1、第5章 合金鋼5.1 合金元素在鋼中的作用一、對鋼中基本相的影響1、形成合金鐵素體大多數合金元素都能溶入鐵素體中形成合金鐵素體，產生固溶強化。2、形成碳化物根據合金元素與碳的親和力的大小分為：非碳化物形成元素： Si、Al、Cu、Ni、Co等不會形成碳化物，只能溶于鐵素體碳化物形成元素：Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe 弱碳化物形成元素：溶于滲碳體而形成合金滲碳體 中強碳化物形成元素：既能形成合金滲碳體，又能形成特殊碳化物。如Cr7C3、 Cr27C6、MoC、WC等，它們的熔點、硬度、耐磨性比合金滲碳體高。 強碳化物形成元素：優先形成特殊碳化物，如VC、 NbC、

2、TiC等，他們的熔點、硬度和耐磨性最高。弱中強強合金滲碳體的穩定性、硬度比滲碳體略高，特殊碳化物的熔點、硬度、耐磨性及穩定性比合金滲碳體更高。二、對鐵碳相圖的影響 Mn、Ni、Co、C、N、Cu等勻使A區擴大，使A3、A1線下降，S、E點左下移，尤以Ni、Mn顯著，使室溫下為單相奧氏體，如1Cr18Ni9、ZGMn13 1、對A相區的影響 Cr、Mo、W、V、Ti、A1、Si、B、Nb、Zr等勻使A3、 A1線上升，S、E點左上移，尤以Cr顯著，使室溫下為單相鐵素體，如Cr17 S點左移，如：3Cr2W8V（0.3%C ）為過共析鋼3、對S點及E點的影響 E點左移，如：W18Cr4V（ 0.7

3、0.8%C ）為萊氏體鋼所有合金元素勻使S、E點左移2、對共析溫度的影響 擴大A 相區的元素使A3和A1線降低, 使S點左下移 縮小A 相區的元素使A3和A1 線升高，也使S點左上移三、對熱處理過程的影響1、對加熱轉變的影響除Mn、P以外，大多數合金元素均在不同程度上有細化晶粒的作用。對奧氏體形成速度的影響 除Co、Ni外，大多數合金元素會減緩奧氏體化過程，TA化對奧氏體晶粒大小的影響 對奧氏體分解過程的影響除Co以外大多數合金元素溶入奧氏體后均能增加奧氏體的穩定性，使C曲線右移，降低臨界冷卻速度，提高淬透性。2、對冷卻轉變的影響對馬氏體轉變的影響除Al、Co外，大多數合金元素都能使Ms、Mf

4、下降，殘余奧氏體量增加。3、對回火過程的影響 (提高紅硬性) 含碳量相同的碳鋼和合金鋼在相同溫度下回火，合金鋼的硬度和強度更高提高回火穩定性（鋼對回火軟化的抗力）產生二次硬化（回火時硬度升高的現象）1）Mo、W、V、Ti等，在500600沉淀析出特殊碳化物，起沉淀硬化作用2）A殘穩定，500600仍不分解，回火冷卻時轉變為M，稱二次淬火消除第二類回火脆性 Mo（0.5）或W(1.0)化學成份合金元素含量低合金鋼：合金元素含量Me5%中合金鋼：合金元素含量Me=510%高合金鋼：合金元素含量Me10%B鋼合金元素種類Cr鋼Cr Nb鋼Mn鋼SiMn鋼冶金質量普通合金鋼：WS,0.05%、WP0.

5、045%優質合金鋼：WS,0.030%、WP0.035%高級優質合金鋼： WS,0.020%、WP0.030%特級優質合金鋼： WS,0.015%、WP0.025%5.2.1 合金鋼的分類5.2合金鋼的分類和編號方法合金工具鋼特殊性能鋼按用途分合金結構鋼工程用鋼機器用鋼建筑工程用鋼橋梁工程用鋼車輛工程用鋼船舶工程用鋼低合金高強度鋼調質鋼 彈簧鋼 滲碳鋼 滾動軸承鋼刃具量具模具不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼合金元素符號合金元素的百分含量碳的含量5.2.2 合金鋼的編號方法 數字 元素符號數字 幾點說明: :1、碳的含量 結構鋼：平均含碳量的萬分之幾 工具鋼：平均含碳量的千分 之幾，C1.0% 不標出 特殊性

