第三節(jié) 合金鋼概述

1、3-3 3-3 合金鋼概述合金鋼概述（P131-136P131-136）二、合金元素在鋼中的主要作用二、合金元素在鋼中的主要作用（一）固溶強(qiáng)化（一）固溶強(qiáng)化（二）第二相強(qiáng)化（二）第二相強(qiáng)化（三）細(xì)晶強(qiáng)化（三）細(xì)晶強(qiáng)化（四）提高淬透性（四）提高淬透性（五）提高回火穩(wěn)定性（五）提高回火穩(wěn)定性（六）抑制第二類(lèi)回火脆性（六）抑制第二類(lèi)回火脆性三、合金鋼的分類(lèi)與編號(hào)三、合金鋼的分類(lèi)與編號(hào)一、合金元素分類(lèi)及在鋼中存在形式一、合金元素分類(lèi)及在鋼中存在形式（一）非碳化物形成元素（一）非碳化物形成元素（二）弱碳化物形成元素（二）弱碳化物形成元素（三）強(qiáng)碳化物形成元素（三）強(qiáng)碳化物形成元素一、合金元素分類(lèi)及在鋼中

2、存在形式一、合金元素分類(lèi)及在鋼中存在形式（一）非碳化物形成元素（一）非碳化物形成元素v 定義：定義：是指是指與碳親和力很弱與碳親和力很弱,不和碳形成碳化物的不和碳形成碳化物的合金元素合金元素。如。如Ni、Si、Al、Co、Cu、B等。等。v 在鋼中存在形式：在鋼中存在形式：基本都溶于鐵素體（基本都溶于鐵素體（F）內(nèi)，形成合金鐵素體。）內(nèi)，形成合金鐵素體。（二）弱碳化物形成元素（二）弱碳化物形成元素v 定義：定義：是指是指與碳親和力較弱的合金元素與碳親和力較弱的合金元素。如。如Mn。v 在鋼中存在形式：在鋼中存在形式： 少量溶于少量溶于滲碳體滲碳體（Fe3C）內(nèi)，形成）內(nèi)，形成合金滲碳體合金滲碳

3、體（Fe，Mn）3C，大部分溶于，大部分溶于鐵素體鐵素體（F）內(nèi)，形成）內(nèi)，形成合金鐵素體合金鐵素體。 （三）強(qiáng)碳化物形成元素（三）強(qiáng)碳化物形成元素v 強(qiáng)碳化物形成元素：強(qiáng)碳化物形成元素：是指是指與碳親和力較強(qiáng)的合金元素。如與碳親和力較強(qiáng)的合金元素。如Cr、W、Mo、V、Nb、Ti等。等。v在鋼中存在形式：在鋼中存在形式：含量較低時(shí)含量較低時(shí)一般傾向于置換一般傾向于置換Fe3C內(nèi)的內(nèi)的Fe原子而原子而形成形成合金滲碳體合金滲碳體（Fe，Cr）3C、（、（Fe，W）3C等。而等。而含量較高時(shí)含量較高時(shí)，除形成滲碳體型碳化物外，除形成滲碳體型碳化物外，還可形成穩(wěn)定性更高的還可形成穩(wěn)定性更高的合金碳

4、化物合金碳化物（Cr7C3、Fe4W2C等）和穩(wěn)定性特高的等）和穩(wěn)定性特高的特殊碳化物特殊碳化物（WC、VC等）。等）。二、合金元素在鋼中的主要作二、合金元素在鋼中的主要作用用（一）固溶強(qiáng)化（一）固溶強(qiáng)化 除鉛外，大多數(shù)合金元素（除鉛外，大多數(shù)合金元素（Me）都能溶于）都能溶于F 形成合金形成合金F。由于。由于Me與與Fe的晶格類(lèi)型和原子半徑的晶格類(lèi)型和原子半徑的差異而引起的差異而引起F的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，即的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，即使使 F 的的HB 、 b 。 Me與與Fe的晶格類(lèi)型和原子半徑的晶格類(lèi)型和原子半徑的差異愈大，該的差異愈大，該Me對(duì)對(duì)F的強(qiáng)化效果也愈大。的強(qiáng)化效果也愈

