1、2021/3/231第八章 合金鋼22021/3/23第八章第八章 合合 金金 鋼鋼8.1 8.2 合金結構鋼合金結構鋼8.3 合金工具鋼合金工具鋼8.4 不銹鋼不銹鋼8.5 高溫合金高溫合金32021/3/23第八章第八章 合合 金金 鋼鋼42021/3/23定義定義:為了提高和改善鋼的性能為了提高和改善鋼的性能,往鋼中加入一定量的一種或一種以往鋼中加入一定量的一種或一種以上的金屬或非金屬元素。被加入的元素稱為上的金屬或非金屬元素。被加入的元素稱為合金元素合金元素;含有意加含有意加入元素的鋼稱為入元素的鋼稱為合金鋼合金鋼。 1. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 Ni、Si、Al、Co、Cu

2、不能與碳形成化合物不能與碳形成化合物,稱為非碳化物形稱為非碳化物形成元素成元素。只能溶于鐵素體形成只能溶于鐵素體形成,以-Fe(Ni或或Si或或Al)等表示等表示。 2與碳作用形成與碳作用形成合金碳化物合金碳化物 Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Zr、Ti 弱弱 與碳親和力程度與碳親和力程度 強強 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識52021/3/23二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用1 1合金元素能強化鋼中的基本相合金元素能強化鋼中的基本相 固溶強化固溶強化:形成合金鐵素體形成合金鐵素體,鋼鋼, 形成合金滲碳體合金滲碳體或特殊碳化物特

3、殊碳化物,并以細小質點細小質點分布在固溶體的基體基體上,則起到作用,顯著提高鋼的強度、硬度、耐磨性和熱硬性。 第八章第八章 合合 金金 鋼鋼8.18.1合金鋼基本知識合金鋼基本知識62021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識:固溶強化機理即溶質原子與位錯的相互作用,有四種主要類型。（1）溶質原子與位錯的彈性相互作用:溶質原子對位錯的釘扎形成氣團;由于溶質原子的溶入而導致合金彈性模量的變化;因為溶質原子與溶劑原子尺寸差異而引起的彈性應力場阻礙了位錯運動。（2）溶質原子與位錯的化學相互作用:鈴木釘扎。（3）溶質原子與位錯的電學相互作用（4）幾何相互作

4、用。:（1）切過第二相的強化機理:當第二相質點細小的情況下,位錯直接切過與基體仍然存在著共格關系的第二相質點（2）繞過第二相的強化機理:當第二相質點長大到位錯難以借助切過的方式通過的時候,位錯只能用繞過的方式前進,位錯借助于繞過的方式通過第二相。:彌散強化的實質是利用彌散的超細微粒阻礙位錯的運動,從而提高材料在 高 溫 下 的 力 學 性 能 。 如 用 粉 末 冶 金 方 法 制 得 的 彌 散 強 化 合 金 。:金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高,而塑性和韌性降低的現象。又稱冷作硬化。產生原因是,金屬在塑性變形時,晶粒發生滑移,出現位錯的纏結,使晶粒拉長、破碎和纖維化,金屬

5、內部產生了殘余應力等。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值和硬化層深度來表示。 72021/3/23二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用2合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響（1）對）對區的影響區的影響: 擴大擴大區的合金元素區的合金元素 Mn、Ni、Co等元素; 作用作用: :使A1、A3線溫度下降, A4線溫度上升。 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識Mn擴大了擴大了區區82021/3/23二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用2合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響（1）對）對區的影響區

6、的影響: 縮小縮小區元素區元素: Cr、Mo、W、Ti。 作用作用:使A1 、A3線溫度上升, A4線溫度下降。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識Cr 縮小縮小區區92021/3/23二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用2 2合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖相圖的影響的影響（2 2）改變）改變 點和點和 點的參數點的參數 合金元素使S點左移 合金元素使E點左移 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識合金元素對合金元素對S點成分的影響點成分的影響102021/3/23n加熱時對奧氏體形成的影響加熱時對奧氏體形成

