第十二讲 合金结构钢.pptVIP

§7-3合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的钢种称为合金结构钢。 随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其他特殊物理、化学性能的要求，这是碳钢就不能满足要求了。为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所得的钢称为合金钢。 合金钢分类方法很多，例如按合金元素的含量多少，可分为低合金钢（总量低于5%）、中合金钢（总量5%~10%）和高合金钢（总量高于10%）。按所含主要合金元素，可分为铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。 一、低合金结构钢（亦称普通低合金钢） 1、用途：主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、 大型钢结构等。 2、性能要求 （1）高强度：一般σs＞300MPa。 （2）高韧性：要求δ为15%～20%，室温ak＞60～80J/cm2。 （3）良好的焊接性能和冷成型性能。 （4）低的冷脆转变温度。 （5）良好的耐蚀性。 3、成分特点 （1）低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超过0.20%。 （2）加入以锰为主的合金元素。 （3）加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 此外，加入少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蚀性能。 4、常用低合金结构钢 16Mn是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。强度比普通碳素结构钢Q235高约20%～30%，耐大气腐蚀性能高20%～38%。 15MnVN等为中等级别强度的钢。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过500Mpa的钢为高等级别强度的钢（低碳贝氏体钢）。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压锅炉、高压容器等。 5、热处理特点 这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体 + 索氏体。 二、合金渗碳钢 1、 用途：主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活 塞销等机器零件。 2、性能要求 （1）表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力。 （2）心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。 （3）有良好的热处理工艺性能。在高的渗碳温度（900～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。 3、成分特点 （1）低碳：碳含量一般为0.10%～0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。 （2）加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。 （3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：主要加入少量强碳化物成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。 4、钢种及牌号 20Cr低淬透性合金渗碳钢。这类钢的淬透性低，心部强度较低。 20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。这类钢淬透性较高、具有良好的机械性能和工艺性能。 18Cr2Ni4WA高淬透性合金渗碳钢。 20Cr2Ni4A淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。 5、热处理和组织性能 最终热处理工艺是渗碳 + 淬火 + 低温回火。 热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为HRC60～HRC62。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为HRC40～HRC48；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为HRC25～HRC40。心部韧性一般都高于70J/cm2。 6、应用举例： 12Cr2Ni4A航空发动机齿轮 (1)技术要求：渗碳深度：0.9～1.1mm；渗碳区硬度HRC≥60；非渗碳区HRC31～41 (2)工艺流程 三、合金调质钢 1、用途：合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重 要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。 2、性能要求：调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综 合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。还要求有良