6、能鋼：平均含碳量的千分之幾 C0.08%時用“0”表示，C0.03%時用“00”表示（A）但有例外：W18Cr4V C=0.70.8%2、合金元素含量 滾動軸承鋼中鉻的含量以千分數為單位 Me1.5% 不標出 舉例:Cr1.5% Cr=1.5%Si、Cr1.5%Mn1.5%40CrC=0.4%60Si2MnC=0.6%Si=2%GCr15C1.0%9 SiCrC=0.9%1Cr1300Cr18Ni10Cr=18%V1.5%C=0.3%W=6%V=2%W6Mo5Cr4V2C1.0%Cr=4%3Cr2W8VCr=2%W=8%C=0.1%Cr=13%C0.03%Ni=10%Mo=5% 耐磨鋼的編號：

7、3、其他ZG Mn13 - 1品種代號，1、2、3、4分別適于低沖擊件、普通件、復雜件、高沖擊件。Mn=13% 低合金高強度結構鋼的牌號與碳素結構鋼相似，但質量等級分為A、B、C、D、E五級。5.3 常用合金鋼5.3.1合金結構鋼( Alloy Constructional Steel )一、低合金高強度鋼( common low alloyed steel ) 1、成分特點： 低碳（0.2%）Mn強化鐵素體，細化珠光體，V、Nb、Ti在鋼中形成微細碳化物，起細化晶粒和彌散強化作用2、熱處理特點 3、組織 S+F 熱軋空冷 4、典型鋼種 295Q460 5、性能特點及應用 較好的塑性、韌性、成

8、形性及可焊性，較高的強度。用于制造各種要求較高強度及韌性的大型工程構件，如橋梁、船、壓力容器、輸油輸氣管道等。 壓力容器南京長江大橋萬噸遠洋輪二、合金滲碳鋼 1、成分特點：低碳（0.25%），表面增碳心部保持良好的塑性和韌性Cr、Ni、Mn提高淬透性，Ti、V、W等阻礙晶粒長大 2、熱處理特點及組織:材料：20CrMnTi典型零件：汽車變速齒輪正火；滲碳、淬火+低溫回火鍛造正火粗、半精加工滲碳淬火低溫回火噴丸（壓應力、-1） 磨削加工工藝路線：正火：S+F（少量）1、消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應力）；2、調整硬度、以利于切削加工。滲碳淬火低溫回火：表：M回+碳化物+A（少量）；心：M低碳，達到“

9、表硬心韌”，滿足使用要求。4、性能特點及應用 表面高硬度、耐磨性，心部具有良好的韌性。用于制造汽車、機車及工程機械等動力機械的傳動齒輪、凸輪軸、活塞等3、典型鋼種：20Cr 20CrMnTi柴油機凸輪軸柴油機曲軸撥叉三、合金調質鋼 1、成分特點：（0.250.50%）中碳Cr、Ni、Mn、Si、B提高淬透性和強韌性;Mo減輕或防止第二類回火脆性;AI加速氮化過程，提高滲氮層硬度和耐磨性汽車變速箱齒輪2、熱處理特點及組織： 正火；調質;表面淬火、低溫回火鍛造正（退）火粗、半精加工調質精加工工藝路線：典型零件：連桿螺栓（要求力學性能一致）材料：40Cr正火：S+F（少量） 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、

10、應力）； 調整硬度、以利于切削加工。S回，滿足整體力學性能要求，良好的綜合力學性能要求調質：典型零件：機床齒輪鍛造正（退）火粗、半精加工調質精加工高頻表面淬火、低溫回火磨削加工工藝路線：材料：40Cr正火：S+F（少量） 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應力）； 調整硬度、以利于切削加工。S回 ，保持心部的強韌性調質：表：M回+A（少量）； 心：M低碳，達到“表硬心韌”，滿足使用要求。高頻表面淬火、低溫回火3、典型鋼種：40Cr、40MnB、 35CrMo、 38CrMoAIA4、性能特點及應用 良好的綜合機械性能，用于制作機床主軸、連桿螺栓、內燃機曲軸等重要零件 曲軸曲軸 連桿連桿 齒輪齒輪四、合金

