当前课程知识点：工程材料 > 第3章金属材料 > 3.2合金钢 > 合金钢（2）
下面我们学习第二部分
合金结构钢
用于制造重要工程结构
和机械零件的合金钢
称为合金结构钢
它包括以下六个大的类型
即低合金高强度结构钢
合金渗碳钢 合金调质钢
非调质机械结构钢
合金弹簧钢 滚动轴承钢
我们先学习第一大类
低合金高强度结构钢
又简称为低合金高强钢
我们分五个部分予以学习
一 用途 主要用于制造桥梁 船舶
车辆 锅炉 高压容器
输油输气管道 大型钢结构件等等
那它的性能要求是什么呢
我们看 一是高的强度
屈服强度要在300兆帕以上
二 高韧性 断后伸长率
为15%至20%
室温冲击韧度大于600至800
每平方米千焦
大型的焊接结构件
还要求较高的断裂韧性
三 有良好的焊接性能
和冷成形性能
四 低的冷脆转变温度
五 良好的耐蚀性能
对于这样一些性能要求
那么它在成分上必然有其特点
所以我们介绍第三部分
成分特点
第一 低碳 韧性 焊接性
和冷脆性要求较高的钢
其碳的质量分数不能超过0.20%
二 锰 它是主要的合金元素
它固溶强化铁素体
细化珠光体
增加珠光体的含量
提高钢的强度
此外还有铌 钛 钒
它形成细小的碳化物
或碳氮化合物
获得细小的铁素体晶粒
提高钢的强度和韧性
还有加入少量的铜和磷
来提高它的抗腐蚀性能
还可以加入少量的稀土元素
来进行脱气 去气使钢材净化
改善韧性和工艺性能
在其成分特点中主要要关注的是
低碳和含有锰作为合金元素
四 常用的低合金高强度结构钢
我们先看第一种
Q345 它传统的牌号为16Mn
新的牌号将这一类钢
和前面我们所介绍的碳素钢中的
碳素结构钢用同样的方法
进行表示 即用Q表示其屈服强度
它的使用状态的组织为
细晶体的铁素体加上索氏体
它的强度比普通的碳素结构钢
Q235高约20%至30%
而耐大气腐蚀性能
提高了20%至38%
我们再看另外一类 Q420
它的老牌号为15MnVN
它强度较高 韧性焊接性能
和低温韧性也较好
可以用于制造桥梁 锅炉 船舶
等大型结构件
强度级别高于500兆帕后
铁素体和珠光体组织
难以满足要求
这样发展出了低碳贝氏体钢
通过加入铬 锰 钼 硼等元素
有利于在空冷条件下
获得贝氏体组织
使强度更高 韧性 焊接性能
也更好
多用于制造高压锅炉
高压容器等
五 热处理特点
这类钢材通常在热轧
空冷状态下使用
不需要进行专门的热处理
使用状态的显微组织为
铁素体加索氏体
好 下面我们举些例子来说明
低合金高强度结构钢的
工程应用
我们先看实例一
低合金高强度结构钢
可以用于制造桥梁
在我们国家第一座长江大桥
为武汉长江大桥
它使用的钢材为
普通碳素结构钢 Q235
它的跨距为128米
我们再看看第二座长江大桥
是我国自行设计和建造的
南京长江大桥
它使用的钢材为合金结构钢
Q345
它的跨距为160米
我们再看看90年代
制造建成通车的九江大桥
它采用的钢种为合金结构钢
Q420 即15MnVN
它的最大的孔的跨距
达到了216米
我们再看第二个例子
北京的奥运会主场馆
国家体育场鸟巢
它的结构用钢
它采用的钢材为Q460EZ35
屈服强度大于等于460兆帕
质量等级为E级
即磷小于0.025%
硫小于0.020%
在负40度时的
冲击吸收能量为大于34J
它的强韧性非常高
可防八级地震
为我国自主开发的新的钢材
下面我们学习第二类
合金结构钢 合金渗碳钢
我们同样分五个部分进行介绍
一 用途 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
这些零件在工程中
遭受强烈的摩擦磨损
同时又承受着较大的
交变载荷 特别是冲击载荷
我们看这是一个凸轮机构
它的运作
二 性能要求
第一 是要求表面具有
高的硬度和高的耐磨性能
同时要求有适当的塑性和韧性
二 心部具有高的韧性
和足够高的强度
以保证在冲击载荷
或过载条件下
不易发生断裂
第三 有良好的热处理工艺性能
也就是说在高温下
进行渗碳的时候
奥氏体晶粒不易长大
并具有良好的淬透性
三 成分特点
一 低碳 由于零件心部
要求有足够的塑性和韧性
因此碳的质量分数
一般为1.0%至0.25%
二 加入提高淬透性的合金元素
要加入铬 镍 锰 硼等
三 加入阻碍奥氏体晶粒
长大的元素
加入少量强碳化物形成元素
如钛 钒 钨 钼等
形成稳定的合金碳化物
