第七章 合金结构钢

1. 第七章　合金结构钢 第一节　概　　述第二节　合金元素在钢中的作用第三节　低合金结构钢第四节　机械结构用合金钢

2. 第二节　合金元素在钢中的作用 一、合金元素对钢中基本相的影响1.镍、硅、铝、钴、铜等与碳的亲和力很弱的元素 2.锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等与碳亲和力较强(依次增强) 图7-1　合金元素对铁素体性能的影响a)对硬度的影响　b)对韧性的影响

3. 第二节　合金元素在钢中的作用 的元素(1)合金渗碳体　锰和铬、钼、钨等弱和中强碳化物形成元素，倾向于形成合金渗碳体，如(Fe、Cr）3C、(Fe、W）3C等。(2)特殊碳化物　钒、铌、锆、钛等强碳化物形成元素与碳的亲和力强，首先形成碳化物，而当其含量太多时，也可以溶于铁素体；中强碳化物形成元素(铬、钼、钨等)只有当含量较高时(5%)才倾向于形成特殊碳化物。二、合金元素对Fe－Fe3C相图的影响(1)对点S、E位置的影响　加入合金元素后，如果点S、E左移，则含碳量相同的碳素钢和合金钢的显微组织不同。

4. 第二节　合金元素在钢中的作用 (2)对相区的影响　在钢中加入锰、镍等元素后， 图7-2　合金元素对Fe－FC相图γ相区的影响a)铬的影响　b)锰的影响

5. 第二节　合金元素在钢中的作用 相图的γ区可以扩大到室温以下，因此它在室温下的平衡组织是单相奥氏体，称这类钢为奥氏体钢。三、合金元素对钢热处理的影响1.对奥氏体化和其晶粒长大的影响2.对C曲线、淬透性和残留奥氏体的影响(1)不形成或形成碳化物倾向较弱的元素　如硅、镍、铜、锰等。

6. 第二节　合金元素在钢中的作用 图7-3　合金元素对C曲线的影响示意图a)碳钢的C曲线　b)加入不形成碳化物元素后的C曲线　c)加入形成碳化物元素后的C曲线(图中省略了转变终了曲线)

7. 第二节　合金元素在钢中的作用 (2)形成碳化物倾向强烈的元素　例如钛、钒、钼、钨等，不仅使曲线右移，而且使曲线形状变化，即出现两个鼻尖(不稳定区)，如图7-3c所示。3.对钢回火转变的影响(1)增大回火抗力(回火稳定性)　淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为回火抗力。(2)产生“二次硬化”现象　一般是回火温度升高，硬度下降，但强碳化物形成元素(如钒、钼、钨等)加入后，在500～600℃回火时从马氏体中析出特殊碳化物(Mo2C、W2C、VC等)，析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体上，并与马氏体保持共格关系，阻碍位错运动，使硬度反而上升，这种现象称为“二次硬化”。

8. 第二节　合金元素在钢中的作用 (3)出现第Ⅱ类回火脆性　加入合金元素，特别是铬、镍、锰、硅等元素后，合金钢的冲击韧度与回火温度的关系如图7-4所示。 图7-4　回火脆性1—快冷　2—慢冷

9. 第二节　合金元素在钢中的作用 (4)增大氢脆倾向　镍、铬增大钢的氢脆倾向。

10. 第三节　低合金结构钢 一、低合金高强度结构钢1.化学成分特点2.性能特点(1)高的屈服强度与良好的塑性和韧性　低合金结构钢的屈服强度比碳素结构钢要高25％～50％，特别是屈强比(σs/σb)明显提高；它的塑性和韧性也较好，伸长率δ5＝，室温冲击韧度αK＞60～80J/cm2，且冷脆转变温度较低(约-30℃)。(2)良好的焊接性能　低合金结构钢的含碳量低，合金元素含量少，塑性好，不易在焊缝区产生淬火组织及裂纹，且钢中的Ti、Nb、V还可抑制焊缝区的晶粒长大，使其焊接性能大大提高。

11. 第三节　低合金结构钢 (3)一定的耐蚀性　在低合金钢中加入合金元素wCr＝0.2％～0.5％，wP＝以及Al、Mo等，及某些元素的复合作用，可以使之比碳素钢具有更高的耐大气、海水、土壤腐蚀的能力，是发展低合金结构钢的重要系列之一。(4)热加工性能与低碳钢相近　低合金钢具有良好的导热性能，在800～1250℃范围内具有良好的塑性变形能力，变形抗力低，热轧后不会因冷却而产生裂纹。3.常用低合金高强度结构钢

