硬质合金常用牌号及用途介绍

金属材料导论
－焊接补充讲义
合金的晶体结构
1.组元：组成合金的基本单元。 2.相：合金中凡化学成分均匀，结晶 状态相同有界面严格区分的部分。 3.组织：显微镜下可以区分的结晶规 律相同的部分。
一、固溶体
固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格，仍保 持溶剂晶格类型的金属晶体。 固溶体分为： 间隙固溶体、置换固溶体 有限固溶体、无限固溶体 有序固溶体、无序固溶体
从组织组成物看铁碳合金的分类
显微组织中有L’e的是铸铁，无L’e的是 碳素钢。 工业纯铁中主要组织组成物是F和少量 F 的Fe3CIII。 共析钢为100％的P； 亚共析钢为F＋P； 过共析钢为P＋Fe3CII
工业生铁（白口铁）中： 共晶生铁组织为100％L’e； 亚共晶生铁组织为P＋L’e＋Fe3CII； 过共晶生铁组织为L’e＋Fe3CI
二、从状态图看钢和铁的组织变化
钢的分类
按合金成分分类（碳素钢、合金钢）；
按质量分类（普通钢、优质钢、高级优质钢） 按用途分类（结构钢、工具钢、特殊性能钢）
一、碳素钢
1.普通碳素结构钢 （S≤0.055％，P≤0.045）
普通碳素结构钢通常用做一般焊接结构 件。
普通碳素结构钢钢用屈服强度、 质量等级以及冶炼时的脱氧称度 来代表其牌号。 如：
和其它中碳钢相同。 通常碳素结构钢的牌号都由两位数字表 示。
3.碳素工具钢
碳素工具钢 一般工具钢要求硬度高，耐磨性好。 因此一般都是高碳钢（合金工具钢除外 另外，由于含碳量的提高使得材料性能 对钢中杂质敏感性大大增加，故工具钢 都是优质钢或高级优质钢。 碳素工具钢一般用于手动工具，或要求 不高的量具等。 工具钢通常不做焊接件。
显微形貌（P）
平衡状态下为F和Fe3C交替出现的片层 结构。
（5）莱氏体（ Ledeburite ）
奥氏体和渗碳体的机械混合物（Le）。 平均含碳量：4.3％c； 最低存在温度：727℃； 最高存在温度：1148℃； 力学性能：HB＞700； 塑性、韧性接近与零。
显微形貌（Le）
蜂窝状，渗碳体基础上均匀分布着奥氏体颗 粒
共析渗碳体（Cm共析或Fe3C共析）
母相：奥氏体；析出温度：727℃
共晶渗碳体（Cm共晶或Fe3C共晶）
母相：液体；析出温度：1148℃
（4）珠光体（pearlite ）
铁素体和渗碳体组成的机械混合物（P）。 平均含碳量0.77％c；最高存在温度727℃ 力学性能：σb＝750MPa；HB＝180；
奥氏体 片 状 Cm共析 Fe3C共析
液 体 蜂窝状 Cm共晶 Fe3C 共晶
一次渗碳体（CmI或Fe3C）
母相：液体；析出温度：1227～1148℃
二次渗碳体（CmII或Fe3CII ）
母相：奥氏体；析出温度1148～727℃
三次渗碳体（CmIII或Fe3CIII）
母相：铁素体；析出温度：≤727℃
牌号特点
中碳钢的牌号表示方法和低碳钢相同。 如：45
45 45 = 100% = 0.45%c 10000
3）高碳结构钢
这部分钢主要是60、65、70钢 它们主要用作弹簧，或承受一定冲击载 荷的结构件，如扁铲等，故又称为“弹 簧钢”。 通常，这类材料不用做焊接件。 必要时可以进行焊补。
牌号特点
1.普低钢
普低钢即普通低合金高强度结构钢的简 称。 它是在普通碳素结构钢的基础上加入少 量的合金元素而形成的。 普低钢虽然仅加入了小于5％Me的合金元 素但其强度却大大高于普通碳素结构钢。 普低钢常用来做焊接结构， 普低钢具有良好的工艺性能。
牌号特点
普低钢的牌号和合金钢相同， 前两位数字代表碳含量，后面 是所含的合金元素的百分数， 合金元素总量≤5％。 普低钢通常以强度级别分类 从300MPa～650Mpa
碳钢的分类
0.77％c的钢为共析钢； 0.0218％c～＜0.77％c的钢为亚共析钢； ＞0.77％c～2.11％c的钢为过共析钢；
