合金钢冶炼课件.ppt

第二章 合金结构钢 主要内容 2.1 用途及分类 2.2 合金元素对合金结构钢机械性能的影响 2.3 合金结构钢的一般质量问题 2.4 硼钢的冶炼与浇注 2.5 Cr-Mn-Ti钢的冶炼与浇注 2.8 弹簧钢的冶炼与浇注 2.1 用途及分类 2.1.1 合金结构钢 2.1.2 分类 2.1.3 调质钢 2.1.4 表面硬化钢 2.1.5 弹簧钢 2.1.6 超高强韧钢 2.1.1 合金结构钢 合金结构钢占合金钢总量的一半以上（有的国家达70％），几百个钢号，使用范围最广，其中型材（一半以上）、板材（10％）、管材（14％）、棒材最多。我国有一百多个钢号。 应用最广泛，用于制造金属结构、机器设备部件的合金钢。 2.1.2 分类 按用途分（常用方法）： 建筑工程用钢（不介绍）； 机械用钢（调质钢、表面硬化钢、弹簧钢、易切削钢、冷塑性成形钢）； 超高强韧结构钢（炮钢、高压容器钢、火箭、飞机、宇航等用钢）。 按热处理方法分： 渗碳合金结构钢； 调质合金结构钢。 2.1.2 分类 按化学成分分： 铬锰钢：Cr-Mn-Si，Cr-Mn-Ti 高强度部件； 铬镍钢：Cr-Ni； 氮化钢：Cr-Al，Cr-Mo-Al，Cr-W-V-Al； 硼 钢：15MnB、40MnB等； 硅锰钢：20MnSi等。 2.1.3 调质钢 机械用钢中最多的一类钢，具有良好的综合机械性能，用于高应力和抗冲击载荷的重要零部件，如：齿轮、传动轴、蜗杆等。 调质钢分类：P11 表2－1 特点： 1）碳含量：0.30~0.60%（中碳范围）； 2）组 织：回火索氏体（细的珠光体，F＋K）； 毛坯件→调质（淬火＋回火，又称最终热处理） 调质钢的分类 3）合金化原则 合金结构钢中元素的含量及作用 3）合金化原则 3）合金化原则 ① 提高淬透性。 加入合金元素的首要目的是提高淬透性，以获得要求的M层厚度，满足机器零件在整个截面上力学性能的一致。 合金元素之所以能提高钢的淬透性，主要是通过提高过冷A的稳定性，推迟A→P、A→贝氏体的转变。 Mn、B、Cr、Mo提高淬透性作用最大；其次W、Ni、Si、Cu等。 3）合金化原则 ② 细化晶粒（A）： Al、V、Ti、Nb等，强化K形成元素（因较小溶于A而对提高淬透性作用不大），加少量之后，在A→P转变时，在晶界上形成新相核心。细小A晶粒将减少淬裂倾向，提高强韧性； ③ 降低高温回火脆性： 减少Sb（锑）、P、As、Cr、Mn、Ni等在A晶界上的偏聚。 3）合金化原则 ④ “多元少量”原则： 加入合金量一定时，加一种元素不及综合合金化的效果好。 ⑤ 非调质化趋势： 节能原因，逐步废除调质工艺。 做法：加微量的V、Nb、Ti等强K形成元素，通过控制热加工时冷却速度，使K细析出，强化材料。 2.1.4 表面硬化钢 性能：外刚内柔。 表面：高强度，高耐磨性（HRC56～63）； 心部：柔韧性好。 按热处理方法分： 低碳渗碳钢（0.15~0.30%）； 中碳的高频淬火钢（C→α→M，针状组织）； 渗氮钢。 表面硬化钢的特点 1）渗碳钢 渗碳的作用：主要是强化表面； 合金的作用：增大淬透性＋改善渗碳性能。 P12 表2－2 [C]=0.15~0.30%，合金化程度与调质钢相近。 齿轮：20Gr、20CrMo、20CrMnTi、 20CrMnB、20MnVB等 大截面重要部件：12CrNi4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等 渗碳钢的使用 表面硬化钢的特点 2）氮化钢： 铝钢：Cr-Al/Cr-Mo-Al P13 表2-3：38GrAl、38GrMoAl、35CrMo 0.35～45％C、0.8%±Al、1.5%±Cr 氮化层的作用：提高疲劳强度、耐磨性有效方法，高温下有较好硬度、耐磨性、抗粘结。 镗床、机床的主轴、主轴套筒、柴油机的曲轴等。 2.1.5 弹簧钢 60％用于汽车，扁材为主（75％），还有丝（13％）、板带（11％）。 性能要求：高的弹性极限、屈强比、抗冲击性和疲劳强度。 使用上分为： 热轧弹簧钢——加热成型后，淬火、回火，要求良好淬透性和低的过热敏感性，不易产生脱碳，热状态下容易绕制成型。 冷轧（拉）弹簧钢——要求均匀的硬度和良好的绕曲性能。 弹簧钢的分类及用途 2.1.6 超高强韧钢 用于飞机、火箭、宇航工业，如火箭发动机壳体、压力容器、高强度受力构件、高强度薄壁火炮等。 习惯把σs和σb分别为1180MPa和1370MPa，αk（490KJ/m2）钢称为超高强韧钢。 主要特点：比强度（＝强度/密度）大，即自重轻。 超高强韧钢分为：低合金、中合金和高合金三类，多数由结构钢、模具钢、不锈钢等钢种经过改变热处理工艺后移植过来的。 超高强韧钢