5、大。而而F 的的 、Ak 與溶入與溶入F中的中的Me種類(lèi)及數(shù)量有關(guān)。種類(lèi)及數(shù)量有關(guān)。 固溶強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化，強(qiáng)度、硬度升高，強(qiáng)度、硬度升高，韌性下降。韌性下降。如圖所示如圖所示 合金元素原子溶于合金元素原子溶于F合金元素對(duì)鐵素體硬度的影響（退火態(tài)）合金元素對(duì)鐵素體硬度的影響（退火態(tài)）合金元素對(duì)鐵素體沖擊韌性的影響合金元素對(duì)鐵素體沖擊韌性的影響（二）第二相強(qiáng)化（二）第二相強(qiáng)化 某些某些Me加入加入鋼中，增強(qiáng)鋼中，增強(qiáng)Fe與與C的親和力，形成穩(wěn)定性的親和力，形成穩(wěn)定性較高的較高的合金滲碳體合金滲碳體（Fe,Cr）3C等。隨等。隨Me及及C的加入量的加入量增多，能形成穩(wěn)定性更高的增多，能形成穩(wěn)定性更高

6、的合金碳化物合金碳化物Cr7C3、Cr23C6等及穩(wěn)定性特高的合金碳化物（等及穩(wěn)定性特高的合金碳化物（WC、VC、TiC等），等），其熔點(diǎn)、硬度高，難溶于其熔點(diǎn)、硬度高，難溶于A、難聚集長(zhǎng)大，這些碳化物、難聚集長(zhǎng)大，這些碳化物（第二相）（第二相）呈細(xì)小顆粒狀、彌散分布在鋼的基體上呈細(xì)小顆粒狀、彌散分布在鋼的基體上，將，將使鋼的使鋼的HB 、b，耐磨性增加，但，耐磨性增加，但、Ak。加入加入Me合金滲碳體、合金碳化物合金滲碳體、合金碳化物細(xì)小顆粒狀、彌散分布在鋼的基體上細(xì)小顆粒狀、彌散分布在鋼的基體上強(qiáng)化強(qiáng)化回火馬氏體回火馬氏體M（基體）（基體）高速鋼高速鋼W18Cr4V淬火淬火+回火組織回火組

7、織碳化物碳化物（三）細(xì)晶強(qiáng)化（三）細(xì)晶強(qiáng)化 大部分大部分Me元素都抑制鋼在加熱時(shí)的元素都抑制鋼在加熱時(shí)的A晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒。尤其是強(qiáng)碳化物形成元素細(xì)化晶粒。尤其是強(qiáng)碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等與等與C形成高熔點(diǎn)、高硬度的形成高熔點(diǎn)、高硬度的合金碳化物（合金碳化物（K），并呈，并呈細(xì)小、顆粒狀的質(zhì)點(diǎn)彌散分布在鋼中，這些細(xì)小、顆粒狀的質(zhì)點(diǎn)彌散分布在鋼中，這些K對(duì)對(duì)A的晶的晶界起到釘扎作用，強(qiáng)烈阻礙界起到釘扎作用，強(qiáng)烈阻礙A晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大，故合金鋼在淬，故合金鋼在淬火加熱時(shí)易獲得細(xì)小的火加熱時(shí)易獲得細(xì)小的A晶粒未溶的晶粒未溶的K質(zhì)點(diǎn)，淬火后質(zhì)點(diǎn)，淬火后可獲得在硬度高、強(qiáng)韌性好的細(xì)

8、小馬氏體的基體上彌可獲得在硬度高、強(qiáng)韌性好的細(xì)小馬氏體的基體上彌散分布著散分布著K質(zhì)點(diǎn)的組織。質(zhì)點(diǎn)的組織。從而使合金鋼具有高的硬度、從而使合金鋼具有高的硬度、高的強(qiáng)韌性、高的耐磨性。高的強(qiáng)韌性、高的耐磨性。MeK釘扎晶界釘扎晶界阻礙阻礙A晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大高速鋼高速鋼W18Cr4V的淬火組織的淬火組織KM+A （四）提高鋼的淬透性（四）提高鋼的淬透性 除除Co外，所有外，所有Me當(dāng)他們?nèi)苋氘?dāng)他們?nèi)苋階中后，均提高中后，均提高鋼的鋼的淬透性淬透性。因此，在獲得同樣淬硬層深度的情因此，在獲得同樣淬硬層深度的情況下，可用冷卻能力較低的淬火介質(zhì)，以減少工況下，可用冷卻能力較低的淬火介質(zhì)，以減少工件的淬火

