工程材料 第四章 合金钢.ppt

第四章 合金钢 第一节 合金元素在钢中的作用 合金钢：含有一定合金元素的碳钢 一、合金元素在钢中的分布 合金元素在钢中的存在方式： ① 形成固溶体： 合金F、合金A、合金M ② 形成碳化物：(Fe.M)3C、TiC、WC ③ 形成金属间化合物：FeSi、FeCr、Ni3Al ④ 形成非金属夹杂物：MnS、SiO2 ⑤ 以游离态存在：如Cu、Pb元素 二、合金元素对组织转变的影响 1、能细化A晶粒 Mn在低碳钢中能细化A晶粒，在中高碳中能促进A 晶粒长大 能够强烈形成稳定碳化物的合金元素 Ti、V、Nb、 Zr对晶粒长大的阻碍作用最大，能显著细化A晶粒 合金钢的组织较细小，强韧性较碳钢好 2、能提高钢的淬透性 除Co之外，其余合金元素都能提高钢的淬透性 合金钢淬透性高，工件淬火变形、开裂倾向小 非碳化物形成元素仅能使钢的C曲线右移 强碳化物形成元素不仅能使钢的C曲线右移，还 能改变钢的C曲线形状 3、能提高钢的回火抗力 回火抗力（回火稳定性）：指淬火钢在回火 过程中抵抗硬度下降的能力 4、能产生二次硬化 二次硬化：指淬火钢在较高温度回火后出现 的硬度再次升高现象 含有较多强碳化物形成元素W、V、Ti、Mo、Cr的 合金钢，高温回火时会显示出明显的二次硬化效应 5、能产生回火脆性 回火脆性：指淬火钢回火后出现的韧性下降现象 第一类回火脆：指淬火钢在250～400℃回火后出现的韧性下降现象 第一类回火脆是淬火M和残余A发生分解时，沿着 M边界析出了薄片状Fe3C，使基体受到割裂，而 导致了钢的脆性增大所致 第一类回火脆又称“不可逆回火脆”，克服第一类回 火脆的唯一办法就是避免在此温区回火 第二类回火脆：指淬火钢在500～650℃回 火缓慢冷却后出现的韧性下降现象 第二类回火脆又称：“可逆回火脆” 第二类回火脆是由于钢中的P、As、Sn等微量 杂质元素在回火过程中沿着晶界发生了偏聚，而 导致了晶粒之间的结合力降低所造成的 W、Mo元素能防止或减轻第二类回火脆 防止第二类回火脆的方法是： 小零件：回火后快冷，碳钢水冷，合金钢油冷 大零件：选用含W或含Mo的合金钢制造 三、合金元素对钢的性能影响 1、能产生固溶强化 强化效果取决以下因素： ① 合金元素的原子尺寸大小 ② 合金元素的溶入量多少 ③ 间隙原子能够产生更显著的强化效果 2、能产生第二相强化 第二相强化：由固溶体以外的相造成的强化 强化效果主要取决以下因素： ①合金K尺寸越小，分布越弥散，强化效果越显著 ②合金K含量越高，分布越弥散，强化效果越显著 ③合金K硬度越高，分布越弥散，强化效果越显著 第二相强化是钢的一种重要强化方法 3、能产生细晶强化 V、Ti、Nb、Zr等元素，能产生显著的细晶强化 4、能形成单相组织，提高钢的耐蚀性 扩大?相区元素含量较高时，能使钢在室温 下获得单相A组织 如Mn13钢，室温组织是由单相A组成 缩小?相区元素含量较高时，能使钢在室温 下获得单相F组织 如0Cr13、1Cr17、1Cr28钢都是F钢 F钢和A钢由于不易形成微电池，所以抵抗 电化学腐蚀能力比较强 5、能形成致密的氧化膜和金属间化合物，提高钢的耐蚀性和高温性能 Si、Cr、Al等元素能在钢的表面形成致密的氧化 膜，能在钢中形成金属间氧化物，而能提高耐蚀性 和高温性能 合金钢的分类： 低合金钢：合金元素总含量 ＜ 5% 中合金钢：合金元素总含量 5%～10% 高合金钢：合金元素总含量 ＞10% 合金钢：合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢 第二节 合金结构钢 结构钢：用于制造机械零件和工程结构的钢 合金结构钢分为：低合金钢结构钢、合金渗 碳钢、合金调质钢等钢种 一、低合金结构钢 用于制造桥梁、车辆、船舶、输油管道、压 力容器和工程结构 1、性能要求 ①、具有较高的屈服强度 300 MPa级 → 2Mn 350 MPa级 → 16Mn 400 MPa级 → 16MnNb 450 MPa级 → 14MnVTiRE 500 MPa级 → 18MnMoNb 650 MPa级 → 14CrMnMoVB ②、具有良好的塑韧性 ?5﹥21%， Ak纵向 ﹥ 80 J / cm2 Ak横向 ﹥ 60 J / cm2 ，Tk ≈ －30℃ ③、具有良好的工艺性能 ④、具有良好的耐蚀性能 2、成分特点 含碳量﹤0.2 % 所含合金元素： Mn、Ti、V、Nb、 Cu、P、Re等