7、的影響 細化奧氏體晶粒;n對過冷奧氏體轉變的影響對過冷奧氏體轉變的影響 奧氏體穩定性提高,提高鋼的淬透性;n對回火轉變的影響對回火轉變的影響 提高回火穩定性,出現回火脆性; 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用112021/3/23等碳化等碳化物在物在550時時,使鋼達到使鋼達到最高硬度最高硬度,產生產生。與碳鋼相比與碳鋼相比,回火溫度更回火溫度更高高,即即提高了鋼提高了鋼的的回火穩定性回火穩定性。 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用3合

8、金元素對鋼的熱處理的影響鋼的硬度與回火溫度的關系122021/3/23 含有含有等元等元素的合金結構鋼素的合金結構鋼,在在回火回火中中具有具有回火脆性回火脆性,即回火后鋼即回火后鋼出現韌性下降現象。出現韌性下降現象。 不可逆回火脆性不可逆回火脆性 可逆回火脆性可逆回火脆性Ni-Cr鋼的回火脆性示意圖鋼的回火脆性示意圖 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識二合金元素在鋼中的作用二合金元素在鋼中的作用3 3合金元素對鋼的熱處理的影響合金元素對鋼的熱處理的影響主要發生在回火溫度為 250400時,在重新加熱脆性消失后,重復在此區間回火,不再發生脆性。發生的溫度在 4

9、00650,當重新加熱脆性消失后,應迅速冷卻,不能在 400650區間長時間停留或緩冷,否則會再次發生脆化現象。132021/3/23 1. 分類: 按合金元素含量分:低合金鋼(WAE5%); 中合金鋼 (WAE10%)。 按用途分: 合金結構鋼:滲碳鋼、調質鋼、超高強度鋼、 彈簧鋼、軸承鋼 合金工具鋼:刃具鋼、模具鋼、量具鋼 特殊性能鋼:、耐熱鋼（包括高溫合金）、無磁鋼 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識 三合金鋼的分類與編號三合金鋼的分類與編號142021/3/23 基本形式為“兩位數字元素符號數字字母兩位數字元素符號數字字母” n數字表示平均含碳量（

10、質量分數）的萬分之幾萬分之幾,合金元素符號后面的數字表示合金元素含量的百分數百分數。含量小于1.5%1.5%時,可不標含量。 n合金工具鋼編號合金工具鋼編號與與合金結構鋼的編號相同合金結構鋼的編號相同含碳量含碳量合金元素合金元素合金元素含量合金元素含量高級優質鋼高級優質鋼 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.1 8.1 合金鋼基本知識合金鋼基本知識三合金鋼的分類與編號三合金鋼的分類與編號152021/3/231化學成分化學成分滲碳鋼碳含量:0.100.25%合金元素含量:16%(Mn、Cr、Ni等)2熱處理特點及組織熱處理特點及組織n處理工藝處理工藝:滲碳淬火低溫回火n表層組織:M回火+碳化物(細小

11、) 3常用滲碳鋼常用滲碳鋼 20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4W 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼一滲碳鋼一滲碳鋼162021/3/234.4.用途用途 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 低淬透性滲碳鋼低淬透性滲碳鋼含合金元素總量含合金元素總量3中淬透性滲碳鋼中淬透性滲碳鋼含合金元素總量在含合金元素總量在4左右左右高淬透性滲碳鋼高淬透性滲碳鋼含合金元素總量在含合金元素總量在46172021/3/231化學成分特點化學成分特點:含碳量:0.30.5%,提高滲透性的合金元素含 量:26%,一般為Mn、Si、Ni、Cr,另外還有

12、 Mo、 V、 Al等; 作用作用: 防止高溫回火脆性; 防止晶粒粗化; 加速氮化過程;2熱處理特點熱處理特點: 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼二調質鋼二調質鋼182021/3/233常用調質鋼常用調質鋼 45、40Cr、30CrMnSiA、40CrNiMoA等。 常用于:發動機壓氣機盤,渦輪外軸等。 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼二調質鋼二調質鋼192021/3/23定義定義: :將b1500MPa或s1400MPa的鋼材稱為超高強度鋼。 超高強度鋼是在30CrMnSiA的基礎上發展起來的。 1 1成分特點成分特點 含碳量中等,

