模块四黑色金属材料.ppt

所谓合金钢,就是在碳钢的基础上,为了获得某种特定的性能,有目的地加入一种或多种元素的钢,加入的元素称为合金元素。 合金钢已有100多年的历史了,现在国际上使用的有上千个合金钢钢号、数万个规格,合金钢的产量约占钢总产量的10%,是机械制造、交通运输和军事工业的重要金属材料。 如图4—3—1所示为合金钢材,图4—3—2所示为合金钢制作的法兰盘。在汽车工业中,合金钢还应用在哪些零部件上呢? 它们有哪些优异的性能呢? 图4—3—1 合金钢材 图4—3—2 合金钢法兰盘 一、常见合金元素对钢的性能的影响 铬加入钢中能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。并能提高钢的强度和耐磨性。由于铬加入钢中能改善钢的力学性能及物理和化学性能，因此在各种用途的合金钢中，普遍含有不同数量的铬。 镍能使钢强化，改善钢的低温性能，特别是韧性，还可以提高钢的淬透性。镍钢的抗锈性也很强，具有较高的对酸、碱和海水的耐腐蚀能力；但在高温高压下对氧介质的抗腐蚀能力无明显效果，反会造成脱碳促使钢腐蚀破裂。 锰是良好的盐浴校正剂和脱硫剂。在碳素钢中加入0.7%~1.8%或以上的锰时，就是特殊钢———锰钢了。这种含锰量较高的碳素钢的力学性能要比一般含锰量的钢好得多，不但有足够的韧性(在适当的热处理条件之下)，而且有较高的强度和硬度，能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。 硅是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂。所以钢中常含有0.20%~0.30%的硅。如果钢中硅含量超过0.50%~0.60%时，硅就算作特殊的合金元素，这种钢就称为硅钢 钨具有熔点高、密度大的特点,是一种贵重的金属元素。它在钢中的用途,主要是增加钢的回火稳定性、热硬性和热强性,以及由于形成的特殊碳化物而增加耐磨性。如当钨加入高碳钢中时,可以显著提高其耐磨性和切削性。因此,它主要用于工具钢,如高速钢、热锻模具等。 钒和碳、氮、氧都有极强的亲和力,与之形成相应的极为稳定的化合物。不到0.5%的钒能细化钢的晶粒,提高钢的强度、屈强比和低温韧性,改善钢的焊接性能,也能增加钢的热强性和蠕变的抗力。此外钒对碳的固定作用,还可以提高钢在高温下的抗氢腐蚀。 铝是炼钢时的脱氧定氮剂,并且能细化钢的晶粒,提高钢在低温下的韧性,铝对氮有极大的亲和力,含铝的钢渗氮后,在钢材表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层,从而提高其硬度和疲劳强度,并改善其耐磨性。铝还具有耐腐蚀性和抗氧化性,可作为不锈耐酸钢的主要合金元素。在钢的表面镀铝或渗铝,可提高其抗氧化性。 氮在钢中能固溶强化及时效沉淀强化,形成稳定的奥氏体组织,还能改善高铬和高铬镍钢的宏观组织,使之致密坚实,并提高其强度。氮能借渗入方法与钢表面层中的铬、铝等合金元素化合形成氮化物,增加钢表面层的硬度、强度、耐磨性及耐蚀性等。 钛是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素,能使钢的内部组织致密,提高钢的强度。含钛量为0.06%~0.12%的低合金结构钢,具有良好的力学性能和工艺性能,但主要缺点是淬透性稍差。 稀土元素是很好的钢中脱硫去气剂,可用于清除其他如砷、锑、铋等有害杂质,可以改变钢中夹杂物的形态和分布情况,从而改善钢的质量。在低合金结构钢中加入适量的稀土,有良好的脱氧、脱硫作用,可以提高冲击韧性(特别是低温韧性),耐大气腐蚀,并有良好的焊接性能和冷加工性能,在高合金的不锈耐热钢和电热合金中加入稀土,既可以提高钢的抗氧化性和耐蚀性,也可以改善钢和合金的铸态组织,从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。 二、合金钢的分类 1.按用途分类 (1)合金结构钢:用来制造各种机械零件及工程结构。 (2)合金工具钢:用来制造各种重要的工具和量具、刃具等。 (3)特殊性能钢:用来制造有特殊性能要求的结构件和机器零件等。 2.按合金元素的含量分类 (1)低合金钢:合金元素总含量小于5%; (2)中合金钢:合金元素的总含量为5%~10%; (3)高合金钢:合金元素的总含量大于10%。 三、合金结构钢 合金结构钢是在优质或高级优质碳素结构钢的基础上加入适量合金元素的钢。它主要用于制造各种重要的机器零件和受力工程结构,要求它有较高的机械性能和较好的加工工艺性能。 1.低合金结构钢 低合金结构钢碳质量分数为0.10%~0.25%,所加入的合金元素不大于3%。 低合金结构钢的成分特点为低碳、低合金。这类钢具有良好的塑性、韧度、焊接性及较好的耐磨性和耐蚀性。主要用于制造工程结构如汽车大梁(见图4—3—3)、船舶、车辆、压力容器和建筑结构桥梁及各种焊接构件。一般在热轧空冷状态下使用。 图4—3—3 汽车底盘大梁结构示意图 低合金渗碳钢的牌号及应用见表4—3—1。