)均不同程度地阻礙碳的擴散，使奧氏體穩(wěn)定性增加，C曲線右移，提高了淬透性。硅、鎳、錳等合金元素使C曲線右移，但形狀不變。3對回火轉變的影響（1）提高鋼的耐回火 耐回性火是指淬火鋼在回火時抵抗軟化的能力。 (2)產生二次硬化 含有較多鉻、鉬、鎢、釩等碳化物形成元素的合金鋼，在500600回火時，將從馬氏體中析出特殊碳化物。這類碳化物硬度高、顆粒細小、數量多、分散均勻，使鋼回火后硬度有所提高，稱此現象為二次硬化。二次硬化實質上是一種彌散強化。另外，某些合金鋼在500600回火冷卻過程中，部分殘留奧氏體將轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體，提高了鋼的硬度，也是產生“二次硬化”的一個原因。 第二節(jié) 低合金鋼一、低合貪鋼的分類1按主要質量等級分(1)普通質量低音金鋼(s0.045、p0.045) 普通質量低合金鋼是指在生產過程中不規(guī)定需要特別控制質量要求的，供作一般用途的低合金鋼。主要包括：一般用途低合金結構鋼，低合金鋼筋鋼，鐵道用一般低合金鋼等，(2)優(yōu)質低合金鋼(硫和磷含量均比普通質量低合金鋼少) 優(yōu)質低合金鋼是指除普通質量低合金鋼和特殊質量低音金鋼以外的低合金鋼。這類鋼在生產過程中需要特別控制質量，與普通質量低合金鋼相比，這類鋼有特殊的質量要求(例如良好的抗臆斯性0S和冷成形性能)，但這類鋼的生產控制和質量要求，不如特殊質量低合 金鋼嚴格。 (3)特殊質量低合金鋼(s0020、p0020) 特殊質量低合金鋼是指在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能(尤其是嚴格控制硫、磷等雜質含量和純潔度)的低合金鋼。 2.按主要性能和使用特性分分為可焊接的低合金高強度結構鋼，低臺金耐候鋼，低臺金鋼筋鋼，鐵道用低合金鋼，礦用低合金鋼，其他低合金鋼等。二、常用低合金鋼的編號1低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼牌號袁示方法與碳素結構鋼相同。例如，Q390鋼表示S390 Mpa的低合金高強度結構鋼。2易切削結構鋼易切削結構鋼的牌號由“易”字漢語拼音字首“Y和數字組成。數字表示平均含碳量的萬分數，若鋼中含錳量較高時標出“Mn”。例如，Y40Mn表示平均c=O4，含錳量較高(Mn1.5進時不標出數字)的易切削結構鋼。三、常用低臺金鋼1低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼是在低碳鋼的基礎上加入少量合金元紊而形成的鋼。鋼中c 0.2，常加入的合金元素有硅、錳、性、鈮、釩等，其總含量Mn3。鋼中含碳量較低，是為了獲得良好的塑性、焊接性和冷變形能力。 低合金高強度結構鋼大多在熱軋、正火狀態(tài)下供應，使用時一般不再進行熱處理。低合金高強度結構鋼的強度高，塑性和韌性好，焊接性和冷成形性良好，耐蝕性較好，韌脆轉變溫度低，成本低，適于冷成形和焊接。 低合金高強度結構鋼廣泛用于橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、輸油管，以及低溫下工作的構件等。最常用的是Q345鋼。2.易切削結構鋼易切削結構鋼是指含硫、錳、磷量較高或含微量鉛、鈣的低碳或中碳結構鋼，簡稱易切鋼。3低臺金高耐候性鋼低合金高耐侯性鋼即耐大氣腐蝕鋼，是近年來在我國開始推廣應用的新鋼種。在鋼中加入少量合金元素(如銅、磷、鉻、鉬、鈦、鈮、釩等)，使其在鋼表面形成一層致密的保護膜，提高了鋼材的耐候性能。這類鋼與碳鋼相比，具有良好的抗大氣腐蝕能力。淮安信息職業(yè)技術學院教案首頁一、章節(jié)： 第七章 低合金與合金鋼 第三節(jié) 合金鋼的分類與編號 第四節(jié) 合金結構鋼 二、教學目的：使學生了解合金鋼的作用及合金鋼的分類、作用與編號。 三、教學方法： 講授法。 四、教學重點： 合金鋼與低合金鋼的作用、編號及應用。 五、教學難點： 合金鋼與低合金鋼的作用、編號及應用。 六、使用教具： 掛圖。 七、課后作業(yè)： P127：3、8、12。 八、課后小結： 第三節(jié) 合金鋼的分類與編號一合金鋼的分類1.按主要質量等級分(1)優(yōu)質合金鋼 優(yōu)質合金鋼是指在生產過程中需要特別控制質量和性能的合金鋼。