材料科學基礎-第12章課件

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Science第12章 合金鋼9/24/2023Introduction

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Science第一節(jié)概論主要內容：合金鋼的定義合金元素對鋼中基本相的影響合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響合金元素對鋼在加熱和冷卻時轉變的影響合金元素對回火轉變的影響9/24/2023Introduction

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Science合金鋼的定義合金化合金化是指在冶煉時特意在鋼中加入一些合金元素，其目的在于提高鋼的力學性能、工藝性能或物理與化學性能等。合金鋼合金鋼是通過對碳鋼合金化后獲得的。合金鋼的意義碳鋼主要通過控制含碳量和采用不同的熱處理工藝來改善性能以滿足生產需要，但在某些場合其應用受到限制，應選用合金鋼。常見合金化元素合金鋼中常見的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、RE（Rare

Earth，稀土）9/24/2023Introduction

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Science合金元素對鋼中基本相的影響非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Co等形成合金鐵素體；碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Nb等形成合金 碳體；Mn與C親和力較弱，一部分溶于 碳體，一部分溶于鐵素體；

高碳高合金鋼中形成穩(wěn)定性較高的合金碳化物（Mn3C,Cr7C3）和特殊碳化物（WC等）。10/3/2023Introduction

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Science合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響擴大

區(qū)，并與

-Fe無限互溶 如Mn、Co、Ni組織：室溫只有奧氏體，如MnB擴大

區(qū)，與

-Fe有限互溶 如C、N、Cu縮小并封閉

區(qū)，與α-Fe無限互溶 如Cr、V組織：室溫只有鐵素體，如Cr17縮小并封閉

區(qū)，與α-Fe有限互溶如Mo、Sn、W、P、Ti、Al、Ge、Si、As縮小

區(qū)如B、Nb、Ta、Zr10/3/2023Introduction

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Science合金元素對鋼在加熱和冷卻時轉變的影響對加熱轉變的影響–合金鋼的室溫平衡組織：合金鐵素體＋碳化物–加熱至Ac1或Ac1以上后：奧氏體化–合金元素的影響：強碳化形成元素抑制奧氏體轉變；非碳化物形成元素加速奧氏體轉變。–C、P、Mn等促進奧氏體長大；Al、Ti、Nb、Zr、V等阻礙奧氏體晶粒長大。對冷卻轉變的影響–除Co外，其余元素溶入奧氏體后，可增大奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移；–除Co、Al外，大多數合金元素總是降低馬氏體轉變溫度，增加殘余奧氏體量。10/3/2023Introduction

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Science合金元素對回火轉變的影響合金元素會抑制鋼中的組織分解，降低轉變速度，增加回火抗力，提高回火穩(wěn)定性，使鋼的硬度隨回火溫度升高而下降的程度減弱，甚至出現“二次硬化”；10/3/2023Introduction

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Science二次硬化定義合金元素一般能提高殘余奧氏體轉變的溫度范圍。在碳化物形成元素含量較高的高合金鋼中，淬火后殘余奧氏體＋分穩(wěn)定，甚至加熱至500~600℃仍不分解，而是在冷卻過程中部分轉變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度反而增加的現象。10/3/2023Introduction

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Science回火脆性定義合金元素能提高鋼的回火穩(wěn)定性，但會增加回火脆性，影響力學性能，使鋼的韌性顯著降低。種類–第一類回火脆性：250~400℃出現，不可逆回火脆性；–第二類回火脆性：550~650℃出現，可逆回火脆性。10/3/2023Introduction

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Science第二節(jié)合金鋼的分類與編號合金鋼按其用途可分為三類：合金結構鋼合金工具鋼特殊性能鋼10/3/2023Introduction

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Science合金結構鋼特點：在碳素結構鋼基礎上適當添加一種或多種合金元素。用途：制造各種機械零件以及建筑工程結構。編號原則：用平均含碳量和合金元素平均含量的百分之幾表示；數字＋化學元素＋數字；小于1.5%，只標元素符號；大于1.5%、2.5%、3.5%分別以2、3、4表示；S、P含量低的高級優(yōu)質合金鋼在鋼號最后加“A”；表示用途在鋼前面加字母，合金元素含量以千分之幾表示。 實例：40Cr、60Si2Mn、20Cr2Ni4A、GCr1510/3/2023Introduction

