合金结构钢的分类和性能19页PPT

3. 成分特点 碳质量分数一般在0.25% 0.25%～ (1) 中碳 碳质量分数一般在0.25%～0.50% 之间， 0.4%居多 居多； 之间，以0.4%居多； Cr、Mn、Ni、 提高淬透性， (2) Cr、Mn、Ni、Si 提高淬透性，形成合 金铁素体，提高钢的强度； 金铁素体，提高钢的强度； (3) 加入防止第二类回火脆性的元素Mo、W 加入防止第二类回火脆性的元素Mo Mo、 Ni、Cr、Mn的合金调质钢 的合金调质钢， 含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，易产生第二类 回火脆性。加入Mo Mo、 可以防止第二类回火脆性。 回火脆性。加入Mo、W可以防止第二类回火脆性。 适宜含量：Mo的质量分数为0.15%～0.30%， 的质量分数为0.15% 适宜含量：Mo的质量分数为0.15%～0.30%， 的质量分数为0.8% 1.2%。 0.8%～ 或W的质量分数为0.8%～1.2%。
二、合金渗碳钢
老师提示： ☆ 老师提示：重点内容
1. 用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损， 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较 大的交变载荷，特别是冲击载荷。 大的交变载荷，特别是冲击载荷。
拨叉
变速齿轮
凸轮机构： 凸轮机构： 接触表面受到强烈的摩擦磨损。 接触表面受到强烈的摩擦磨损。
2. 性能要求 表面硬度高、 (1) 表面硬度高、耐磨 保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力， 保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时 具有适当的塑性和韧性。 具有适当的塑性和韧性。 (2) 心部具有高的韧性和足够高的强度 在冲击载荷或过载作用下不易断裂。 在冲击载荷或过载作用下不易断裂。 (3) 有良好的热处理工艺性能 在高的渗碳温度（ ℃～ ℃） 在高的渗碳温度（900 ℃～950 ℃）下， 奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。 奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。

3．特殊性能钢牌号的表示方法
不锈钢 2Cr13、0Cr18Ni9、00Cr30Mo2 滚动轴承钢 GCr15SiMn表示平均含Cr：1.5%、
Si：1.0%、Mn：1.0%的滚动轴承钢。
小结
学习内容： 一、合金钢的分类 二、合金钢的牌号的表示方法 学习重点： 合金钢牌号的表示方法
课堂练习与作业
作业
例如38CrMoAIA 。
练习
请说出下列合金结构钢牌号的 含碳量和合金元素含量。
60Si2Mn 20Cr2Ni4
二、合金钢的牌号的表示方法
2．合金工具钢牌号的表示方法
例 3Cr2W8VCr12MoV来自二、合金钢的牌号的表示方法
2．合金工具钢牌号的表示方法
例 3Cr2W8V
Cr12MoV
3Cr2W8V 表示含C：0.30% ，Cr：2.0%， W：8.0% ， V：1.0%
Cr12MoV 表示含 C≥1.0%，Cr：12.0%， Mo 1.0% ， V：1.0%
练习
请说出下列合金工具钢牌号 的含碳量和合金元素含量。
9CrSi CrWMn
交流与讨论
合金结构钢和合金工具钢牌号表示： 不同点是： ___________________； 相同点： _____________________。
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%
2．按主要用途分类
合金结构钢 主要用于制造重要的 机械零件和工程结构；
合金工具钢 主要用于制造重要工具； 特殊性能钢 具有某些特殊物理、
化学性能的合金钢。 如不锈钢、耐磨钢等。
二、合金钢的牌号的表示方法
欢迎指导
第二节 合金钢 的分类和牌号

