1、第6章合金鋼，第1節(jié)概述合金鋼：為了改善鋼的機(jī)械性能、工藝性能或物理化學(xué)性能，在冶煉過程中有意將一些合金元素(me)加入鋼中，形成一種新的合金，稱為合金鋼。合金鋼的選擇取決于某些部件的要求。碳鋼：價格低廉，易得，能在一定范圍內(nèi)滿足產(chǎn)品要求。然而，它的淬透性差，并且它的耐回火性(穩(wěn)定性)差(熱穩(wěn)定性差，熱穩(wěn)定性差)。另外，碳鋼不能滿足特殊的性能要求。例如，在低溫、高溫和腐蝕環(huán)境下工作的產(chǎn)品，高交變應(yīng)力下工件的機(jī)械零件，高磁性(變壓器)和無磁性(儀器)等。所有這些都是由合金鋼制成的。2.形成合金滲碳體或合金碳化物的碳化物形成元素：任何能與碳化結(jié)合的元素稱為碳化物形成元素。例如鐵、錳、鉻、鎢、鉬、釩

2、、鈮、鋯、鈦，并且碳的親和力依次增強(qiáng)。常用的合金元素有：鉻、鎳、錳、硅、鎢、鉬、釩、鈦、鈷、鋁、銅和鈮1。合金元素的現(xiàn)有形式1。形成固溶體合金鐵素體。非碳化物形成元素：不能碳化的元素稱為非碳化物形成元素，如鎳、硅、鋁、鈷、銅等。一是形成新型特種碳化物：(如NbC、ZrC、TiC等)。)，導(dǎo)致固溶體強(qiáng)化。當(dāng)合金元素溶解在鐵素體中時，鐵素體的晶格畸變更嚴(yán)重，其硬度和強(qiáng)度更高。第二，合金元素的主要作用(一)合金元素對鋼中基體相的影響，合金元素在鋼中可以以兩種形式存在，一種是溶解在碳鋼的原始相中，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用：當(dāng)合金元素與碳化物結(jié)合形成特殊的碳化物時，它們具有結(jié)構(gòu)簡單、熔點高、硬度高、穩(wěn)定性好的特

3、點。(2)合金元素對Fe3C相圖的影響；1)區(qū)域的變化；擴(kuò)展區(qū)元素：錳、鎳、銅、鈷、碳、氮，縮小區(qū)元素：鉻、釩、鉬、鎢、鈦。減少元素的面積，可以使A3和A1點上升。當(dāng)A3和Al點接近重疊時，該區(qū)域消失，合金在高溫和室溫下具有穩(wěn)定的鐵素體組織，得到單相鐵素體鋼。合金元素對共析溫度A1的影響；2.臨界點的變化和區(qū)域內(nèi)元素的擴(kuò)張可以降低A3和A1點。當(dāng)A3和A1點低于室溫時，合金在高溫和室溫下為穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)，得到單相奧氏體鋼。2.S點向左移動：碳鋼S點的碳含量是0.77。由于合金元素的影響，合金鋼的硫點向左移動，所以硫點的碳含量小于0.77。例如，當(dāng)4Cr13的碳含量為0.4時，當(dāng)鉻的含量達(dá)到1

4、3時，它的S點降低到0.3C，并且它變成過共析鋼。3.點E向左移動：碳鋼點E的碳含量為2.11。由于合金元素的作用，合金鋼E點的碳含量小于2.11，如W18Cr4V高速鋼含碳.但由于W、V和Cr，E點向左移動(低于。c)，所以合金鋼中會出現(xiàn)共晶萊氏體結(jié)構(gòu)。合金元素對共析點碳含量的影響；(2)熱處理對奧氏體晶粒尺寸的影響：釩、鈦、鈮、鋯，中等影響元素：鎢、鉬、鉻，輕微影響元素：硅、鎳、銅，促進(jìn)晶粒長大的元素：碳、錳、磷，(3)熱處理工藝的影響：合金元素1形成奧氏體。加熱過程中合金元素對奧氏體形成過程的影響：(1)改變奧氏體形成速度以加快奧氏體形成速度：非碳化物形成元素鈷、鎳等。減緩?qiáng)W氏體形成速度

