PG PG电子PG PG电子（二）编号 数字＋化学元素＋数字 4.2 合金结构钢 合金结构钢 一、 低合金高强度结构钢 简称低合金高强钢 (highstrength low alloy steel，HSLA steel)，广泛用于制造在大气和海洋工作的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油气管、压力容器等。 二、 合金渗碳钢 经过渗碳热处理后使用的低碳合金钢。 工作环境：主要用于制造在摩擦力、交变接触应力和冲击条件下工作的零件，如齿轮。 性能要求：表面要求高的硬度和耐磨性及高的接触疲劳强度，心部则要求良好的韧性。 三、合金调质钢 经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。 主要用于制造受力复杂、要求综合力学性能的重要零件如精密机床的主轴、发动机的曲轴等等。 四、合金弹簧钢 是用来制造弹簧和其它弹性零件的钢种。如拖拉机和火车上的板弹簧和螺旋弹簧。 弹性比功是关键。 五、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套圈等钢种。也可以用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。 要求具有高的接触疲劳强度，高而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐蚀性能。 六、超高强度钢 工程上把抗拉强度＞1500MPa以上的钢称为超高强度钢。主要用于制造飞机起落架、机翼大粱，火箭发动机壳体、液体燃料氧化剂储藏箱、炮筒、枪筒、防弹板等等。 4.3 合金工具钢 工具钢是用于制造 刃具、模具、量具 的钢种。 刃具是用来进行切削加工的工具，其服役条件是： 摩擦导致严重磨损，伴随高温 大的切削力导致刃部崩缺 振动，冲击使刃具发生断裂 冷作模具 室温金属变形的模具 热作 模具 热态金属变形的模具 可能的失效 磨损，刃口钝化，塌陷，沟槽，热疲劳，断裂。 磨损 碰撞 变形 (1) 高的硬度 (2) 耐磨损 (3) 足够的韧性 (4) 抗热脆性 (5) 耐热疲劳性 （一）高碳低合金工具钢 2. 典型牌号 3. 热处理工艺 （二）高碳高合金工具钢 虽然低碳低合金工具钢的淬透性、回火抗力及耐磨性比碳素工具钢好，但是回火温度高于300℃时，其硬度变急剧下降不能适合高温的要求。 2. 典型分类 ① 高速钢 b) 性能 c) 锻造工艺 d)热处理工艺 e) 常用高速钢 ② 高铬钢 b) 性能 c) 制造工艺 （三）中碳合金工具钢 这类钢主要用来制造热作模具，如热锻模、热挤压模、压铸模。 (2) 典型牌号 一、 工具的服役条件 （一）刃具 （二）模具 （三）量具 对工具钢的要求 二、常用合金工具钢及其热处理 合金工具钢 高碳低合金 工具钢 高碳高合金 工具钢 中碳合金 工具钢 wc=0.85%～1.1%, wMe≤5% 加Si、 Mn、 Cr、W、V等， Si、 Mn、 Cr是提高钢的淬透性和回火抗力、固溶强化M，从而提高强度。 W、V是形成特殊化合物，细晶提高韧性。 １. 成分及性能特点 9Mn2V、 9SiCr、 Cr2、 CrWMn等 主要用于制造低速和中速切削刀具，中等负荷的冷变形模具及量具 预先热处理 球化退火 获得颗粒状碳化物 改善切削加工性能 最终热处理 淬火+低温回火 冷处理和时效处理 回火后的组织： 细针状回火M+ 细颗粒状碳化物+ 少量残余A wc=0.70%～2.3%, wMe＞10% 具有优良的淬硬性、回火抗力、红硬性和耐磨性 1. 成分及性能特点 高速钢 用于制造高速切削刀具的钢种有钨系、钼系、钒系等。 高铬钢 用于制造承受重载荷、形状复杂，要求变形小、耐磨性高、红硬性好的模具材料。典型有Cr12和Cr12MoV 高碳和大量的碳化物形成元素 wC = 0.70～1.5% wCr = 3.8～4.0% wW = 6.0～19.0% wMo = 0～6.0% wV = 1.0～5.0% a) 成分 Cr23C6、 W2C、 Mo2C、 Fe3W3C、 Fe3Mo3C、 VC 保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。 Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。 W和Mo提高钢的淬透性，回火抗力，热硬性， W2C、 Mo2C 可以在500℃～600℃ 产生二次硬化。 在制造工具前必须进行锻造使粗大 的碳化物成小颗粒均匀分布以提高 钢的强度，塑性和韧性。 预先热处理 球化退火 进一步细化碳化物 降低硬度 改善切削加工性能 组织为： S+细粒状碳化物 最终热处理 淬火+高温回火 冷处理和时效处理 回火后的组织： 细针状回火M+ 细颗粒状碳化物+ 少量残余A W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 高碳 高铬 Cr12 : wC = 2.00～2.30% wCr = 11.50～13.00% Cr12MoV: wC=1.45～1.70% wCr = 11.00～12.50% a) 成分 可以承受重载荷 形状复杂 要求变形小 耐磨性高 红硬性好 Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。 