11、彈簧鋼 1、性能特點及應用 高的彈性極限、屈強比及疲勞強度，足夠的韌性，用于制作各種彈簧 拉力彈簧 離合器彈簧 汽車板簧2、成分特點：（0.50.7%）中高碳 Si、Mn提高淬透性，強化鐵素體，Cr、V、W提高淬透性、回火穩定性及耐熱性 3、熱處理特點及組織： 4、典型鋼種：60Si2Mn熱軋彈簧鋼：大截面尺寸，一般加熱成型，淬火十中溫回火，獲得回火托氏（即屈氏體）組織，并進行噴丸處理，提高疲勞強度，如60Si2Mn汽車板簧: 冷拉（軋）彈簧鋼：小截面，鋼絲或薄鋼帶。冷繞成型后 200300 低溫去應力定形處理。如氣門彈簧。扁鋼剪斷一加熱成型一淬火一中溫回火一噴丸五、滾動軸承鋼( bearin

12、g steel ) 1、性能特點及應用 高硬度、高耐磨性及高接觸疲勞強度、足夠的韌性，用于制造滾動軸承、絲杠等 滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承2、成分特點：高碳（0.951.15% ）：Cr提高淬透性、耐磨性及接觸疲勞極限，Si、Mn提高淬透性 3、熱處理特點及組織：球化退火，淬火+低溫回火 4、典型鋼種：GCr15鍛造球化退火機加工淬火、低溫回火磨削加工球化退火：F+細小粒狀（球狀）碳化物，降低硬度淬火、低溫回火：M回十碳化物+A（少量）；精密：淬火+冷處理 +低溫回火； A，保證尺寸穩定性5.3.2 合金工具鋼一、合金刃具鋼( alloy cutting steel )1、低合金刃具鋼 成分特點

13、： 性能特點及應用 硬度高、耐磨性好，有一定的紅硬性、強度和韌性，用于制造各種低速切削刀具如板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板及拉刀（0.751.5%）高碳 Cr、Si、Mn提高淬透性、回火穩定性，W、V提高回火穩定性、耐磨性 熱處理特點 球化退火，淬火+低溫回火 組織M回+A殘+碳化物 典型鋼種 9SiCr CrWMn 2、高速鋼( high speed steel ) 性能特點及應用 高硬度（HRC65）、高耐磨性和高紅硬性（560），用于制造各種高速切削的刃具，如：車刀、銑刀、刨刀、拉刀及鉆頭等車刀車刀銑刀銑刀鉆頭鉆頭 成分特點：（Wc0.7%）高碳 Cr提高淬透性，W、Mo、V提高紅硬性、耐磨性

14、、淬透性，V 細化晶粒，產生二次硬化 熱處理特點 鍛造（多次）球化退火淬火+三次回火 組織M回+A殘+碳化物 典型鋼種:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 刃 具 性能特點及應用 高硬度、耐磨性及疲勞強度，變形小，用于制造各種冷作模具（大型）如冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200 300 。 二、合金模具鋼( alloy die steel )1、冷作模具鋼 模 具( cold die steel ) 成分特點：（1% ）高碳 Cr、Mo、W、V提高淬透性、回火穩定性及耐磨性 熱處理特點 ： 組織 典型鋼種Cr12 Cr12MoV 球化退火，淬火+低溫回火 M回+A殘+碳

15、化物 汽車沖壓模具具有較高的強度、韌性以及高的熱疲勞強度和高的紅硬性，足夠的耐磨性，用于制作各種熱作模具如熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達600 以上。 2、熱作模具鋼 性能特點及應用 成分特點：（0.30.6%）中碳 Cr、Ni、Mn、Si提高淬透性，W、Mo、V提高回火穩定性，減輕回火脆，Cr、W提高熱疲勞強度 曲軸模具 熱處理特點： 淬火+中溫或高溫回火 組織：S回或T回 典型鋼種：5CrMnMo 5CrNiMo 三、量具鋼 工作部分要求有高的硬度、耐磨性和尺寸穩定性；一定的韌性和特殊環境下的耐蝕性。1、對量具鋼的要求量 具卡 尺量 規千分尺2、解決辦法： 采用