13、并含等合金元素。2 2熱處理特點熱處理特點 最終熱處理是淬火+低溫回火,使馬氏體強化達到超高強度。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 三超高強度鋼三超高強度鋼202021/3/231化學成分特點化學成分特點n含碳量含碳量:0.50.85%（中、高碳）（中、高碳）n合金元素含量合金元素含量: 2% 3%,一般為一般為:Si、Mn、Cr、V 提高淬透性提高淬透性,細化晶粒細化晶粒2熱處理特點熱處理特點n熱扎彈簧鋼熱扎彈簧鋼:熱軋成型熱軋成型,淬火中溫回火淬火中溫回火回火屈氏體?；鼗鹎象w。n冷拔合金彈簧鋼絲冷拔合金彈簧鋼絲:冷纏成型冷纏成型,淬火中溫回火淬火中溫回火

14、3常用的彈簧鋼常用的彈簧鋼 70、65Mn、60Si2MnA、50CrVA 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 四彈簧鋼四彈簧鋼212021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 四彈簧鋼四彈簧鋼222021/3/231.化學成分特點 含碳量為0.951.15%, Cr:0.41.65%,Si、Mn 3%, 增加淬透性。2.熱處理特點 球化退火淬火低溫回火3.性能要求 高的硬度、強度和耐磨性 高的接觸疲勞強度 足夠的韌性和耐蝕性 高的純凈度 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 五滾動軸承鋼五滾動軸

15、承鋼232021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.2 8.2 合金結構鋼合金結構鋼 五滾動軸承鋼五滾動軸承鋼組織組織:極細回火馬氏體細粒狀極細回火馬氏體細粒狀碳化物少量殘余奧氏體碳化物少量殘余奧氏體242021/3/23 定義定義:用來制造刃具、模具、量具的鋼,稱為工具鋼。 一刃具鋼一刃具鋼 優量的刃具鋼,必具備以下幾個條件: 很高硬度:組織-高碳M; 很高耐磨性:組織-高碳M均勻細小的碳化物; 很高紅硬性:加入提高回火抗力的合金元素; 足夠的韌性。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼252021/3/23 1低合金刃具鋼低合金刃具鋼(1)化學成分特點化

16、學成分特點:0.851.5%C（高碳）n合金元素:主要添加元素:W、V碳化物硬度、耐磨性n附加元素: Cr 、Si、Mn滲透性（2）熱處理特點）熱處理特點 預備退火球化退火:球化組織為機加淬火作準備 最終熱處理淬火+低溫回火: 組織:M+細小均勻的碳化物 (3)常用低合金刃具鋼牌號常用低合金刃具鋼牌號: 9Mn2V、9SiCr、CrMn、CrWMn 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼一刃具鋼一刃具鋼262021/3/232.高速鋼高速鋼（1）成份）成份 :含碳量:0.71.4;含合金元素量:1525 Cr: 3.84.4% 淬透性(M) W: 6.019% Mn:1

17、.06.0% 碳化物 V: 1.04.0% n溶于A的部分,淬火后保留在M內,顯著提高提高M的回火抗力的回火抗力。n不溶于A的部分,加熱時能阻礙阻礙A晶粒長大晶粒長大,即使加熱到1280,A仍為細晶粒 第八章第八章 合合 金金 鋼鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼一刃具鋼一刃具鋼272021/3/232.高速鋼高速鋼(2)熱處理熱處理n組織特點組織特點: 因合金元素含量多,故“E”點左移,高速鋼為萊氏體鋼 。鑄態組織含有大量呈魚骨狀分布的大共晶碳化物,硬而脆,危害極大,不能用熱處理方法消除,只能用反復鍛造的方法把其打碎。 第八章第八章 合合 金金 鋼鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼一