5、：強(qiáng)碳化物形成元素鉻、鉬、鎢、釩等。奧氏體的形成速度不受影響：鋁、硅、錳等。合金元素對過冷奧氏體分解過程的影響(1)對鋼的碳曲線的影響幾乎所有的合金元素(除了鈷)都使碳曲線向右移動，即減緩珠光體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成速度。提高鋼的淬透性。非碳化物形成元素僅使碳曲線向右移動，但不改變碳曲線的形狀，如圖(b)所示。碳化物形成元素不僅使碳曲線向右移動，還改變了碳曲線的形狀，如圖(C)所示。結(jié)果，鋼的淬透性提高了。提高鋼的淬透性最常用的元素是鉻、錳、硅、鎳和硼，它們可以大量溶解在鋼中；硼的添加量非常小(0.00080.025)。鋼中最常用的晶粒細(xì)化元素是鈦、釩、鈮和鋯。合金元素對1.0C碳鋼Ms點的影響，合

6、金元素對1150碳鋼淬火后殘余奧氏體含量的影響，以及(2)合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響。因此，在相同碳含量下，合金鋼中的殘余奧氏體多于碳鋼。3.合金元素對回火過程的影響(1)提高了鋼的回火穩(wěn)定性。許多合金元素可以大大減緩回火過程中的轉(zhuǎn)變速度，并將其推向更高的溫度。回火穩(wěn)定性：鋼在回火過程中抵抗軟化過程的能力。與含碳量相同的碳鋼相比，合金鋼在相同回火溫度下具有更高的硬度。右圖顯示了不同鉬含量的0.35碳鋼在淬火和回火后的轉(zhuǎn)變。很明顯，合金鋼的軟化速度遠(yuǎn)低于碳鋼。對提高鋼的回火穩(wěn)定性有很大影響的合金元素有V、Si、Mo、W、Cr、Ni、Mn和Co。0.35 C鉬鋼中Mo含量對回火硬度的影響，(2

7、)二次硬化和二次淬火二次硬化：在某些含W、Mo和V較多的鋼中，回火后的硬度并不是隨著回火溫度的升高而單調(diào)降低，而是在一定的回火溫度后增加。硬度在某一溫度達(dá)到峰值的現(xiàn)象稱為二次硬化。(見下圖)，原因是當(dāng)溫度高于450時，細(xì)小的合金碳化物彌散析出，導(dǎo)致彌散強(qiáng)化，使回火硬度再次上升。這種合金的碳化物中的合金元素在較低的回火溫度下難以擴(kuò)散。(3)對回火脆性的影響回火脆性：淬火和回火后，韌性下降，稱為回火脆性。第一種回火脆性：出現(xiàn)在250-400(也稱低溫回火脆性)，即鋼回火后快速冷卻、緩慢冷卻和反復(fù)回火不能消除脆性，是不可逆的回火脆性。二次淬火：高合金鋼在回火和冷卻過程中，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度

8、增加的現(xiàn)象稱為二次淬火。(二次淬火經(jīng)常發(fā)生在高速鋼和高鉻鋼中。)原因：高合金鋼淬火后殘余奧氏體較多(高達(dá)10-30%)。當(dāng)這些鋼在500-600回火時，合金碳化物會沉淀，這導(dǎo)致殘余奧氏體中合金元素的含量降低，這使得Ms溫度升高到室溫以上。在隨后的冷卻過程中，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，鋼的硬度增加。原因：一般認(rèn)為，在分解過程中，碳化物膜沉淀在馬氏體的邊界，這增加了脆性斷裂的趨勢。預(yù)防方法：a、不要在此回火溫度范圍內(nèi)回火；b、等溫淬火，得到b的下部；加入微量元素(如硅、鉻、錳)，使一種回火脆性向高溫移動。第二種回火脆性是500-650的回火脆性，也稱為高溫回火脆性。它可以通過重新加熱后的快速冷卻來消