16、低變形鋼，如鉻錳鋼、鉻鎢錳鋼等； 淬火前進行調質處理，得回火索氏體； 淬火后進行冷處理(將淬火工件放在0以下繼續冷卻，使A轉變成M的方法； 長時間的低溫回火（低溫時效）。量 具 鋼 號 平樣板或卡板 10、20或50、55、60、60Mn、65Mn 一般量規與塊規 T10A、T12A、9SiCr 高精度量規與塊規 Cr（刃具鋼）、CrMn、GCr15 高精度且形狀復雜的量規與塊規 CrWMn(低變形鋼) 抗蝕量具 4Cr13, 9Cr18(不銹鋼) 3、量具用鋼的選用舉例： 5.3.3特殊性能鋼一、不銹鋼( stainless steel )金屬的腐蝕通常可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。1、提高不

17、銹鋼耐蝕性的主要方法： 盡量使鋼在室溫下獲得單相組織，如在鋼中加入Ni、Cr 可獲得單相奧氏體和單相鐵素體。 提高鋼基體的電極電位，如：加入大于12.5%的Cr可使鋼電 極位發生躍增。不銹鋼是指抵抗大氣、酸、堿或其他介質腐蝕的鋼化學腐蝕：金屬直接與腐蝕介質發生化學反應而破壞的過程，腐蝕過程中不產生電流。電化學腐蝕：兩種金屬或同一金屬中的兩種相電極電位不同，在電解質溶液中形成原電池，產生電流，電極電位低的陽極受腐蝕。 馬氏體不銹鋼2、常用不銹鋼C=0.10.4% Cr=1214%熱處理方式為淬火+高溫回火（600700）價格便宜，用來制造汽輪機葉片、鍋爐管附件及硬而耐磨的醫療工具、量具、軸承等。

18、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13不銹鋼菜刀 不銹鋼的含碳量低于0.4%。加入合金元素如：Cr、Si、Al等，可使鋼形成一層致密的氧化 膜以保證內部不受腐蝕。不銹鋼剪刀 奧氏體不銹鋼 C0.14 % Cr=1719% Ni=810%通常采用固溶處理方法，即把鋼加熱到1100后水冷，以得到單相的奧氏體組織。1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9 0Cr18Ni9 抗蝕性最好，冷熱加工性和焊接性也很好，廣泛用于制 造化工生產的某些設備如化工容器、管道等。大型化工儲罐(304)管板換熱器 ( 304 )0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28在加熱和冷卻時不發生相變,強度低，主

19、要用于制造耐腐蝕零件，廣泛用于硝酸和氮肥等化學工業中。 鐵素體不銹鋼 C0.15% Cr=1618%硝酸生產裝置合成氨生產裝置 二、耐熱鋼( heat resistant steel )1、定義2、用途3、性能要求制造加熱爐、鍋爐、燃氣輪機等高溫裝置中的零件高的熱穩定性（抗氧化性）具有較好的抗高溫氧化性能耐熱鋼是指在高溫下具有高的熱化學穩定性和熱強性的特殊鋼蠕變是指在高溫下鋼的強度較低，當受一定的應力作用時，發生變形量隨時間而逐漸增大的現象。 熱強性高溫下具有良好的抗蠕變和抗斷裂的能力4、成分特點 耐熱鋼的含碳量一般都不高。 不可缺少的是Cr、Si 或A1，特別是Cr。它們的加入，提高鋼的抗氧

20、化性，Cr還有利于熱強性5、常用的耐熱鋼珠光體耐熱鋼熱處理工藝：正火（Ac3+30）+回火（高于工作溫度50）常用的牌號：15CrMo、12Cr1MoV等。1Cr11MoV經淬火+高溫回火后，工作溫度可達550580。4Cr9Si2是最典型的汽車閥門用鋼。馬氏體耐熱鋼常用牌號：1Cr13、2Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si21Cr13、2Cr13最早用于制造汽輪機葉片。工作溫度：350550，工藝性能好常用于制造鍋爐、化 工壓力容器、熱交換器、汽閥等耐熱構件 Mo、W、V、Ti，能形成細小彌散的碳化物，起彌散強化的作用，提高室溫和高溫強度。 這類鋼的冷塑性變形性能和焊接性能很好，工作溫度在600700，廣泛用于航空、艦艇、石油化工等工業部門。常用鋼號：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo奧氏體耐熱鋼 發動機葉片航空發動機汽輪機葉片汽車閥門三、耐磨鋼( wear