第4章-合金鋼教材

4合金鋼

合金鋼是在碳素鋼中添加一些合金元素而煉制的一類鋼，以改善碳素鋼的性能。第一節(jié)合金元素對(duì)鋼的影響一合金元素在鋼中的存在形式及對(duì)性能的影響：1、

合金元素固溶于鐵素體合金元素固溶于鐵素體后，會(huì)使α-Fe晶格產(chǎn)生畸變——固溶強(qiáng)化，使鐵素體強(qiáng)度提高。2、合金元素溶于奧氏體合金元素溶于奧氏體，除一定程度上起固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度作用外，最重要的是增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線顯著右移，故合金鋼的淬透性很好。

如：45最大淬透直徑15mm，加入1.8%Mn

后可達(dá)60mm。3、合金元素形成碳化物、金屬化合物合金滲碳體:（Fe-Cr）3C、（Fe-W）3C復(fù)雜碳化物:

（Cr-Fe）23C6、Fe4W2C、VC、

MoC、NbC、TiC、AlN、SiO2、

TiO2、TiN、Al2O3。這些化合物都是硬而脆的強(qiáng)化相，具有相當(dāng)高的熱穩(wěn)定性。在鋼中呈彌散分布時(shí)，可以顯著的強(qiáng)化鋼，且可以抑制高溫奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，減少（降低）或消除鋼的熱敏感性，提高回火抗力。二、

合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響------改變鋼的相變溫度當(dāng)合金元素加入碳素鋼之后，會(huì)對(duì)相變臨界點(diǎn)產(chǎn)生影響，反映到Fe-Fe3C相圖上:JNASGPBHδ+AδL+δL+AAF+AFPF+PP+Fe3CⅡA+Fe3CⅡEDCFKL+Fe3CⅠP+Fe3CⅡ+L’dFe3CⅠ+L’dA+Fe3CⅡ+L’dFe3CⅠ+LdLdL’d1600150014001300120011001000900800700600室溫0.008Fe00.20.40.60.81.01.52.03.04.05.06.69

Fe3C合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響擴(kuò)大A區(qū)的合金元素：Mn、Ni、N等甚至能使A區(qū)下延至室溫---A鋼?？s小A區(qū)的合金元素：Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等如加入大量此類元素，A區(qū)可能閉合，室溫得到F鋼。

合金元素改變共析點(diǎn)的位置合金元素在改變相變溫度的同時(shí)，也改變共析溫度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相圖上，共析點(diǎn)的位置發(fā)生改變。a、當(dāng)合金元素為非碳化物形成元素

Si、Ni、Cu

或弱碳化物形成元素Mn時(shí)合金元素溶于奧氏體，排擠出部分碳原子，這部分被排擠出的碳原子必然參與共析反應(yīng)，使共析點(diǎn)S的含碳量下降，即向左移動(dòng)。隨著合金元素含量增加，共析點(diǎn)的含碳量越來越低，如：Ni含量為13%時(shí)，共析點(diǎn)S含碳量只有0.30%。

共析點(diǎn)左移表明，在含碳量相同的條件下，合金鋼的珠光體組織比碳鋼多，因而強(qiáng)度高。b、

當(dāng)合金元素為碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩時(shí)，由于這些元素與碳形成穩(wěn)定的碳化物，因而這部分碳被固定，不參與共析反應(yīng)，故共析點(diǎn)S右移。共析點(diǎn)右移表明，在含碳量相同的條件下，合金鋼組織中鐵素體含量比碳鋼多。由于組織中存在硬而脆的碳化物，鐵素體含量會(huì)保證塑、韌性，而強(qiáng)度、硬度仍較高。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響合金元素對(duì)奧氏體化的影響合金元素對(duì)過冷奧氏體的影響1、合金元素對(duì)奧氏體化得影響a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，加速碳的擴(kuò)散，對(duì)P→A轉(zhuǎn)變有加速作用。

b、

強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、V、Nb、W

）增加碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，減緩碳的擴(kuò)散，對(duì)P→A轉(zhuǎn)變有阻礙作用c、

由于強(qiáng)碳化物形成元素使奧氏體成分難以均勻化，提高淬火溫度或延長保溫時(shí)間可使奧氏體成分均勻化（C曲線右移），這也是提高合金鋼淬透性的有效方法。除Co以外，其它合金元素溶入奧氏體，都增大其穩(wěn)定性，使C曲線右移。①碳化物形成元素（Ti、Nb、V、W、Mo）含量較多時(shí)，使C曲線形狀發(fā)生改變，強(qiáng)烈推遲珠

光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較??；同時(shí)升高珠光體轉(zhuǎn)變的溫度，降低貝氏體轉(zhuǎn)變溫度，

出現(xiàn)兩組C曲線。2合金元素對(duì)過冷奧氏體的影響②Cr、Mn

強(qiáng)烈推遲貝氏體轉(zhuǎn)變③Ni含量較多時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期很長，