18、刃具鋼一刃具鋼282021/3/232.高速鋼高速鋼(2)熱處理熱處理 鑄造鑄造鍛造鍛造球化退火球化退火機加工機加工淬火三次（淬火三次（570）回火）回火 1) 退火:加熱溫度略高于Ac1消除應力,改善組織,降低硬度。 2) 淬火:淬火溫度較高,如W18Cr4V為1280, 獲M+碳化物AR。 3) 回火:消除AR,提高硬度,消除應力,從而穩定尺寸。(3)常用牌號常用牌號: W18Cr4V W12Cr4VMo W6Mo5Cr4V2Al 第八章 合 金 鋼8.3 合金工具鋼合金工具鋼一刃具鋼一刃具鋼292021/3/23 第八章第八章 合合 金金 鋼鋼(2) W18Cr4V熱處理熱處理30202

19、1/3/232.高速鋼用途高速鋼用途 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼 一刃具鋼一刃具鋼312021/3/23分分類類 冷變形模具鋼 工作溫度250 簡單小型模具:T8,T10 復雜中型模具:常用低合金工 具鋼:9SiCr,CrWMn 精度大型模具:常用高鉻鋼: Cr12,Cr12MoV 加熱變形模具鋼大型熱鍛模:5CrNiMo一般熱模:5CrMnMo 壓鑄模具鋼:3Cr2W8V 第八章第八章 合合 金金 鋼鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼二模具鋼二模具鋼322021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼二模具鋼二模具鋼3

20、32021/3/23 量具鋼常用來制造游標卡尺、千分尺等量具。n低精度低精度量具鋼:T8A,T10A,T12A。n高精度高精度量具鋼:CrMn,CrWMn,GCr15 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.3 8.3 合金工具鋼合金工具鋼三量具鋼三量具鋼342021/3/23 定義定義:在腐蝕介質中具有很高抗腐蝕能力的鋼。在腐蝕介質中具有很高抗腐蝕能力的鋼。n在空氣空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。n在強酸、強堿強酸、強堿介質中的年腐蝕量為0.1mm以內的鋼,稱為在強酸、強堿介質中使用的不銹鋼。 1 1金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類(1)(1)化學腐蝕化學腐蝕: :金屬與

21、周圍介質發生純化學作用而產生的腐蝕。n特特 點點: :腐蝕過程中。(2)(2)電化學腐蝕電化學腐蝕: : 金屬與周圍介質發生電化學作用而產生的腐蝕。n特特 點點: :。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 一概述一概述352021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 一概述一概述電化學腐蝕過程示意圖電化學腐蝕過程示意圖鐵碳合金中的鐵碳合金中的P型組織型組織:-Fe電極電位較負電極電位較負,Fe3C的電極電位較正。的電極電位較正。362021/3/23 2提高抗腐蝕的途徑提高抗腐蝕的途徑 覆蓋層保護覆蓋層保護: 涂漆、電鍍、發藍、磷化等工藝;

22、提高基體相電極電位提高基體相電極電位: 加入合金元素 Cr、Ni、Si等,提高金屬的電極電位; 形成氧化層形成氧化層: 加入合金元素Cr、Al、Si等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜; 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 一概述一概述372021/3/23 2提高抗腐蝕的途徑提高抗腐蝕的途徑 使鋼在室溫下呈單相組織使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素Mn、Ni、Co等能擴大區,可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等能擴大區,可在室溫獲 得鐵素體鋼。 減少與消除鋼中的各種不均勻現象減少與消除鋼中的各種不均勻現象: 偏析、應力、組織等

23、。 犧牲陽極保護陰極犧牲陽極保護陰極: 鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 一概述一概述382021/3/23 正火后能獲得馬氏體組織的不銹鋼,稱為M不銹鋼。 1化學成分特點化學成分特點 (1) 鉻的含量高鉻的含量高 W WCr=13 高含量高含量Cr的作用的作用: 致密致密 、牢固的、牢固的Cr2O3薄膜薄膜 提高基體的電極電位提高基體的電極電位 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 二馬氏體不銹鋼二馬氏體不銹鋼Cr13Cr13型鋼型鋼C%越高越高一般含碳量在：一般含碳量在：0.20.4C%(2 碳含量