9、除，因此是可逆的。主要原因是鋼中的鉻、鎳等合金元素和硫、磷等雜質(zhì)元素與原始奧氏體晶界偏聚有關(guān)，增加了脆性斷裂的傾向。預(yù)防方法：一、回火后快速冷卻，抑制第二種回火脆性。在鋼罐中加入一些鎢和鉬低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼3360調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼軸承鋼易切削鋼。刀具鋼、合金工具鋼、模具鋼、測量工具鋼、不銹鋼特殊鋼：耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。3.合金鋼、合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊鋼的分類和編號。合金鋼、12CrNi3:合金結(jié)構(gòu)鋼C0.12、Cr1.5、Ni3 CrWMn:含碳合金工具鋼的分類。40cr鉬合金：優(yōu)質(zhì)合金具有鈉的結(jié)構(gòu)，鉻、鎳和鉬均小于1.5。2，合金鋼編號、字母數(shù)字符號、化學(xué)元素、字母

10、數(shù)字，表示一些特殊用途的鋼，如“G”、“Y”或“無”，表示碳含量單位為1/10000或1/10000或無，合金元素，合金元素的標(biāo)稱百分比或無，冶金質(zhì)量“A”或“E”，例如：第2節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼1，低合金結(jié)構(gòu)鋼3。鋼種、成分和功能常用鋼種16Mn 16MnNb 15MnTi 15MnV碳含量一般不超過0.2。主要功能是確保良好的韌性、焊接性和冷成型性。1.主要用途車輛(底盤大梁)、船舶、橋梁、高壓容器、輸油管道和大型鋼結(jié)構(gòu)；2.性能要求：高強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性，良好的焊接性能和冷變形能力。合金元素主要是錳(國外主要是鉻和鎳)，錳含量最高可達(dá)1.8，輔以少量的釩、鈦、鉬、鈮、硼等元素。其主要功能是強(qiáng)

11、化鐵素體，細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性；加入少量磷和銅的目的是提高鋼對大氣的耐蝕性，但磷和銅的含量不宜過高，否則會造成鋼的脆性。4.熱處理和顯微組織直接用于熱軋狀態(tài)，一般不進(jìn)行熱處理。顯微組織為鐵素體珠光體。5.機(jī)械性能和加工性能(1)高強(qiáng)度屈服強(qiáng)度為300-400兆帕，普通碳鋼為240-260兆帕(2)良好的塑性和韌性和低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的要求。(3)良好的焊接性和冷成型性。(4)良好的耐腐蝕性；2.滲碳鋼；1.汽車和拖拉機(jī)的傳動齒輪、坦克和飛機(jī)的傳動齒輪、機(jī)床齒輪、活塞銷、蝸輪等。2.性能要求：(1)滲碳熱處理后的滲碳層應(yīng)具有良好的耐磨性、抗疲勞性和適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性；核心應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度

12、和出色的韌性。(2)具有良好的工藝性能，尤其是熱處理工藝性能。奧氏體晶粒在滲碳溫度(900-950)下不易明顯長大，具有良好的淬透性。3。鋼種、成分和功能常用鋼種：20鉻錳鈦、20鉻、12鉻鎳鐵、碳含量：該成分的特點是含碳量低，一般為0.1-0.25。合金元素：滲碳鋼中常添加錳(2)、鉻(2)、鎳(4.5)和硼(0.0010.004)，主要提高淬透性，改善芯材的組織和性能，增加滲碳層的強(qiáng)度和韌性；主要用途有釩、鈦、鎢、鉬等。是為了阻止谷物的生長和提煉谷物。并且形成精細(xì)分散的碳化物以增加強(qiáng)度、韌性和耐磨性。4.滲碳工藝、熱處理和顯微組織預(yù)處理：正火滲碳鋼的滲碳工藝一般根據(jù)工件滲碳層的要求，加熱到