C曲線只有貝氏體轉(zhuǎn)變曲線，而珠光體轉(zhuǎn)變

曲線不出現(xiàn)。④穩(wěn)定碳化物形成元素的含量與碳含量的比值較高的鋼，3Cr13、4Cr13過冷奧氏體等溫狀變曲線上只有珠光體轉(zhuǎn)變曲線。第一節(jié)結(jié)束第二節(jié)合金鋼的分類及編號(hào)方法1、

按合金元素含量（合金元素總量）

a、微合金鋼0.001-0.1%

b、低合金鋼1-5%

c、中合金鋼5-10%

d、高合金鋼>10%2、

按鋼的金相組織鐵素體鋼Cr17、Cr25、Cr28奧氏體鋼1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13馬氏體鋼3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、

1Cr12WmoV珠光體鋼15CrMo、12CrMoV貝氏體鋼12MoVWBSiRE3、

按鋼中S、P雜質(zhì)含量

a、普通合金鋼S≤0.050%P≤0.045%

b、優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.035%P≤0.035%

c、高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.025%P≤0.025%

d、特級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.015%P≤0.020%4、

按合金組元

a、二元合金鋼

b、三元合金鋼

c、多元合金鋼5、

按用途

a、合金結(jié)構(gòu)鋼

b、合金工具鋼

c、特殊性能鋼：（不銹鋼、耐熱鋼、超強(qiáng)鋼）在碳素結(jié)構(gòu)鋼中添加Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V、Ti

等合金元素，使其具有較高強(qiáng)度、韌性、淬透性。分類及編號(hào)1、分類

合金結(jié)構(gòu)鋼分為：普通低合金鋼、易切鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼。合金鋼的編號(hào)2、編號(hào)

數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字合金元素含量的百分之幾，

<1.5%不標(biāo)出

合金元素平均含C量的萬分之幾（一）、合金結(jié)構(gòu)鋼如：40Cr

表示含C量：0.40%（0.37-0.45%）

含Cr量：0.8-1.1%60Si2Mn

表示含C量：0.57-0.65%

含Si量：1.5-2.0%

含Mn量：0.6-0.9%

若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后加“A”

如：20Cr2Ni4A、45CrNiMoVA用于制造刃具、模具、量具的鋼，稱為工具鋼。分類及編號(hào)1、分類

按用途來分刃具鋼、磨具鋼和量具鋼；按淬火介質(zhì)分為水淬鋼、油淬鋼和空冷鋼。合金鋼的編號(hào)2、編號(hào)

數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字合金元素含量的百分之幾，小于1.5%不標(biāo)出合金元素含C量：≥1.0%，不標(biāo)出；<1.0%，以千分之幾標(biāo)出。（高速鋼例外，無論≥1.0%還是<1.0%，都不

標(biāo)出。）（二）、合金工具鋼如：9SiCr：

表示含碳量為0.9%;

（0.85~0.94）

Cr、Si

平均含量小于1.5%;

（Cr：0.95~1.25%Si：1.2~1.6%）

W18Cr4V

：（高速鋼）

(平均含碳量0.70~0.80%

)

W：18%Cr：4%

V：1.5%二、普通低合金鋼合金含量<3%，其強(qiáng)度顯著高于相同含碳量的碳素鋼（低合金鋼），且具有良好的塑性、韌性、焊接性能，比碳鋼更低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。主要用于橋梁、鍋爐壓力容器、車輛、船舶、大型鋼結(jié)構(gòu)等。普通低合金鋼一般在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，不需進(jìn)行熱處理。1、成分特點(diǎn)

C%<0.20%；主強(qiáng)化元素是Mn<1.8%；加入微量的Ti、V、Nb等細(xì)化晶粒；加入Cu提高耐大氣腐蝕能力。

常用鋼號(hào)：

16Mn、16MnR、15MnV、15MnTi、14MnNb、

16MnCu四、滲碳鋼

滲碳鋼屬于低碳鋼，含碳量0.1-0.25%，以保證心部有足夠的塑、韌性。為了克服碳鋼缺陷，常采用低碳合金鋼作為滲碳鋼，加入合金元素Cr、Ni、Mn、B提高淬透性，改善滲碳層的強(qiáng)度和塑、韌性；添加少量的V、W、Mo、Ti細(xì)化晶粒，抑制滲碳時(shí)晶粒長大。同碳素滲碳鋼一樣，滲碳后需熱處理，“淬火+低溫回火”，獲得“外硬內(nèi)韌”組織。常用鋼號(hào)：

15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2、

15CrMn、20CrMnTi、

20CrMnMo、

12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W五、調(diào)質(zhì)鋼1、

調(diào)質(zhì)：

淬火+高溫回火，獲得S回組織

具有較高的強(qiáng)度和較高的塑、韌性配合（良好的綜合機(jī)械性能）

對(duì)于調(diào)質(zhì)零件，淬透性對(duì)機(jī)械性能影響很大。2、

成分特點(diǎn):