球化退火 锻 造 机加工 淬火 + 回火 热处理工艺1 热处理工艺2 低温淬火 低温回火 高温淬火 高温回火 工程材料基础 主讲教师：潘希德Email地址： 时间： 合金元素平均含量 主要合金元素符号 平均含碳量 1、含碳量的标记 结构钢：wC×10,000 工具钢：wC×1,000，为了避免与结构钢混淆，又规定wC≥1.0%时不予以标注，高速钢例外，其wC＜ 1.0%也不标注。 特殊性能钢： wC×1,000 wC=0.08~0.1%，标 1 wC=0.03~0.08%，标 0 wC 0.03%，标 00 2、合金元素含量的标记 …… 5 4 3 2 - 标记 …… ≥4.5 ≥3.5 ≥2.5 ≥1.5 1.5 wMe % 注：滚动轴承钢铬的标记除外(wCr×1,000) 3、附加标记 高级优质钢：编号后+“A”（高） 特殊用途钢：编号前+“特殊用途符号” G—滚动轴承钢；C—磁钢； Y—易切削钢 40CrNiMo 30CrMnSiNi2 30CrMnSiA GCr15 0Cr13 1Cr17 0Cr18Ni9 W18Cr4V wC0.4%的CrNiMo合金结构钢 wC0.3%,wNi2%的合金结构钢 wC0.3%的高级优质合金结构钢 wCr1.5%的滚动轴承钢 wC0.03%,wCr13%的M不锈钢 wC0.08%,wCr17%的F不锈钢 wC0.03%,wCr18%, wNi9%的A不锈钢 wW18%,wCr4%的高速钢 合金钢 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 低合金结构钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢 超高强度钢 成分：wC≤0.2%, wMe ≤3% 性能：塑韧性好，有良好的焊接性及冷加工成形性能。 常加的合金元素：Mn、Ti、V、Nb、RE 作用：强化F，细化晶粒，提高钢的强度。 （一） 成分及性能特点 Q295：09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn Q345：12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb Q390：15MnV、15MnTi、16MnNb （二） 典型牌号 通常在热轧后空冷，或在正火状态下供货。 组织：F+P 16Mn是我国开发最早使用最多的一种低合金高强钢。σs可达350MPa。 低碳wc=0.10～0.25%，保证零件心部足够的韧性。 加Cr、Ni、Mn、B，↑钢的淬透性，并改善心部的组织及性能。 加微量V、Ti、W、Mo，形成特殊碳化物，阻止A↑。 （一） 成分及性能特点 低淬透性合金渗碳钢 20Mn2、20MnV； 中淬透性合金渗碳钢 20CrMn、20CrMnTi； 高淬透性合金渗碳钢 18Cr2Ni4WA （二）典型牌号 热处理特点： 渗C+淬火+低温回火 组织： 表层 合金渗C体+回火M(高C)+少量A’ 心部 低碳回火M T(或低碳回火M)+少量F 中碳 wC=0.25~0.5% 中合金 Mn, Cr, Si , Ni, B wMe=3~7% 有时加微量V，以细化晶粒 高级优质 wS,P≤0.025% 回火脆性小 W、Mo σs800MPa,σb980MPa,δ10%, 45%, ak50J.cm-2 （一） 成分及性能特点 （二） 典型牌号 低淬透性合金调质钢 40Cr、40MnB 中淬透性合金调质钢 35CrMo、38CrSi 高淬透性合金调质钢 38CrMoAl、40CrNiMoAI 应力 σ 应变 ε σe 应力 σ 应变 ε 中高碳wc=0.45～0.70%，含C量比合金调质钢高，保证高强度和高的弹性极限。 加Si、 Mn、Cr、V、Nb、Mo、W, 以提高钢的淬透性和回火抗力，强化铁素体 加Mo、W、V、Nb，以降低因Si的加入造成的脱C敏感性 （一） 成分及性能特点 60Si2Mn 含Si、Mn元素的合金弹簧钢，用于制造截面尺寸≤25mm的弹簧，如汽车脱拉机的板弹簧 50CrVA 含Cr、V元素的合金弹簧钢，用于截面≤30mm并在350～400℃工作的重载弹簧，如阀门弹簧 （二）典型牌号 热处理：淬火+中温回火 组织：回火T 高碳wC=0.95～1.1% 传统轴承钢是高C低Cr钢，可以保证钢有高的硬度和强度。wCr=0.35%～1.95%，提高钢的淬透性，并形成合金渗碳体，使钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。 对于大型轴承用钢加Si、Mn、Mo可进一步提高淬透性、强度和弹性极限。 轴承钢要求纯度高，wS0.020%, wP0.027% （一）成分及性能特点 含Cr轴承钢 GCr9、GCr15、GCr9SiMn、 GCr15SiMn 无Cr轴承钢，性能和GCr 15相当 GMnMoVRe、GSiMoMnV （二）典型牌号 热处理：淬火+低温回火 组织：回火M wC=0.03%～0.45%，含C范围宽。 按少量多元的原则加入合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Nb、Ti、Al Cr、Mn、Ni、Si ↑钢的淬透性； Mo、V、Nb、Ti、Al形成特殊碳化物使钢产生二次硬化， V、Nb、Ti 有细化晶粒的作用 （一）成分及性能特点 低合金超高强度钢 wMe≤5% 中合金超高强度钢 5 wMe10% 高合金超高强度钢 wMe≥10% 分类 工程材料基础 主讲教师：潘希德

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