但生產控制和質量要求不如特殊質量合金鋼嚴格。優(yōu)質合金鋼主要包括：一般工程結構用合金鋼、合金鋼筋鋼、鐵道用合金鋼、硫及磷含量大于0035的耐磨鋼和硅錳彈簧鋼等。(2)特殊質量合金鋼 特殊質量合金鋼是指在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的合金鋼。除優(yōu)質合金鋼以外的合金鋼均稱為特殊質量合金鋼。特殊質量合金鋼主要包括：壓力容器合金鋼、合金結構鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。2按主要性能和使用特性分主要分為工程結構用合金鋼，機械結構用合金鋼，軸承鋼，工具鋼，不銹、耐蝕和耐熱鋼，特殊物理性能鋼等。二、合金鋼的編號1機械結構用合金鋼與工程結構用合金鋼(1)機械結構用合金鋼 常用的有表面硬化合金結構鋼、調質處理合金結構鋼(合金調質鋼)、合金彈簧鋼等。這些鋼的牌號均依次由兩位數字、元素符號和數宇組成。兩位數字表示鋼中平均含碳量的萬分數，元素符號表示鋼中所含的合金元素，元素符號后的數字表示該合金元素平均含量的百分數（若平均含量15時，元素符號后盾不標出數字；若干均含量為152.4、2.53.4、時，則在相應的合金元素符號后標注2、3、）。機械結構用合金鋼按冶金質量(即鋼中磷、硫多少)不同分為優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼(牌號后加“A”)、特級優(yōu)質鋼(牌號后加“E”)。(2)工程結構用合金鋼 常用的有高錳耐磨鋼，其牌號依次由“鑄鋼”漢語拼音字首“ZG” 、 合金元素符號“Mn”和數字組成，其數字表示平均含錳量的百分數。2.軸承鋼軸承鋼的牌號依次由“滾”字漢語拼音字首“G”、合金元素符號“Cr”和數字組成。其數字表示平均含鉻量的千分數。例如，GCrl5表示平均Cr=1.5的軸承鋼。若鋼中含有其他合金元素，應依次在數字后面寫出元素符號，如GCrl5SiMn表示平均Cr=1. 5、Si和Mn均1.5%的軸承鋼。無鉻軸承鋼的編號方法與結構鋼相同。3合金工具鋼合金工具鋼包括量具刃具用鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。這類鋼的牌號表示方法與機械結構用合金鋼相似。區(qū)別在于：若鋼中平均c1時，牌號以一位數字為首，表示平均含碳量的千分數；若鋼中平均c1時，則牌號前不寫數字。 4.高速工具鋼高速工具鋼的牌號表示方法與合金工具鋼基本相同。主要區(qū)別是有些牌號的鋼，即使C1%其牌號前也不標出數字。 5.不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼不銹、耐蝕鋼和耐熱鋼的牌號表示方法與合金工具鋼基本相同。 第四節(jié) 合金結構鋼一、常用機械結構用合金鋼和工程結構用合金鋼1. 合金滲碳鋼許多機械零件如汽車、拖拉機齒輪，內燃機凸輪，活塞銷等是在沖擊力和表面受到強烈摩擦、磨損條件下工作的，因此要求零件表面有高的硬度和耐磨性，心部有足夠強度和好的韌性。為滿足上述性能要求，常選用合金滲碳鋼。合金滲碳鋼屬于表面硬化合金結構鋼。（1）化學成分 合金滲碳鋼的c=O.100.25，以保證零件心部有足夠的塑性和韌性。 (2)熱處理特點 為改善滲碳鋼毛坯的切削加工性能，應在鍛造后進行正火。為保證零件表面有高的硬度和耐磨性，一般應在滲碳后進行淬火、低溫回火(180200)。 (3)常用合金滲碳鋼 合金滲碳鋼按淬透性高低分為以下三類：1)低淬透性合金滲碳鋼 這類鋼合金元素含量較少，淬透性較差。主要用于受沖擊力較小、截面尺寸不大的耐磨件。常用牌號有20MnV鋼、20Cr鋼等。2)中淬透性合金滲碳鋼 這類鋼淬透性較好，淬火后心部強度高(可達1 0001 200MPa)。常用于制造受沖擊，并要求有足夠韌性和耐磨性的零件。常用牌號有20CrMnTi鋼、20MnVB鋼等。3)高淬透性合金滲碳鋼 這類鋼含有較多的鉻、鎳等合金元素，淬透性好，甚至空冷也能得到馬氏體組織。心部強度可達1175MPa以上。主要用于制作承受重載荷，要求高強韌性和耐磨性的大型零件。常用牌號有20Cr2Ni4鋼、20Cr2Ni4VA鋼。2.合金調質鋼合金調質鋼是指經調質后使用的鋼。主要用于制作要求綜合力學性能好的重要零件，如機床主軸、汽車半軸、連桿等。