第5章 碳素钢与合金钢.ppt

2.1 合金元素在钢中的存在形式 强化铁素体 绝大多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中，形成合金铁素体。合金元素的溶入，一是引起铁素体晶格畸变，二是易于分布在晶体缺陷处，使位错移动困难，提高钢的塑性变形抗力。固溶的结果，使铁素体的强度、硬度提高，塑性、韧性有下降趋势。对常见的硅、锰、铬、镍而言，其含量必须控制在一定范围，才能取得预期强化效果。 形成合金碳化物 钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素，铬、钼、钨为中碳化物形成元素，锰为弱碳化物形成元素。 合金碳化物有合金渗碳体和特殊碳化物两类。 合金渗碳体比渗碳体略为稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。 特殊渗碳体是与渗碳体完全不同的合金碳化物，通常由中强或强碳化物形成元素与碳所形成。特殊碳化物，特别是间隙相碳化物，比合金碳化物有更高的熔点、硬度与耐磨性，并且更为稳定，不易分解。 合金碳化物的种类、性能和在钢中的分布形态直接影响到钢的性能及热处理时的相变。如当钢中存在弥散分布的特殊碳化物时，将显著提高钢的强度、硬度与耐磨性，而不降低韧性，这有利于提高钢的使用性能。 2.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 对临界温度的影响 降低临界温度A1、A3 Ni、Mn、Cu、Co、N等元素加入后可使钢的A1、A3温度点降低，GS线向左下方移动，奥氏体区扩大，这类元素大都具有面心立方晶格，当这些元素在钢中的质量分数足够高时，将使A3降至室温以下，此时钢为单相奥氏体组织，即奥氏体钢。该类钢具有特殊的性能，如ZGMn13具有高耐磨性，1Cr18Ni9奥氏体钢具有耐蚀、耐高温，并具有抗磁、无冷脆等特性。 提高临界温度A1、A3 Al、Si、Cr、W、Mo、V、Ti等元素的加入可使钢的A1、A3温度升高，使铁素体相区扩大，当钢中这些元素含量足够高时，钢的组织在高温及室温时均为单相铁素体。 改变Fe-Fe3C相图中S、E点位置 E点是钢与铸铁的分界点。碳质量分数超过此点的钢，将出现莱氏体组织。几乎所有的合金元素均能使E点左移。其中强碳化物形成元素如W、Ti、V、Nb的作用最为强烈。对高合金钢W18Cr4V(ωC=0.7%-0.8%)，Cr12MoV(ωC=1.4%-1.7%)等，因E点的左移使其铸态组织中出现了菜氏体，故此两钢均称为菜氏体钢。 在大多数情况下，几乎所有的合金元素也都使S点左移。如ωC=0.4%的碳钢本属亚共析钢，但在加入12%铬后就成了共析钢。4Cr13、3Cr2W8V等钢的ωC也都小于0.77%，也因S点的左移，都已属过共析钢。 在退火或正火处理时，碳质量分数相同的合金钢组织中比碳钢具有更多的珠光体，故其硬度和强度较高。 2.3 合金元素对钢的热处理的影响 * * 上海第二工业大学 机电工程学院 机械制造基础 二○一五年四月 钢的分类与编号 钢中常存杂质元素及影响 合金元素在钢中的作用 结构钢 工具钢 特殊性能钢 碳素钢（碳钢）：含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金。 合金钢：在碳钢基础上添加适量合金后形成。 1 钢的分类与编号 1.1 钢的分类 按化学成份分 低碳钢 ωc≤0.25% 中碳钢 0.25＜ωc＜0.60% 高碳钢 ωc≥0.60% ? 按钢的质量分 普通质量钢 (ωs=0.035%-0.050％，ωp=0.035％-0.045％) 优质质量钢 (ωs≤0.035％，ωp≤0.035％) 高级优质钢 (ωs=0.020％-0.030％，ωp＝0.025％-0.030％) 特级优质钢 (ωs≤0.015％，ωp≤0.025％) 碳素钢 合金钢 低合金钢 ωMe≤5％ 中合金钢 5％＜ωMe＜10％ 高合金钢 ωMe≥10％ 按钢脱氧程度分 沸腾钢（标F） 镇静钢（标Z，可省略） 半镇静钢（标b） 特殊镇静钢（标TZ） 按用途分 结构钢 工具钢 特殊性能钢 普通碳素结构钢 合金结构钢(低合金高强度结构钢) 优质碳素结构钢 铸钢(0.15＜ωc＜0.60%) 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 工程结构用钢 碳素工具钢（刃具、模具和量具用钢） 合金刃具钢 合金模具钢 合金量具钢 合金工具钢 机器零件用钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 硅：能溶于铁素体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。硅来自炼钢时的生铁和脱氧剂硅铁。作为杂质存在时，硅的质量分数不超过0.5%，多在ωSi=0.10-0.40% 。硅在钢中是有益元素，含量不多而作为杂质元素存在时，对钢的性能影响不大。 锰：能溶于铁素体，使铁素体强化，也能