工业生铁（白口铁）的分类
含碳量＞2..11％c铁碳合金为工业生铁； 4.3％c的合金为共晶铸铁； ＞2.11％c＜4.3％c为亚共晶铸铁； ＞4.3％c＜6.69％c为过共晶铸铁；
Q235－A·F
脱氧程度 质量等级 屈服强度
2.优质碳素结构钢 （S≤0.045％，P≤0.04％）
按碳含量分类： 低碳钢，含碳量＞0.0218％c≤0.25％c； 中碳钢，含碳量0.25～0.6％c； 优质碳素结构钢通常用来制造机械零 件。
1）低碳钢
通常用做结构件、焊接件、渗碳件等。 如齿轮、型钢等 特点是：塑性、韧性好、硬度偏低。 切削性能好、锻造性能好、焊接性能好。
（2）主要线的含义 a.ABCD线－液相线； b.AHJECF线－固相线； c.ECF c.ECF线－共晶线； d.GS线－A3线，铁素体析出线； e.SE线－Acm线，二次渗碳体析出线； f.PSK线－A1线，共析线；
（3）两个重要反应
共晶反应：一个固定成分的液相，在一 个恒定的温度下，同时结晶出两个不同 成分的液相的过程。
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图：用铁碳合金经由实验 方法做出的温度、成分以及结晶组织之 间关系的简明图解。 实际应用的铁碳合金是由Fe－Fe3C组元 组成的。 制作状态图的两个条件： 1.铁碳合金是二元合金。 2.在接近平衡冷速的条件下测得的。
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图中各点、线的意义
（1）各特性点的含义
边界较平直的，明亮的，多边形颗粒。常伴 有退火孪晶存在。
（3）渗碳体（Cementite）
铁和碳形成的稳定的化合物（Fe3C或Cm）。 晶体结构：复杂斜方晶格； 含碳量：6.69％c；最高存在温度：1227℃； 力学性能：硬、脆；HB≈800；δ≈0％
显微组织（Cm或Fe3C）
根据析出温度及母相的不同分为五种形式。
室温莱氏体（L’e）
冷却过程中，当温度低于727℃时，莱 氏体中的奥氏体转变为珠光体，此时莱 氏体变为P＋Fe3C共晶组织，称为“”室 温莱氏体或“变态莱氏体”。记为 “L’e”. 成分和莱氏体相同，性能相当，只是温 度低于727℃。 显微组织形貌变为P＋Fe3C共晶，故称为 “变态莱氏体或室温莱氏体”。
名 称 析出 温度℃ 母 相 显微 形貌 代表 符号 一次 渗碳体 二次 渗碳体 727 ～1148 奥氏体 网 状 CmII Fe3CII 三次 渗碳体 共析 渗碳体 共晶 渗碳体
1148 ～1227 液 体 板 状 CmI Fe3CI
0～727
727
1148
铁素体 微 量 CmIII Fe3CIII
铁碳合金
以铁为基础元素，加入碳经熔 炼而成的具有金属性质的物质。 主要为碳素钢，和白口铸铁。
铁碳合金的基本组织
（1）铁素体（Ferrite ） 碳溶解在α－Fe中形成的固溶体.(F); 晶体结构：体心立方晶格； 最高存在温度912℃； 溶碳量（727℃）0.0218％c； （600℃ ）0.006％c；室温：0.0008％c 力学性能：δ＝45～50％；σb250MPa； HB＝80；
L4.3% c ⇔（A 2.11% c + Fe3C共晶） 4.3 Le
1148℃
%c
共析反应：一个固定成分的固相，在一 个恒定的温度下，同时析出两个不同成 分的固相的过程。
A0.77% c ⇔ F0.0218％c＋Fe3C共析）0.77 （ P
727℃
％c
铁碳合金中根据化学成分分类
钢和铁的分类（按含碳量分类） 含碳量＜0.0218％c为工业纯铁； 0.0218～2.11%c为钢； 2.11～6.69％c工业生铁，（白口铁）；
二、合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钢