調(diào)質(zhì)鋼屬于中碳鋼，含碳量0.27~0.50%（含碳量過低強(qiáng)度不足，過高韌性不足）。

要獲得具有良好綜合機(jī)械性能的S回，必須先淬透獲得M，添加Cr、Ni、Mn、Si、B

提高淬透性。3、

常用調(diào)質(zhì)鋼

40Cr、40CrMo、42CrMo、40CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAl、30CrMnSi、40MnVB、40CrMn、30CrNi3

彈簧鋼1、對(duì)彈簧鋼的要求：高強(qiáng)度бb，高屈強(qiáng)比бs/бb，高的疲勞強(qiáng)度，足夠的塑、韌性，高的淬透性，低的脫碳敏感性，良好的成型性。

2、成分特點(diǎn)：

含碳量高：碳鋼0.60~0.75%C

合金鋼0.46~0.70%C

添加Si、Mn、Cr、V等合金元素，提高淬透性，回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能。滾動(dòng)軸承鋼1、對(duì)滾動(dòng)軸承鋼的要求：

a、高硬度、高耐磨性。

b、高的彈性極限（不允許塑性變形）→接觸應(yīng)力很大。

c、高的疲勞強(qiáng)度。

d、足夠的韌性。

e、高的淬透性。

f、一定的耐蝕性（大氣、潤滑性）。2化學(xué)成分：主加元素為Cr，有助于提高鋼的淬透性及回火穩(wěn)定性。并提高耐磨性。還加入Si、Mn提高淬透性。第四節(jié)合金工具鋼一、刃具鋼1、對(duì)刃具鋼性能的要求a、高硬度和熱硬性（紅硬性）b、高耐磨性c、足夠的強(qiáng)度和韌性d、高淬透性、脫碳性、可加工性分類：刃具鋼、磨具鋼、量具鋼2、

常用刃具鋼a、

GCr158CrCr2

含C量：0.8~1.5%特點(diǎn)：淬透性好、耐磨性高，但脆性大，且有回火脆性傾向。鉻鋼鎢鋼、釩鋼、鎢鉻釩鋼高速鋼b、W、W2、V、WCr、W3CrV

特點(diǎn)：特點(diǎn)：耐磨性高，熱穩(wěn)定性好，熱處理變形小等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的刃具鋼。c、

W18Cr4V

特點(diǎn)：又稱鋒鋼，是一種高合金鋼，合金元素含量>10%，因制成刀具可以高速切削而得名。熱硬性好、耐磨性好、硬度高。三、模具鋼1、

冷作模具鋼

冷沖模、冷鐓模、拉絲模、滾絲模等，用于制作冷加工模具。b、對(duì)冷作模具鋼的要求：高硬度HRC58~62，高耐磨性，足夠的強(qiáng)度與韌性，熱處理變形小。c、常用鋼號(hào)：

9SiCr、9Mn2V、Cr12MoV、Cr6WV、

W18Cr4V。2、熱作模具鋼熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模a、載荷特點(diǎn)：沖擊、擠壓、強(qiáng)烈摩擦、熱疲勞。b、對(duì)熱作模具鋼的性能要求：高強(qiáng)度、高耐磨

性、高的抗熱疲勞能力、高的回火穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)熱性。c、常用鋼號(hào)：5CrMnMo、5CrNiMo、6SiMnV、6SiMnV。

第五節(jié)

特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊性能和特殊用途的鋼種。包括：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超高

強(qiáng)度鋼、磁鋼等。一磁鋼AlNiCo磁鋼是由幾種硬的強(qiáng)金屬，如鐵與鋁、鎳、鈷等合成，有時(shí)是銅、鈮、鉭合成，用來制作超硬度永磁合金。主要用于各種傳感器、儀表、電子、機(jī)電、醫(yī)療、教學(xué)、汽車、航空、軍事技術(shù)等領(lǐng)域。

鋁鎳鈷磁鋼是最古老的一種磁鋼,被人們稱為天然磁體,雖然它最古老,但它出色的對(duì)高溫的適應(yīng)性,使其至今仍是最重要的磁鋼之一。鋁鎳鈷可以在500度以上的高溫下正常工作,這是他最大的特點(diǎn),另外抗腐蝕性能也比其他的磁體強(qiáng).二、不銹鋼金屬腐蝕是一種普遍現(xiàn)象，每年因腐蝕造成的金屬損失占金屬產(chǎn)量10%，因此提高金屬的耐蝕性具有重要意義。在鋼中添加Cr、Ni等元素，可以提高其電極電位，降低腐蝕速度→不銹鋼。常用不銹鋼：1.鉻不銹鋼2.鎳鎘不銹鋼3.其他不銹鋼Q+數(shù)字，碳素結(jié)構(gòu)鋼。

產(chǎn)量最大的類型；Q表示屈服強(qiáng)度，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度值。兩個(gè)數(shù)字或兩個(gè)數(shù)字+Mn，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

08F：F指的是沸騰鋼,無F是鎮(zhèn)靜鋼。數(shù)值的含義是指含碳量,單位是萬分之一，如45是含碳量0.45%；T+數(shù)字（一個(gè)或兩個(gè)），碳素工具鋼。

T12A、T10A。數(shù)字代表含碳量，單位是千分之一，像T12就是含碳量1.2%