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Science分類?普通低合金鋼（低合金高強度鋼）易切鋼加S、Pb、Ca、P等改善切削加工性，用于自動機床加工的零件，如Y20、Y40Mn、Y40CrSCa等碳鋼用于制造 碳零件的鋼，通常含Cr、Ni、Mn和B主要分類有低淬透性合金中淬透性合金高淬透性合金碳鋼：15Cr、20Mn2碳鋼：20CrMnTi、20MnV13碳鋼：12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W調質鋼淬火＋高溫回火后使用的結構鋼，含碳量為C%：0.27~0.50%C10/3/2023Introduction

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Science彈簧鋼彈簧鋼主要有：碳素彈簧鋼含碳量為0.6~

0.75%C；合金彈簧鋼含碳量為0.46

~

0.70%C，其中含有Si、Mn、Cr、V等元素；熱軋彈簧鋼冷軋（拉）彈簧鋼10/3/2023Introduction

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Science滾動軸承鋼成分及性能滾動軸承鋼中含有0.95~1.15%C，0.40~1.65%Cr，如GCr15、GCr15SiMn硬度和耐磨性高，彈性極限和接觸疲勞強度高，具有足夠的韌性、淬透性及一定的抗腐蝕能力。對雜質含量要求很嚴，＜

0.02%S，＜0.027%P。熱處理工藝球化退火、淬火、低溫回火；10/3/2023Introduction

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Science合金工具鋼編號方法C%≥1.0%時不標注，C%＜1.0%時以千分之幾表示。高速鋼例外，均不標出。實例：CrMn、9SiCr、W18Cr4V。合金工具鋼的分類刃具鋼模具鋼量具鋼10/3/2023Introduction

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Science刃具鋼性能硬度、耐磨性和熱硬性高；用途制造各種刀具，如車刀、銑刀等；實例9SiCr、CrWMn、9Mn2V等熱處理工藝(等溫)球化退火、淬火、低溫回火；高速鋼高合金工具鋼，含W、Mo、Cr、V等,合金元素總量>10%，可以進行高速切削，如W18Cr4V；用于高速切削的車刀、刨刀等；10/3/2023Introduction

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Science模具鋼冷作模具鋼接近室溫對金屬進行變形加工的一種模具用鋼；特點高硬度、良好的耐磨性，足夠的強度和韌性；實例如Cr12MoV；熱作模具鋼受熱狀態(tài)對金屬進行變形加工的一種模具用鋼；特點高強度和高韌性，足夠的強度和耐磨性，回火穩(wěn)定性高，抗疲勞性好；實例如5CrNiMo等注意：鍛后緩冷，以免產生裂紋；10/3/2023Introduction

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Science特殊性能鋼按照性能用途主要分為以下幾類：不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼10/3/2023Introduction

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Science不銹鋼鉻不銹鋼Cr13型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13等鎳不銹鋼18－8型，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等熱處理方式固溶處理、穩(wěn)定化處理、去應力處理10/3/2023Introduction

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Science耐熱鋼耐熱性高溫抗氧化性和高溫強度的綜合；抗氧化鋼主要基于鉻鋼、鉻鎳鋼或鉻錳氮鋼添加Si或Al，如：

3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等；性能：高溫抗氧化性好，強度適中；用途：用來制造爐用零件和熱交換器等；熱強鋼性能：高溫抗氧化性好、強度高、組織穩(wěn)定性良好；

T≤600℃使用珠光體鋼、≤500℃使用馬氏體鋼、個別情況T≤800℃時使用貝氏體鋼和奧氏體鋼（600~700℃使用）；10/3/2023Introduction

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Science耐磨鋼定義沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的鋼；實例如高錳鋼；用途制造鐵軌、碎石機鄂板、履帶等；10/3/2023Introduction

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