钢铁材料
（2）合金模具钢
1．冷作模具钢 冷作模具钢是用于制造冷冲模、冷挤压模、拉丝模等
，工作中要承受很大的压力、冲击载荷和强烈的摩擦。 所以冷作模具钢应具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和 一定的韧性。大型模具还要求有良好的淬透性。 2．热作模具钢
热作模具是在高温下工作的，如热锻模、热挤压模和 压铸模等。这些模具工作时承受很大的冲击力，因此要 求热模具钢具有高的热强性和热硬性、高温耐磨性和高 的抗氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性。
钢铁材料
（2）合金渗碳钢
合金渗碳钢的含碳量在0.10％～0.25％之间，心部有 足够的塑性和韧性；加入铬、锰、镍、硼等合金元素 可提高钢的淬透性，使零件在热处理后，表层和心部 均得到强化；加入钒、钛等合金元素，可细化晶粒， 防止高温渗碳过程中晶粒长大。
合金渗碳钢的热处理,一般是渗碳后淬火、低温回火 。
业等领域用于制造在各种腐蚀介含质碳中量工越作的零件和结构
低耐蚀性
➢ 性能要求 ➢ 成分特点
耐蚀性
越好
含碳量在0.03提%蚀-高0性.耐95%
获相得奥体提氧的单氏高化耐钢性蚀在酸性非中
合金元素 Cr、Ni、Mo
在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢
钢铁材料
（2）耐热钢
通常在钢中加入 Cr、Si、Al等元 素，在高温下形 成高熔点、稳定 而致密的氧化膜
GCr × [-□□]
提高淬透
除Cr外其它合金元素性的稳和元定回素性火符号 Cr的千分之几
3.化学成分
含碳量0.95-1.10%，含铬量0.4-1.65%
4.热处理及组织
预先热处理 最终热处理
球化退火 淬火+低温回火
钢铁材料
4、特殊性能钢

➢ 热处理工艺：渗碳 → 淬火 → 低温回火
➢ 组织：表层：回火M +碳化物+ 残余奥氏体； 心部：低C的回火M（+T + F）。
➢ 用途： —— 受冲击载荷的耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮
20CrMnTi，汽车齿轮
18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆
常用合金渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）
淬
透
钢号
性
主 要 化 学 成 分, %
C
Mn
Cr，Ni
预备处理 ／
淬火, ℃
机械性能
b
s aKU2
MPa MPa J
低
20Cr
0.17~0.24 0.50~0.80 0.70~1.00 880水, 油 835 540 47
20MnV 0.17~0.24 1.30~1.60
880水, 油 785 590 55
20CrMn
0.17~0.23 0.90~1.20 0.90~1.20 850 油
930 735 47
中 20CrMnTi 0.17~0.23 0.80~1.10 1.00~1.30 870油 1080 850 55
18Cr2Ni4WA 0.13~0.19 W0.8~1.2 1.35~1.65 950 ／ 850 1180 835 78
➢ 热处理工艺：淬火 → 低温回火 ➢ 用途： ——飞机上的起落架、机翼、大梁等大型零部件
① 30Ni4CrMoA，直升机的重要零件，如旋翼接头、机身螺栓等 ② 30CrMnSiNi2A，飞机起落架、机翼主梁等重要受力部件 ③ 40Ni2Si2MoVA（300M），典型的飞机起落架用钢。

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电厂金属材料
（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含铬量小于1%。又如CrW5，表示 钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
（二）按用途分类
1．合金结构钢
合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器 制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。
2．合金工具钢
合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具 钢和冷模具钢）、量具钢。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
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电厂金属材料
五、滚动轴承钢
• 滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%～1.10%。 主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。
• 失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精 度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。
• 滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳 化物，具有较高的硬度和耐磨性。
0.70 3.80 17.50 1.00
~
~
~
~
0.80 4.40 19.00 1.40
1260~