9、變形和開(kāi)裂；在淬火條件相同的條件下，件的淬火變形和開(kāi)裂；在淬火條件相同的條件下，合金鋼可獲得較深的淬硬層，從而使大截面的工合金鋼可獲得較深的淬硬層，從而使大截面的工件獲得均一的組織，高的力學(xué)性能。件獲得均一的組織，高的力學(xué)性能。淬透性：淬透性：鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層（淬透層）深度鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層（淬透層）深度的能力。的能力。（五）提高鋼的回火穩(wěn)定性（五）提高鋼的回火穩(wěn)定性 Me能使淬火鋼在回火過(guò)程中的能使淬火鋼在回火過(guò)程中的M分解和分解和A 的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變速度減慢，提高了速度減慢，提高了F再結(jié)晶溫度，使碳化物不易聚集長(zhǎng)再結(jié)晶溫度，使碳化物不易聚集長(zhǎng)大而保持較大的彌散度。因此，提高了鋼對(duì)回火軟化

10、大而保持較大的彌散度。因此，提高了鋼對(duì)回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。 當(dāng)鋼中含有較多的強(qiáng)碳化物形成元素（如當(dāng)鋼中含有較多的強(qiáng)碳化物形成元素（如W、Mo、V等）時(shí)，淬火后的等）時(shí)，淬火后的A 十分穩(wěn)定，加熱至十分穩(wěn)定，加熱至500 600 仍不分解，爾后在回火冷卻過(guò)程中部分轉(zhuǎn)變成仍不分解，爾后在回火冷卻過(guò)程中部分轉(zhuǎn)變成M，反，反而使鋼的硬度上升；此外，在此溫度下回火鋼中將沉而使鋼的硬度上升；此外，在此溫度下回火鋼中將沉淀析出這些元素的特殊碳化物并呈彌散分布，致使回淀析出這些元素的特殊碳化物并呈彌散分布，致使回火后鋼的硬度不但不降反而再增加火后鋼的硬度不但

11、不降反而再增加“二次硬化二次硬化”?；鼗鸹鼗餗+A 高速鋼高速鋼W18Cr4V 1280 淬火淬火+560 三次回火三次回火組織組織K（六）抑制第二類(lèi)回火脆性（六）抑制第二類(lèi)回火脆性 回火脆性：回火脆性：淬火鋼在淬火鋼在250 350與與550550650兩個(gè)溫度范圍內(nèi)回火時(shí)使鋼的韌性顯著降低的現(xiàn)兩個(gè)溫度范圍內(nèi)回火時(shí)使鋼的韌性顯著降低的現(xiàn)象。前者稱(chēng)為象。前者稱(chēng)為第一類(lèi)回火脆性第一類(lèi)回火脆性（不可逆），后者（不可逆），后者稱(chēng)為稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性第二類(lèi)回火脆性（可逆）。（可逆）。 第二類(lèi)回火脆性主要出現(xiàn)在第二類(lèi)回火脆性主要出現(xiàn)在Cr、Mn、Ni、Si等的合金結(jié)構(gòu)鋼中。等的合金結(jié)構(gòu)鋼中。產(chǎn)生回火脆性

12、的原因是產(chǎn)生回火脆性的原因是回火慢冷時(shí)回火慢冷時(shí)Cr、Mn等等Me以及鋼中的雜質(zhì)元素以及鋼中的雜質(zhì)元素P、Sb、Sn等向原等向原A晶界偏聚有關(guān)。晶界偏聚有關(guān)。加入適量的加入適量的Mo 、W于鋼中，消除或減緩雜于鋼中，消除或減緩雜 質(zhì)元素向晶界偏聚；質(zhì)元素向晶界偏聚；二次淬火，改善雜質(zhì)元素分布情況；二次淬火，改善雜質(zhì)元素分布情況；回火后快冷，抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚；回火后快冷，抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚；提高鋼的純潔度，減少鋼中雜質(zhì)元素含量等提高鋼的純潔度，減少鋼中雜質(zhì)元素含量等 措施來(lái)防止第二類(lèi)回火脆性。措施來(lái)防止第二類(lèi)回火脆性。v 防止第二類(lèi)回火脆性的方法：防止第二類(lèi)回火脆性的方法：三、合金鋼的

