《金属材料与热处理》单元5 合金钢 教学课件.pptVIP

**单元五合金钢概述01合金元素在钢中的作用02合金结构钢03合金工具钢04特殊性能钢05本章内容钢按其化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳钢具有较好的力学性能和工艺性能，且价格便宜，是机械行业中应用较为广泛的金属材料，在碳钢中有意添加Ni、Cr、W、Mo、V、Ti、B等元素或者Si、Mn含量超过碳钢中含量标准的钢称为合金钢。合金钢可以满足某些特殊的性能要求，如耐热性、耐低温性、耐腐蚀性、高磁性、无磁性、高耐磨性等，但也存在不足之处，例如，在钢中加入合金元素会使其冶炼、铸造、锻造、焊接及热处理等工艺趋于复杂，成本提高。因此当碳钢能满足使用要求时，应尽量选用碳钢，以降低生产成本。项目目标项目目标了解常见合金钢的组成及应用；03了解合金钢的分类，性能特点及应用；01了解合金元素对钢中的作用，重点掌握对钢的性能的影响；02一、合金钢的分类钢的种类很多，有多种分类方法，常用的分类方法如下。按用途分类按照钢的用途不同可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。合金结构钢：包括普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。多数为低、中碳钢。合金工具钢：包括刃具钢、模具钢、量具钢等。一般都是高碳钢，且都是优质钢或高级优质钢。特殊性能钢：包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。按合金元素含量分类（1）低合金钢：合金元素的总含量在5%以下。（2）中合金钢：合金元素的总含量为5%～10%。（3）高合金钢：合金元素的总含量在10%以上。在合金钢中，经常添加的合金元素有锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr）、稀土元素（RE）等。合金元素在钢中的作用是非常复杂的，现在对它的认识还很不全面。下面着重分折合金元素对钢中基本相、Fe-Fe3C相图以及钢的热处理的影响。一、合金元素在钢中的存在形式合金元素与碳的作用直接决定其在钢中的存在形式。按与碳的亲和力大小，可将合金元素分为两类。（1）非碳化物形成元素：与碳的亲和力很弱，一般不与碳化合。如镍、硅、铝、钴、铜等。（2）碳化物形成元素：与碳的亲和力依次由弱增强的元素有铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等，与碳的亲和力越强，所形成的碳化物愈稳定。合金元素在钢中以四种形式存在：①溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，形成合金铁素体，以固溶体的溶质形式存在。②形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成金属碳化物或金属间化合物等。③形成非金属化合物，如合金元素与O、N、S作用形成氧化物、氮化物和硫化物。④以游离状态存在，如Pb、Cu等。二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响由于多元相图测试上存在困难，所以在很多情况下，往往借助于考察某一合金元素对铁-碳二元系的影响来近似考虑多元系的情况。根据合金元素对铁-碳相图的影响，可以把合金元素的影响分为两大类。图5-2为合金元素对相区影响的示意图。1.合金元素对相区的影响（1）扩大γ相区的合金元素。Ni、Mn等元素是扩大γ区的元素，它们使A4和NJ线升高，A3和GS线降低，使γ区增大，当扩大γ区的元素含量很高时，可把A3点温度降至室温以下，这时钢在室温下就得到奥氏体组织，称为奥氏体钢。如含13%Mn的Mn13耐磨钢，含9%Ni的Cr18Ni9不锈钢等，均属奥氏体钢。（2）缩小γ相区的元素。Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等是缩小γγ区的元素，它们能使A4和NJ线下降，此时钢在冷却时便不发生组织转变，室温下组织铁素体组织，称为铁素体钢，如含17%～28%Cr的Cr17、Cr25、Cr28等铬不锈钢等，均属铁素体钢。奥氏体钢和铁素体钢具有特殊性能，如耐热、耐腐蚀、耐低温等。二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响2、合金元素对临界点的影响此外，无论是扩大γγ区的合金元素，还是缩小γγ区的合金均使E点和S点左移，即降低共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解度，如图5-3所示。二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响S点左移，意味着降低了共析转变点的含碳量，在含碳量相同的情况下，可得到更多的珠光体组织。例如，Wc=0.4%的碳钢为亚共析组织，当添加了14%Cr后，由于S点的左移，使得该合金钢具有过共析钢的平衡组织。E点左移时，出现莱氏体的含碳量降低。如高速钢中含碳量仅0.8%，但已出现莱氏体组织，这种钢也称为莱氏体钢。二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响合金结构钢按用途分为机器零件用钢