高淬透性 12Cr2Ni4 20Cr2Ni4
三、合金调质钢
1．成分及性能特点 成分特点：
这类钢的含碳量一般为0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足； 含碳量过高，则韧性不足。合金调质钢中常加入少量铬、锰、硅、 镍、硼等合金元素以提高钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。 加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长 大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。例如40Cr钢的 强度比40钢提高了20%。
（2）热成形弹簧
当弹簧直径或板簧厚度大 于10mm时，采用热成形。热成 形后进行淬火及中温回火（400 ～520℃），可获得很高的 疲劳极限和弹性极限。
3．常用牌号和用途
牌号 55Si2Mn 60Si2Mn 50CrVA 用途 用于制造汽车、拖拉机减震板簧、 螺旋弹簧等 牌号表示法 合金弹簧钢牌 号的表示方法 与合金渗碳钢 相同，如 50CrVA表示 平均含碳量为 0.50%，平均 含铬、钒量都 ＜1.5%的高级 优质合金弹簧 钢。
第六章 合金钢
第一节 合金钢概述
合金钢概念：
所谓合金钢就是在碳素钢的基础上，为了 改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或 几种合金元素的钢。
一、合金元素在钢中的主要作用
1．强化铁素体 2．形成合金碳化物 3．细化晶粒 4．提高钢的淬透性 5．提高钢的回火稳定性
二、合金钢的分类
1．按用途分类 合金结构钢：用于制造机械零件和工程 结构的钢。 合金工具钢：用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢：具有某种特殊物理、化学 性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 2．按合金元素总含量分类 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%。

1、低合金工具钢 2、高速工具钢
1、低合金工具钢
高硬度、高耐磨性、较好的红硬性（250℃～300℃）
热处理： 等温球化退火→等温淬火+低温回火去应力
例：9Mn2V、9SiCr、Gr2、GrMn、 CrWMn 。
用途：主要用来制作低速切削及手动工具。 如：板牙、丝锥、绞刀、刨刀等
丝锥 板牙
2、高速工具钢
Q295A
（一）低合金高强度结构钢
1、牌 号
低合金高强度结构钢 的牌号：
Q295A
（1）代表屈服点的字母Q ； （2）代表屈服强度的数值； （3）钢的质量等级符号：A、B、C、D。
Q295A：表示屈服强度为295MPa，质
量等级为A的低合金高强度结构钢
2、用途：
① Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、 桥梁、车辆等大型钢结构。 ② Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中 等压力的压力容器。 ③ Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体， 强度高,用于石化中温高压容器。
合金钢
【合金钢】 钢里除铁、碳外，加入其他的元
素，就叫合金钢。
在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多 种合金元素而构成的铁碳合金。 根据添加元素的不同，并采取适当的加工 工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、 耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
合金钢
合金钢按用途分类有：
一、合金结构钢 二、合金工具钢 三、特殊性能钢
⑤性能特点：含C量在0.1%以下，比马氏体不锈钢的耐蚀性 好，好的冷变形性能，有好的韧性，焊接性。 ⑥用途: 食品设备、化工容器、管道等 ⑦不具有磁性或者弱磁性
2、耐热钢 定义:钢的耐热性是高温抗氧化性 和高温强度(热强性)的总称,耐热 钢通常分为抗氧化钢(不起皮钢) 和热强钢。

