--钢的合金化对组织和性能的影响.pptx
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1、第四章第四章钢的合金化对组织和性能的影响钢的合金化对组织和性能的影响u知识要点知识要点u合金元素对钢的组织和性能、热处理和加工的影响合金元素对钢的组织和性能、热处理和加工的影响;u碳素钢和合金钢的分类和牌号命名方法碳素钢和合金钢的分类和牌号命名方法;u常用的合金结构钢、合金工具钢常用的合金结构钢、合金工具钢(以高速钢以高速钢/模具钢为例)、模具钢为例)、特殊性能钢(不锈钢)特殊性能钢(不锈钢)4-1 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素添加后主要与铁和碳发生反应合金元素添加后主要与铁和碳发生反应1、合金元素与碳的作用、合金元素与碳的作用-合金碳化物合金碳化物u按
2、照合金元素形成碳化物的能力由大到小排列为:按照合金元素形成碳化物的能力由大到小排列为:Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。其中。其中:u强碳化物形成元素强碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V都形成特殊碳化物,其碳化物都形成特殊碳化物,其碳化物不同于一般渗碳体。不同于一般渗碳体。u中等碳化物形成元素中等碳化物形成元素W、Mo、Cr含量较低时与铁形成合金渗碳含量较低时与铁形成合金渗碳体,含量较高时可形成新的合金碳化物。体,含量较高时可形成新的合金碳化物。u弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素Mn、Fe少部分溶于渗碳体中、大部分溶于铁素少部分溶于渗碳体中、大部分溶于铁素体或奥氏体。体或奥氏体
3、。u渗碳体、合金渗碳体、合金碳化物、特殊碳化物,渗碳体、合金渗碳体、合金碳化物、特殊碳化物,稳定性和硬度稳定性和硬度依次增高依次增高u2、合金元素与铁的作用、合金元素与铁的作用-合金固溶体合金固溶体 u 几乎所有合金元素都可以与铁作用形成合金铁素体或者合金奥氏体。除了C、N、B与铁形成间隙固溶体外,其它合金元素均与铁形成置换固溶体。合金元素都可以在不同程度上提高固溶体的强度和硬度,并降低冲击韧性,其中Si和Mn对铁素体固溶强化固溶强化效果最为显著,镍还可以减少钢的冷脆性并增加塑性和韧性。4-2 合金元素对钢热处理的影响合金元素对钢热处理的影响1、合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图
4、的影响A、改变相区 扩大扩大相区相区的元素Mn、Ni、Co、C、N、Cu添加后,使A1点下降 缩小缩小相区相区的元素Cr、Mo、V、W、Ti、Si、Al、B、Nb添加后,使A1 点上升B、S和E点移动:移向含碳量较小的方向 (左移)2、合金元素对加热和冷却转变的影响、合金元素对加热和冷却转变的影响A、对加热转变的影响 碳化物形成元素,阻滞碳的扩散,大大减缓奥氏体的形成,并且阻止晶粒长大。非碳化物形成元素可以加快奥氏体的形成,对阻止晶粒长大的作用不大。个别元素:Mn、P以及B有促进奥氏体晶粒长大的倾向。B、对冷却转变的影响 几乎所有合金元素(Co除外)都不同程度地延缓其转变,增大过冷奥氏体的稳定
5、性,使C曲线右移曲线右移,提高了钢的淬透性。利?弊?利?弊?除Co、Si和Al之外,大多数合金元素会降低Ms和Mf点,使钢中残余奥氏体量增残余奥氏体量增加加,从而降低了钢的硬度和抗疲劳性、耐磨性。利?弊?利?弊?3、合金元素对回火转变的影响、合金元素对回火转变的影响 A、提高回火稳定性推迟了马氏体分解和残余奥氏体的转变;提高了铁素体的再结晶温度;B、高温回火脆性250350出现低温回火脆性,又称为不可逆回火脆性。450650出现高温回火脆性。这是可逆的回火脆性。回火快速冷却快速冷却可防止、加入W或Mo 可以消除 4-3 合金元素对对钢加工性能的影响合金元素对对钢加工性能的影响热处理、耐蚀性能:
6、合金钢的淬透性提高,回火稳定性增加,减少变形及开裂倾向,使热处理操作容易。有利其它性能:都不利铸造、焊接、锻造、冷加工、切削4-4 钢中杂质对性能的影响钢中杂质对性能的影响Mn、Si、S、P杂质:锰 与硫的结合力较强,生成的MnS夹杂 硅 与氧的结合力较强,生成的SiO2夹杂 硫 的夹杂物使钢产生热脆(热轧、焊接),导致开裂磷 使钢材脆性增加,称为冷脆。产生偏析影响焊接性能 4-5 钢的分类简介钢的分类简介一、一、碳钢的分类和牌号碳钢的分类和牌号1.碳钢的分类碳钢的分类碳碳钢钢分分类类见见表表42。具具体体钢钢种种的的性性能能和和用用途途在在第第七七章章中中详详细介绍。细介绍。表42 碳钢的分
7、类2、碳钢牌号和命名:普通碳素结构钢:Q235AF 优质碳素结构钢:20钢、45钢 碳素工具钢:T9、T10A 1、合金钢的分类合金钢的分类见图43。具体钢种的性能和用途在第七章中介绍 二二、合金钢的分类、合金钢的分类表43 合金钢的分类2合金钢的牌号合金钢的牌号(1)合金结构钢的牌号:)合金结构钢的牌号:数字数字+合金元素符号合金元素符号+数字数字45Mn240Cr平均碳的质量的万分数合金元素平均质量的万分数几个特殊情况:轴承钢,低合金高强度结构钢几个特殊情况:轴承钢,低合金高强度结构钢,高级优质钢高级优质钢(2)合金工具钢和特殊性能钢的牌号:合金工具钢和特殊性能钢的牌号:数字数字+合金元素
8、符号合金元素符号+数字数字含碳量的千含碳量的千分数分数合金元素平均质量合金元素平均质量的千分数的千分数说明:说明:Wc1%时,不标数字;时,不标数字;高速钢高速钢例外。例外。合金结构钢的分类:合金结构钢的分类:低合金高强度钢、低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹合金调质钢、合金弹簧钢簧钢、轴承钢、超高强度钢、轴承钢、超高强度钢一一低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢1 1应用应用:在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑:在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、结构、桥梁、车辆桥梁、车辆 、船舶、船舶 、输油输气管道、输油输气管道、压力容器压力容器等。等。2
9、性能性能:好的塑性韧性及焊接性能:好的塑性韧性及焊接性能,强度高,可抵抗大气腐,强度高,可抵抗大气腐蚀。蚀。3成分成分:低碳、含:低碳、含Mn、Ti、V、Nb、RE元素。元素。4牌号牌号:Q+数字数字(Q345,Q390,Q420,Q460)屈服强度屈服强度二、合金渗碳钢:二、合金渗碳钢:低碳钢基础上加合金元素低碳钢基础上加合金元素1 1应用应用:汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等:汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等2 2 性能:性能:“表硬心韧表硬心韧”3 3 成成分分:WcWc:0.120.120.25%0.25%,常常加加元元素素Cr Cr,Ni,Ni,Mn,Mn,B
10、,B,微微量量元元素素V,Ti,W,MoV,Ti,W,Mo4 4 分类和牌号分类和牌号 分类:低淬透性合金渗碳钢分类:低淬透性合金渗碳钢 20Mn2 20Mn20Mn2 20Mn 中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 20CrMnTi20CrMnTi 20 CrMn 20MnTiB 20 CrMn 20MnTiB 高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA 常用牌号:常用牌号:20CrMnTi 20 CrMn 20MnTiB20CrMnTi 20 CrMn 20MnTiB等等5 5最终热处理:最终热处理:渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火6组织:表面高碳回
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