24、碳化物數量越多，電極電位降低碳化物數量越多，電極電位降低碳化物數量越多，形成微電池的幾率越高碳化物數量越多，形成微電池的幾率越高392021/3/232熱處理特點熱處理特點(正火后獲得馬氏體正火后獲得馬氏體)(1)淬火淬火:加熱溫度很高,如Cr13,一般為:1050,碳化物Cr23C6充 分固溶到A中,獲得單相M。(2)回火回火:Cr13型鋼有兩種情況: : C%低,700回火回火索氏體結構鋼 : C%高,250回火回火馬氏體工具鋼3常用的常用的M不銹鋼不銹鋼 14Cr13、1Cr17Ni2、1Cr11Ni2W2MoVA 第八章第八章 合金鋼合金鋼8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 二馬氏體不銹鋼二

25、馬氏體不銹鋼402021/3/231化學成分化學成分 如果在鋼中加入高含量的Cr、Ni元素,如1Cr18Ni9不銹鋼,則其室溫、高溫都為A組織,故這類鋼成為。 WC=0.080.14% WCr=1719% WNi=811% Cu、Ti、Mo 加工特點加工特點:不能進行熱處理強化,只冷塑性變形強化。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 三奧氏體不銹鋼三奧氏體不銹鋼412021/3/232 2熱處理特點熱處理特點 固溶處理固溶處理:加熱1100左右,使所有其它相都溶入A中,然后 水冷,獲單相A組織。 消除應力退火。3 3常用的常用的A A不銹鋼不銹鋼 1Cr18Ni、0Cr1

26、8Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 三奧氏體不銹鋼三奧氏體不銹鋼422021/3/23n奧氏體不銹鋼的性能特點奧氏體不銹鋼的性能特點 A不銹鋼含Ni、Cr量高,為單相組織,故其耐蝕性好,無磁性。 晶粒類型為面心立方,滑移系多,故塑性好。 但不能熱處理強化:經固溶熱處理后,鋼的強度不如M不銹鋼高;為提高其強度,可通過冷變形來提高,一是0.2硬化,二是形變誘發AM轉變 晶間腐蝕 當工作溫度在500700時,會從過飽和的A 沿晶界析出,因C的擴散速度快,Cr的擴散速度慢,因此會在晶界的地方形成貧Cr區,當貧Cr區中的Cr含量低于12%時,其電

27、極電位顯著下降。如有電解液存在時,貧Cr區作為陽極而腐蝕。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 三奧氏體不銹鋼三奧氏體不銹鋼432021/3/23n奧氏體不銹鋼的性能特點奧氏體不銹鋼的性能特點 晶間腐蝕的特征晶間腐蝕的特征: :外表上沒有明顯變化;強度、硬度、塑性等劇烈下降,造成突然失效。 防止方法防止方法: : C%Cr23C6大為減少 Ti%和Nb%與碳的親和力大于C與Cr的親和力。 穩定化處理 :固溶處理850950(2h保溫)緩冷 C以TiC、NbC形式析出,避免出現Cr23C6 常用于超音速飛機的蒙皮、隔熱板、渦噴發動機的燃 氣導管、火箭發動機的液H、液O的罐口。 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 三奧氏體不銹鋼三奧氏體不銹鋼442021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼 三奧氏體不銹鋼三奧氏體不銹鋼依據接熱影響區被加熱的峰值溫度不同,焊接影響區可分為:熔合區:（1350-1450）粗晶區:（1000-1300）細晶區:（800-1000）不完全相變區（700-800）回火區:（500-700）。不同部位熱影響區組織與性能取決于鋼的化學成分和焊接時加熱和冷卻的速度。 452021/3/23 第八章第八章 合金鋼合金鋼 8.4 8.4 不銹鋼不銹鋼