合金钢 即在碳素钢的基础上，加入合金 元素而形成的新的材料。 所谓合金元素，即为了一定目的而有意加 入的铁、碳以外的其他元素。 根据S、 P含量合金钢也可以分为普低钢、 优质钢和高级优质钢。 根据用途也可以分为结构钢、工具钢等。 根据合金元素的含量也可分为低合金钢 （ Σ Me≤5％）、中合金钢（ Σ Me5～10 ％ ）以及高合金钢(Σ Me≥ 10％)。
4.特殊性能钢
此类钢因为使用中有特殊要求故单列一 类。 此类钢的牌号需足个记忆。 如：1Cr18Ni9Ti（不锈钢）、1Cr17、 2Cr13等。 还有其它的专业用钢如：GCr15、 16MnL、20G等。需专门记忆。
3.合金工具钢
工具钢大体可分为三类：刃具钢、量具钢及 模具钢。 刃具钢主要用来做成形刀具。 量具钢主要用来做量具。 模具钢可分为两类，即冷作模具和热锻模具。 其中，刃具钢量具钢和冷作模具钢要求高的 硬度和耐磨性故通常用高碳钢制造。 热锻模具需要一定的韧性、强度故多用中碳 钢制造。
牌号特点
合金工具钢的牌号特点分为两种情况： 含碳量大于1％的钢号中不表示含碳量。 小于1％的用一位数字表示，该数字的 千分之一的百分数代表该钢的含碳量。 合金元素仍以该元素的化学符号表示， 该符号脚号的百分之一仍代表其含量。 特殊情况例外，如高速钢。含碳量为： 0.7～0.8％，但牌号中也不给出含碳量。
2.优质合金结构钢
优质合金结构钢是在优质碳素结构钢的 基础上加入合金元素形成的。 该类钢通常用来做机械零件。 根据用途可分为渗碳钢、氮化钢、弹簧 钢、调质钢等。 含碳量一般≤0.7％c以下。 轴承钢也是结构钢但其含碳量＞1％c是 特例。
牌号特点
优质合金结构钢的钢号通常前两位数字 代表含碳量。后面的元素符号代表所加 合金元素的百分数。如： 渗碳钢 18CrNiNb
显微形貌（F）
边界较圆润的明亮的多边形颗粒。
（2）奥氏体（Austenite）
碳溶解在γ－Fe中形成的固溶体（A）。 晶体结构：面心立方晶格； 存在温度：最高1494℃，最低727℃。 溶碳量： 1148℃2.11％c；727℃0.77%c； 力学性能：HB＝160～200；塑性很好；
显微形貌（A）
间隙固溶体和置换固溶体
溶质原子带来的晶格畸变
二、金属化合物
组成合金的各组元经化合而成的具有金 属性质的新物质。（Fe3C）
三、机械混合物
组成合金的各组元既不互溶，又不形 成化合物，而是按一定的重量比机械 的混合在一起，组成的组织组成物。 （P、Le、L’e）
合金状态图
表示合金在结晶过程中，温度、 化学成分、结晶组织之间关系的 简明图解。
牌号特点
钢号的万分之一的百分数为该钢的含碳量。 如：20
20 ×100% = 0.20%c 10000
2）.中碳钢
中碳钢主要用于结构钢中要求强度较高 的构件，如轴类、铸钢件等。 通常35、45、用于轴类50、55做铸钢件 35 45 50 55 较多，其中45经常在调质后使用因此也 45 称为“调质钢”。 50、55钢也可做手动木工工具。 一般中碳钢的焊接性能较差，焊接时要 注意预热。
含Nb≤1.5％Nb 含Ni≤1.5％Ni 含Cr≤1.5％Cr 含C～0.18％c
牌号特点
优质合金结构钢合金元素符号的脚号代表该 元素的百分比含量，脚号是几代表该元素含 量为百分之几。无脚号代表该元素含量小于 等于1.5％。 如： 60Si2Mn，代表含碳量为0.60％c，含硅 量为2％Si，含锰≤1.5％Mn。（弹簧钢） 注意优质合金结构钢的含碳量通常都以两位 数字表示。
牌号特点
以“T”字代表碳素工具钢，后面的脚号 的千分之一的百分数代表该钢的含碳量。 如：T7 7 T7 = × 100% = 0.70%c 1000 T8除外，它的含碳量为0.77％c，称为 “共析钢”。
高级优质钢
高级优质钢要求S、P含量分别≤0.03％。 高级优质钢一般用制造比较重要的机件， 或在比较苛刻环境条件服役的机件。 高级优质钢可以做结构件也可以做工具。 高级优质钢可以是碳素钢也可以是合金钢。