12. 第三节　低合金结构钢 表7-1　低合金高强度结构钢牌号及化学成分(摘自GB／T 1591—1994) ① 表中的Ａl为全铝含量，如分析酸容铝时，其wAl≥0.010%。

13. 第三节　低合金结构钢 表7-2　低合金高强度结构钢的力学性能(摘自GB／Ｔ 1591—1994)

14. 第三节　低合金结构钢 表7-2　低合金高强度结构钢的力学性能(摘自GB／Ｔ 1591—1994) 表7-3　新旧低合金高强度结构钢标准牌号对照及用途举例(摘自GB／T 1591—1994)

15. 第三节　低合金结构钢 二、低合金耐候钢三、低合金专业用钢

16. 第四节　机械结构用合金钢 一、合金渗碳钢1.合金渗碳钢的成分2.常用合金渗碳钢及热处理(1)低淬透性渗碳钢　水淬临界淬透直径为20～35mm，渗碳淬火后性能一般可达σb≈700～850MPa，αK≈60～70J/cm2。(2)中淬透性渗碳钢　油淬临界淬透直径为25～60mm。(3)高淬透性渗碳钢　油淬临界淬透直径在100mm以上，甚至空冷也能淬成马氏体。

17. 第四节　机械结构用合金钢 表7-4　常用合金渗碳钢的牌号、热处理、力学性能及用途(摘自GB／T 3077—1999) 二、合金调质钢与非调质钢

18. 第四节　机械结构用合金钢 1.合金调质钢(1)调质钢的化学成分　钢的含碳量一般为wC＝0.25％～0.5％。(2)常用合金调质钢及热处理　合金调质钢常按淬透性分为三类。1)低淬透性调质钢。2)中淬透性调质钢。3)高淬透性调质钢。

19. 第四节　机械结构用合金钢 表7-5　常用合金调质钢的牌号、热处理、力学性能及用途(摘自GB／T 3077—1999)

20. 第四节　机械结构用合金钢 2.非调质钢 三、合金弹簧钢1.弹簧钢的化学成分2.常用弹簧钢及热处理 表7-6　两种典型非调质机械结构钢的化学成分和力学性能(摘自GB／T 15712—2008)

21. 第四节　机械结构用合金钢 表7-7　常用合金弹簧钢的牌号、热处理、力学性能及用途(摘自GB／T 1222—2007) (1)冷成形弹簧　对直径小于8～10mm的弹簧，常用冷拉弹簧钢丝冷绕而成。

22. 第四节　机械结构用合金钢 表7-8　冷卷弹簧后的去应力回火温度 (2)热成形弹簧　弹簧丝直径或弹簧钢板厚度在10～15mm的螺旋弹簧或板弹簧，一般在淬火加热时成形。四、滚动轴承钢

23. 第四节　机械结构用合金钢 1.滚动轴承钢的化学成分 图7-5　滚动轴承受力a)滚动轴承　b)受力情况示意图

24. 第四节　机械结构用合金钢 2.常用的轴承钢及热处理 五、易切削钢(1)易切削钢的化学成分 表7-9　常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途

25. 第四节　机械结构用合金钢 (2)常用易切削钢　常用易切削钢的牌号、化学成分、力学性能及用途见表7-10。 六、超高强度钢思考题和习题 表7-10　常用易切削钢的牌号、化学成分、力学性能及用途(GB／T 8731—1988)

26. 第四节　机械结构用合金钢 1.解释下列名词：2.合金元素对Fe－Fe3C相图有什么影响？这种影响在工业上有何意义？3.合金结构钢与碳素结构钢相比，为什么其力学性能较好？热处理变形小?4.何谓调质钢和非调质钢?为什么调质钢含碳量为中碳?5.合金调质钢中常用哪些合金元素?这些合金元素在调质钢中各起什么作用?6.为什么弹簧钢多用Si作为主要合金元素?为何要采用中温回火?7.轴承钢为什么要选用铬钢？这种钢对非金属夹杂物的要求如何?8.超高强度钢的特点是什么?

27. 第四节　机械结构用合金钢 9.为什么wC≥0.40％，wCr＝12％的钢属于过共析钢，而wC＝1.5％、wCr＝12％的钢却属于莱氏体钢？10.对低合金结构钢有哪些性能要求?工业上为何满足这些要求?