(1)化學成分 合金調質鋼的C=0.250.50，含碳量過低，不易淬硬，回火后強度不夠；含碳量過高，韌性差。(2)熱處理特點 為改善合金調質鋼鍛造后的組織、切削加工性能和消除應力，切削加工前應進行退火或正火。最終熱處理一般為淬火、高溫回火，以獲得良好的綜合力學性能，其組織為回火索氏體。對于某些零件不僅要求有良好的綜合力學性能，而且在某些部位還要求硬度高、耐磨性好。因此，對這些零件在調質后還要進行感應淬火或滲氮。(3)常用合金調質鋼 合金調質鋼按摔透性高低分為以下三類：低淬透性合金調質鋼 這類鋼含合金元素較少，淬透性較差，但經調質后強度比碳鋼高，工藝性能較好。主要用于制作中等截面的零件。常用的牌號有40Cr鋼、40MnB鋼、42SiMn鋼。中淬透性合金調質鋼 這類鋼含合金元素較多，淬透性較高，調質后強度高。主要制作截面較大，承受較大載荷的零件。常用牌號有40CrMn鋼、35CrMo鋼、38CrMoAl鋼、40CrNi鋼等。高淬透性合金調質鋼 3、合金彈簧鋼合金彈簧鋼主要用于制造各種機械和儀表中的彈簧。彈簧是利用彈性變形來儲存能量，減緩振動和沖擊，彈簧一般在交變載荷下工作，受到反復彎曲或拉、壓應力，常產生疲勞破壞。 3、常用合金彈簧鋼 應用最廣泛的是60Si2Mn鋼，其淬透性、彈性極限、屈服點和疲勞強障度均較高，價格較低。主要制作截面尺寸較大的彈簧。4、高錳耐磨鋼高錳耐磨鋼是指在巨大壓力的強烈沖擊作用下才能發(fā)生硬化的鋼。二、軸承鋼軸承鋼主要用于制作滾動軸承的滾動體和內、外圈等，屬于專用結構鋼?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院教案首頁一、章節(jié)： 第七章 低合金與合金鋼 第五節(jié) 合金工具鋼與高速工具鋼 第六節(jié) 不銹、耐蝕鋼與耐熱鋼 二、教學目的：使學生了解合金元素在鋼中的作用及低合金鋼的分類、作用與編號。 三、教學方法： 講授法。 四、教學重點： 合金工具鋼和高速工具鋼的作用。 五、教學難點： 合金工具鋼和高速工具鋼的作用。 六、使用教具： 掛圖。 七、課后作業(yè)： P127：13、14、15。 八、課后小結： 第五節(jié) 合金工具鋼與高速工具鋼一、合金工具鋼合金工具鋼是指用于制造各種刃具、模具和量具用鋼的總稱。1、量具、刃具鋼（1）量具用鋼 量具用鋼是指用來制作各種測量工具(如卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)等)的鋼。量具工作時，主要受摩擦、磨損，承受外力很小，因而要求量具用鋼要有高的硬度耐磨性和良好的尺寸穩(wěn)定性。量具經淬火、低溫回火后，組織為回火馬氏體和少量殘留奧氏體，在使用和放置過程中因組織發(fā)生變化，導致量具形狀尺寸變化。為保證量具精度和提高尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后立即進行-80左右的冷處理，使殘留奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，然后低溫回火，再經磨削，最后進行穩(wěn)定化處理，使淬火組織盡量轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體，并消除應力。（2）合金刃具鋼 合金刃具鋼主要制作切削刃具(如板牙、絲錐、鉸刀等)：刃具工作時，刃部與切屑、毛坯間產生強烈摩擦，使刃部磨損并產生高溫(可達500600)：另外，刃具還承受沖擊和震動。2合金模具鋼合金模具鋼按使用條件不同分為：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼等到。（1）冷作模具鋼 冷作模具鋼是用于制造在冷態(tài)下變形或分離的模具。（2）熱作模具鋼 熱作模具鋼是用于制造使熱態(tài)一金屬或合金在壓力下成型的模具。（3）塑料模具鋼 塑料模具鋼是塑料模具是用的鋼。二、高速工具鋼高速工具鋼是含有較多合金元素的合金鋼,它具有高的熱硬性，當切削溫度高達600度時，仍有良好的切削性能，故稱“鋒鋼”。1化學成份高速鋼含碳量0.70%1.25%。2高速工具鋼的鍛造與熱處理特點高速鋼屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織中有粗大魚骨狀的合金