电力行业
碳钢在电力行业中用于制造电线杆 、输电线路等，其良好的导电性能 和耐腐蚀性能得到了广泛应用。
合金钢的应用领域
航空航天
合金钢因其高强度、高韧性、耐 高温等特性，广泛应用于航空航 天领域，用于制造飞机、火箭等
关键部件。
石油化工
在石油化工行业中，合金钢因其 良好的耐腐蚀、耐高压性能，被 用于制造管道、储罐、反应器等
碳钢的强度和硬度较高，能够承受较 大的压力和摩擦力，因此在机械制造 、建筑和交通运输等领域得到广泛应 用。
碳钢的耐腐蚀性能较差，容易生锈， 因此在使用过程中需要进行防锈处理 。
合金钢的性能特点
01
02
03
04
合金钢是在碳钢的基础上添加 了适量的合金元素，如铬、镍 、钨等，以提高钢材的各项性
能。
合金钢具有较高的强度、硬度 和耐磨性，适用于制造高精度 、高要求的机械零件和工具。
合金元素总含量大于10%。具有优良 的耐腐蚀、耐高温和耐磨性能，用于 制造要求极高耐久性的结构件，如不 锈钢。
合金元素总含量在5%-10%之间。具 有较好的抗腐蚀性能和机械性能，用 于制造要求较高耐久性的结构件。
按照用途分类
结构钢
用于制造各种建筑结构 和机械零件，要求具有
较高的强度和韧性。
不锈钢
具有优良的耐腐蚀性能 ，用于制造医疗器械、
02
中碳钢具有较好的强度和塑性，可用于制造受力较复杂、要求
耐磨和耐冲击的零件。
高碳钢（C>0.6%）
03
高碳钢硬度高、耐磨性好，但韧性较差，主要用于制造切削工
具、弹簧和耐磨零件。
按照用途分类
普通碳素结构钢
主要用于建筑、桥梁、船舶、 车辆等制造，要求具有一定的

共析点S 的含碳量下降，即向左移动。随着
合金元素含析点S含碳量只有0.30%。
共析点左移表明，在含碳量相同的条 件下，合金钢的珠光体组织比碳钢多，因 而强度高。
b、 当合金元素为碳化物形成元素时，由于这些 元素与碳形成稳定的碳化物，因而这部分碳 被固定，不参与共析反应，故共析点S右移。
珠光体钢 15CrMo、12CrMoV
贝氏体钢 12MoVWBSiRE
3、 按钢中S、P杂质含量 a、普通合金钢 S≤0.050% P≤0.045% b、优质合金钢 S≤0.035% P≤0.035%
c、高级优质合金钢 S≤0.025% P≤0.025%
d、特级优质合金钢 S≤0.015% P≤0.020%
普通低合金钢一般在热轧退火或正火状态下 使用，不需进行热处理。
1、成分特点
C%<0.20%；主强化元素是Mn<1.8%；加 入微量的Ti、V、Nb等细化晶粒；加入Cu提高 耐大气腐蚀能力。
常用钢号： 16Mn、16MnR、15MnV、15MnTi、14MnNb、 16MnCu
三、易切钢
在钢中添加S、Pb、Ca、P等合金元素，使 钢成为容易切削。 作用：使切屑易断，不易形成“切屑积瘤”， 减摩、降低切削力、切削热。但使钢 的性能下降。
8、合金元素对回火转变的影响
合金元素使淬火钢在回火过程中，组织 分解和转变速度减缓，增加了回火抗力，提 高回火稳定性，从而使合金钢的硬度回火后 下降程度减轻。某些碳化物形成元素，甚至 出现回火时二次硬化现象。
① 第一类回火脆性：
含Cr、Mn的合金结构钢，在250-400℃范围 回火，产生无法消除的脆性，称为第一类回火脆 性（或不可逆回火脆性）。产生原因尚无定论， 沿条状马氏体晶界析出碳化物薄片是重要原因。 也与S、P、As、Sb、Sn 等杂质有关。

低合金高强度结构钢
合金渗碳钢
合金结构钢的分类
合金调质钢
弹簧钢
滚动轴承钢
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库学符号+数字+······”，牌号的前两位 数字表示钢中平均含碳量的万分之几，化学元素符号表 示钢中所含的合金元素，化学元素符号后面的数字则表 示该合金元素的含量，一般以百分之几表示。
含量小于或等于1.5%，一般不表明含量，若为高级优 质钢，则在牌号后面加“A”。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
举例：
60Si2Mn表示钢中平均ωC=0.60%，ωSi=2%， ωMn<1.5%的合金结构钢。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
小结
1、合金结构钢的分类 2、合金结构钢的牌号
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
思考
20CrMnTi表示的含义。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
金属材料与热处理课程
合金结构钢的分类及牌号
主讲教师：王仙萌 西安航空职业技术学院
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
合金结构钢的分类及牌号
合金钢的概念
在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
合金结构钢的分类