13、900-950，滲碳一定時間，通常為6-8小時。熱處理淬火：可采用預(yù)冷直接淬火、一次淬火和二次淬火。所采用的淬火方法取決于鋼中合金元素的含量和對性能的要求。低溫回火一般在180-200下進(jìn)行1-2小時。顯微組織：滲碳后緩慢冷卻的平衡組織：表面為過共析組織P Fe3Co 2，核心為原亞共析組織f p。低溫滲碳淬火回火的顯微組織：表層：M點碳化物(少量A) HRC 58-60核心：低碳回火馬氏體F HRC 30-50，20 CRM NTI鋼滲碳齒輪熱處理工藝曲線，熱處理后滲碳鋼的強(qiáng)度主要取決于鋼的淬透性。根據(jù)強(qiáng)度，合金滲碳鋼可分為三類：5。滲碳鋼的性能滲碳淬火和低溫回火后，滲碳鋼具有高的表面硬度、

14、耐磨性和高的芯部韌性。(1)低淬透性合金滲碳鋼在水中的淬透性為35毫米，b為800-1000兆帕，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等。這種鋼淬透性低，滲碳、淬火和低溫回火后的芯強(qiáng)度低，強(qiáng)韌性結(jié)合差。這種鋼只能用作應(yīng)力較小、不需要高強(qiáng)度的耐磨零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、活塞銷、滑塊和小齒輪。滲碳時，這種鋼的核心晶粒容易長大，尤其是錳鋼。2中可硬化合金滲碳鋼油的淬透性直徑為25-60毫米，硼為1000-1200兆帕。例如，20CrMnTi(過去是18CrMnTi)、12CrNi3A、20CrMnMo(過去是22CrMnMo)、20MnVB等。這種鋼含有大量的合金元素(約4)，它們的淬透性和

15、機(jī)械性能都很高。這種鋼可用作中等動載荷下的磨損件，如變速齒輪、齒輪軸、十字銷頭、花鍵軸套、氣門座、凸輪盤等。高淬透性合金滲碳鋼油的硬化直徑為100毫米，甚至可以在空氣冷卻條件下硬化，b 1200兆帕。例如12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W等。這些鋼中合金元素的總量約為4-6，它們的淬透性非常高。經(jīng)過滲碳、淬火和低溫回火后，鐵芯強(qiáng)度很高，強(qiáng)度和韌性匹配良好。這種鋼可用作承受重載荷和強(qiáng)磨損的重要大型零件，如內(nèi)燃機(jī)車牽引傳動裝置、柴油機(jī)曲軸、連桿和氣缸蓋精密螺栓等。3.淬火和回火鋼1。汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等機(jī)械上綜合機(jī)械性能優(yōu)良的重要零件。如：汽車、拖拉機(jī)傳動軸(發(fā)動機(jī)連桿)、螺栓、機(jī)床主軸等。2

16、.性能要求調(diào)質(zhì)鋼的基本性能要求是良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)鋼的淬透性要求是根據(jù)零件的受力情況確定的。3。鋼種、成分和功能常用鋼種：40Cr、40Cr、40Mn2、40Cr Mo碳含量：0.25-0.5。碳含量太低，不易硬化，回火后達(dá)不到要求的強(qiáng)度；如果太高，零件的韌性就不夠。鎢(0.8-1.2)、鉬(0.4-0.6)、釩(0.1)、鈦(0.1)細(xì)化晶粒，提高抗回火性能。很難用快速冷卻來約束大截面零件。鎢和鉬可以降低或防止高溫回火脆性(第二種回火脆性)。4.熱處理和顯微組織熱處理：預(yù)退火或正火淬火高溫回火顯微組織：退火(或正火)通常用于硫淬火和回火鋼的預(yù)熱處理。主要目的是調(diào)整硬度和改善可加工性，同時為最終熱處理