13、分類(lèi)與編號(hào)三、合金鋼的分類(lèi)與編號(hào)（一）合金鋼的分類(lèi)（一）合金鋼的分類(lèi)按按Me含量分含量分低合金鋼低合金鋼（WMe 5%）中合金鋼中合金鋼（WMe 5 10%）高合金鋼高合金鋼（WMe 10%）按正火態(tài)分按正火態(tài)分珠光體鋼珠光體鋼鐵素體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼馬氏體鋼馬氏體鋼貝氏體鋼貝氏體鋼按用途分按用途分合金工具鋼合金工具鋼（刃具鋼、量具鋼、模具鋼等）（刃具鋼、量具鋼、模具鋼等）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼（普低合金鋼、易切削鋼、（普低合金鋼、易切削鋼、 滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、 彈簧鋼、彈簧鋼、 滾動(dòng)軸承鋼等）滾動(dòng)軸承鋼等）特殊性能鋼特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼）（不銹鋼、耐熱鋼、耐

14、磨鋼）（二）合金鋼的編號(hào)（二）合金鋼的編號(hào)1. 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 原則：原則：字母字母 數(shù)字?jǐn)?shù)字化學(xué)元素符號(hào)化學(xué)元素符號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)字符號(hào)（符號(hào)（A）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼Me平均含量平均含量（百倍百倍）合金元素（合金元素（Me）的名稱(chēng)）的名稱(chēng)鋼的平均碳含量鋼的平均碳含量（實(shí)際碳含量的一萬(wàn)倍表示）（實(shí)際碳含量的一萬(wàn)倍表示） 例例 1 ：12 Cr Ni 3 A12鉻鎳鉻鎳3高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼Ni平均含量為平均含量為3Cr平均含量平均含量小于小于1.5鋼的平均碳含量為鋼的平均碳含量為0.12表示鋼的用途表示鋼的用途例例 ：G Cr 15滾鉻滾鉻15鋼鋼表示元素鉻，表示元素鉻，平

15、均含量為平均含量為1.5表示滾動(dòng)軸承用鋼表示滾動(dòng)軸承用鋼例例 2：Y 40 Mn易切削易切削40錳鋼錳鋼表示元素錳，平均含量小于表示元素錳，平均含量小于1.5表示鋼中的碳平均含量為表示鋼中的碳平均含量為0.4表示易切削鋼表示易切削鋼特例：特例： GCr鋼中鋼中Cr后的數(shù)字表示的是千倍后的數(shù)字表示的是千倍另外，另外， 還有還有GCr9 、GCr6、GCr15SiMn等等2. 合金工具鋼合金工具鋼原則：原則： 鋼中平均含碳量鋼中平均含碳量Wc 1.0%時(shí)不標(biāo)，時(shí)不標(biāo)， Wc 1% 時(shí)以千分之幾表示時(shí)以千分之幾表示。合金元素含量為百分之幾。合金元素含量為百分之幾。例例1： 9 Si Cr9硅鉻（低合金工具）鋼硅鉻（低合金工具）鋼鋼中鋼中Si、Cr平均含量均平均含量均小于小于1.5鋼中碳平均含量為鋼中碳平均含量為Wc 0.9 W18 Cr4 V鎢鎢18鉻鉻4釩（釩（18-4-1）含碳量未標(biāo)，但平均含碳量未標(biāo)，但平均Wc 為為0.7 0.8鋼中平均鋼中平均V含量含量Wv 1.5，Cr含量含量 WCr 4，W含量含量Ww18特例：特例：高速鋼平均碳含量高速鋼平均碳含量 1% 也不標(biāo)。也不標(biāo)。另外，另外， 還有還有W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）等）等3.