第2章 结构钢材及其性能
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能 §2-2 结构钢材的力学性能指标 §2-3 结构钢材的脆性破坏 §2-4 钢材种类和规格
1
§2-1 结构钢材一次拉伸时的力学性能
一、我国目前建筑钢结构中的常用钢材： 1、碳素结构钢 — Q235钢； 2、低合金高强度结构钢— Q345、Q390和Q420钢； 二、结构钢材的标准静力拉伸试验方法
可完全恢复，应力应变符合胡克定律。
2、弹塑性阶段（AC阶段） 应力应变成非线性关系。应力增加时，增加的应变包括弹性应变和塑性应
变两部分。此阶段卸荷，弹性应变立即恢复，塑性应变不能恢复。
3、塑性阶段（CF阶段） 应力应变关系成水平线段，通常称为屈服平台（亦即塑性流动阶段），钢
材表现出完全塑性，此阶段终了的应变可达2%~3%。
由于试件破坏时的颈缩部分长度在长试件和短试件中相同，故同一 钢材试验所得的δ5 （短试件的伸长率）比δ10（长试件的伸长率）大。
8
钢材单调拉伸应力－应变曲线可提供的重要力学性能指标：
屈服点 fy、抗拉强度 fu、伸长率 δ和弹性模量E
屈服点 fy 是钢结构设计中应力允许达到的最大限值； 抗拉强度 fu 反映钢材受拉时能承受的极限应力； 伸长率 δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，其相应伸长 率分别用 δ5 或 δ10 表示； 弹性模量E是变形计算和超静定结构内力分析时必需的钢材性能指标。
4、强化阶段（FB阶段）
应力应变呈上升的非线性关系，当应力达到最高点时，试件某一截面发生颈
缩现象，承载能力下降，最终试件发生断裂破坏。弹性应变恢复，残余的塑性应
变可达20%~30%。
3
三、 σ—ε关系曲线（续）

广泛应用于石油化工、航空航天、海 洋工程等领域，用于制造关键设备和 部件，保障生产和运行的安全性和稳 定性。
如何选购合适的钢材
根据用途选择钢材
根据所需钢材的用途，如建筑、机械、汽车等，选择具有相应性 能的钢材。
考虑钢材的强度和韧性
在选购钢材时，应考虑其抗拉强度、屈服点和韧性等性能指标，以 确保其满足使用要求。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性能， 用于制造需要长期保持清 洁和耐腐蚀的设备和零件， 如医疗器械、厨具等。
03
各类钢材的特点与用途
碳素钢的特点与用途
特点
具有良好的塑性、韧性、焊接性 和耐腐蚀性，强度和硬度适中， 价格相对较低。
用途
广泛用于建筑、桥梁、车辆、船 舶、压力容器等结构和设备制造 。
合金钢的特点与用途
特点
具有高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性和耐热性，部分合金钢还具有优良的耐 磨性和低磁性。
用途
广泛用于制造高强度结构件、耐磨件、耐腐蚀件、高温和低温环境下的设备和 部件等。
建筑用钢的特点与用途
特点
具有良好的塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性，能够满足建筑结构的安全性和稳定 性要求。
用途
主要用于建造房屋、桥梁、道路、隧道等建筑物和构筑物，以及建筑设备的制造 。
根据屈服强度可分为Q195、Q215、 Q235等。
优质非合金钢
高级优质非合金钢
根据屈服强度可分为Q420、Q460等。
根据屈服强度可分为Q345、Q390等。
按用途分类
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结构钢
用于制造各种建筑结构和 机械零件，如桥梁、船舶、 车辆等。
工具钢
用于制造各种工具和量具， 如刀具、模具、夹具等。