阻碍奥氏体晶粒的长大
四 钢种及牌号
我们先看第一类
如20Cr
它属于低淬透性合金渗碳钢
淬透性较低 心部强度较低
第二类 20CrMnTi
属于中淬透性合金渗碳钢
它的淬透性较高
由于含有钛
过热敏感性较小
渗碳过渡层比较均匀
具有良好的力学性能
和工艺性能
第三类 如18Cr2Ni4WA
20Cr2Ni4A
属于高淬透性合金渗碳钢
含有较多的铬和镍等元素
淬透性很高 具有很高的韧性
和低温冲击韧性
五 热处理和组织与性能
渗碳后一般进行预冷淬火
然后再加低温回火
它的表面组织为合金渗碳体
加回火马氏体
是高碳的马氏体
然后加少量的残余奥氏体
硬度为60至62HRC
它的心部组织为
以下几种情况
当完全淬透时
为回火马氏体
但是是低碳的马氏体
硬度为40至48HRC
当未淬透时组织为回火马氏体
加屈氏体加少量铁素体
硬度为25至40HRC
心部冲击韧度一般高于
每平方米700千焦
下面我们举例说明
合金渗碳钢的工程应用
实例一 用20Cr来制造活塞销
在机加工后在930度进行渗碳
预冷至880度油淬
然后在200度进行低温回火
它的屈服强度大于540兆帕
表面硬度达到60HRC
我们再看实例二
用20CrMn钢
制造蜗杆
棒料锻造后进行正火
然后机加工
然后在930度渗碳
预冷至850度油淬
然后在200度进行低温回火
它的屈服强度大于736兆帕
表面硬度达到62至65HRC
蜗杆的整体强韧性好 表面耐磨
-0.1中华民族对材料发展的重大贡献
-0.2材料的结合键
-0.3工程材料的分类
-习题--作业
-1.1金属材料的结构与组织
-第1章材料的结构与性能特点--1.1金属材料的结构与组织
-1.2金属材料的性能特点
-第1章材料的结构与性能特点--1.2金属材料的性能特点
-2.1纯金属的结晶
-2.1纯金属的结晶--作业
-2.2合金的结晶1
-2.2合金的结晶1--作业
-2.2合金的结晶2
-2.2合金的结晶2--作业
-2.3金属的塑性加工
-2.3金属的塑性加工--作业
-2.4钢的热处理
--钢的热处理（1）
--钢的热处理（2）
--钢的热处理（3）
--钢的热处理（4）
--钢的热处理（5）
--钢的热处理（6）
--钢的热处理（7）
-第2章金属材料组织和性能的控制--2.4钢的热处理
-2.5钢的合金化
--钢的合金化（1）
--钢的合金化（2）
--钢的合金化（3）
--钢的合金化（4）
-2.5钢的合金化--作业
-2.6表面技术
--表面技术（1）
--表面技术（2）
--表面技术（3）
--表面技术（4）
-2.6表面技术--作业
-3.1碳钢
--碳钢
-3.1碳钢--作业
-3.2合金钢
--合金钢（1）
--合金钢（2）
--合金钢（3）
--合金钢（4）
--合金钢（5）
--合金钢（6）
--合金钢（7）
-第3章金属材料--3.2合金钢
-3.3铸钢与铸铁
--铸钢与铸铁（1）
--铸钢与铸铁（2）
--铸钢与铸铁（3）
-第3章金属材料--3.3铸钢与铸铁
-3.4有色金属及其合金
-第3章金属材料--3.4有色金属及其合金
-4.1工程塑料
--工程塑料（1）
--工程塑料（2）
-4.2合成纤维
--合成纤维
-4.3合成橡胶
--合成橡胶
-习题--作业
-5.1普通陶瓷
--普通陶瓷（1）
--普通陶瓷（2）
-5.2特种陶瓷
--特种陶瓷
-习题--作业
-6.1复合材料的复合原则
-6.2复合材料的性能特点
-6.3非金属基复合材料
--非金属基复合材料
-6.4金属基复合材料
--金属基复合材料
-第6章复合材料--习题
-7.1电功能与磁功能材料
-7.2热功能与光功能材料
-7.3纳米材料
--纳米材料
-第7章功能材料及新材料--习题
-8.1机械零件的失效
-8.2机械零件失效分析
--机械零件失效分析
-8.3机械零件选材原则
--机械零件选材原则
-第8章零件失效分析与选材原则--习题
-9.1齿轮选材
--齿轮选材
-9.2轴类零件选材
--轴类零件选材
-9.3弹簧选材
--弹簧选材
-9.4刃具选材
--刃具选材
-第9章典型工件的选材及工艺路线设计--习题
-10.1汽车用材
--汽车用材
-10.2热能设备用材
--热能设备用材
-10.3航空航天器用材
-第10章工程材料的应用--习题
-全课总结
--全课总结
-期末考试--试卷
