课堂讨论3、4 材料的选择和使用机械工程系张 弓3.1 合金钢 合金钢按用途分为哪三类？各类合金钢包 括什么钢种？ 分析下列各钢号的种类及合金元素的质量 分数。 分析下列钢的种类、碳质量分数、合金元 素主要作用、热处理工艺特点、使用状态 的组织、性能特点及应用举例。 低合金钢、中合金钢、高合金钢？ Cr钢、CrNi钢、Mn钢、SiMn钢？ P钢、M钢、F钢、A钢、Le钢？ 合金结构钢、合金工具钢、合金特殊用途 钢？3.2 分析下列各钢号的种类及合 金元素的质量分数 20Cr2Ni4WA C:0.2, Cr:1.5, Ni:3.5, W:1.0, 优质，高淬透性合金渗碳 钢。 9Mn2V C:0.9, Mn:2.0, V:0.25, 低合金刃具钢，要求不高的冷 作模具。 GCr15 C:1.0, Cr:1.5, 滚珠轴承钢。 Cr12 C:2.0, Cr:12, 冷作模具钢。 0Cr18Ni9Ti C0.08, Cr:18, Ni:9.0, Ti:0.8, 奥氏体不锈钢。 W18Cr4V C:0.8, W:18, Cr:4.0, V:1.2, 高速钢。3.3 分析下列钢的种类、碳质 量分数、合金元素主要作用、 热处理工艺特点、使用状态的 组织、性能特点及应用举例。1Cr13 C0.15, Cr:13,马氏体不锈钢,提高耐蚀性，调质处理，耐蚀性好 、具有较好的机械性能，M ，汽轮机叶片。 W18Cr4V C:0.8, W:18, Cr:4.0, V:1.2, 高速钢，形成难熔碳化物提高红硬性 ，球化退火+1220-1280淬火+550-570三次回火，回火M+大量弥 散碳化物+少量残A，高速切削刃具。 3Cr2W8V C:0.35, Cr:2.0, W:8.0, V:1.2,热作模具钢，形成难熔碳化物提高红 硬性，球化退火+1130-1140淬火+600-630多次回火，回火M+大 量弥散碳化物+少量残A，大型热锻模、热压模。 16Mn（Q345） C:0.18, Mn:1.5, 提高强度和屈强比，热轧空冷态，细晶F+P，低合 金高强度结构钢。 GCr15 C:0.95-1.05, Cr:1.40-1.65,球化退火+820-840淬火+150-160回火 ，极细回火M+粒状碳化物+少量残A，滚珠轴承钢。 60Si2Mn C:0.56-0.64, Si:1.5-2.0, Mn:0.6-0.9, 弹簧钢，提高淬透性、强度 和屈强比, 870油淬火+480回火，回火T，弹簧、汽车缓冲卷簧。 20CrMnTi C:0.17-0.23, Cr:1.0-1.3, Mn:0.8-1.1, Ti:0.04-0.10, 中淬透性合金渗 碳钢，提高淬透性、阻止A长大，930渗碳+870油淬火+200回火 ，表面:合金渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M ，高速、重载、 受冲击齿轮，汽车变速箱齿轮。 40CrNiMo C:0.37-0.44, Cr:0.6-0.9, Ni:1.25-1.65, Mo:0.15-0.25, Mn:0.5-0.8, 高淬透性合金调质钢，提高淬透性，850油淬火+600回火，回火S ，发动机主轴。 15MnVN （Q420） C0.20, Mn:1.0-1.7, V:0.02-0.20, N:0.08,提高强度、屈强比、细 化晶粒，热轧空冷态，细晶F+P，低合金高强度结构钢。 20Cr C:0.17-0.23, Cr:0.7-1.0, Mn:0.5-0.8, 低淬透性合金渗碳钢，提高 淬透性，780-820淬火+200回火，表面:合金渗碳体+回火M+残A ，芯部:回火M ，齿轮、小轴、活塞销。 65Si2MnWA C:0.62-0.7, Si:1.5-2.0, Mn:0.6-0.9, W:1.0, 提高淬透性、强度和屈 强比, 870油淬火+480回火，回火T，汽车板簧和螺旋弹簧。 38CrMoAlA C:0.35-0.42, Cr:1.35-1.65, Mo:0.15-0.25, Al:0.7-1.1, Mn:0.3-0.6, 高淬透性优质合金调质钢，提高淬透性，940油淬火+640回火， 回火S，氮化零件，高压阀门、缸套等。 50CrMnV C:0.46-0.54, Cr:0.65-0.95, Mn:0.65-0.95, V:0.1-0.2, 弹簧钢，提 高淬透性、强度和屈强比、350-400度的稳定性, 850油淬火+500 回火，回火T，低于350度的耐热弹簧，如汽车阀门、气门弹簧。 GCr15 C:0.95-1.05, Cr:1.40-1.65,球化退火+820-840淬火+150-160回火 ，极细回火M+粒状碳化物+少量残A，滚珠轴承钢。 1Cr17 C0.12, Cr:16-18,铁素体不锈钢，提高耐蚀性，耐蚀性好、强度 低、塑性好，780-850空冷，F，化工设备、容器和管道、食品工 厂设备。 Cr12MoV C:1.45-1.70, Cr:11.0-12.5, Mo:0.4-0.6, V:0.15-0.30, 冷作模具钢， 提高硬度、淬透性，1020-1040油淬+150-425回火，回火M +合金 渗碳体+残A，大型、复杂形状冷作模具。 5CrMnMo C:0.5-0.6, Cr:0.6-0.9, Mn:1.2-1.6, Mo:0.15-0.30, 热作模具钢，提 高热硬性、淬透性、抗氧化、防止第二类回火脆性, 830-850油淬 +490-640回火，回火T，回火M+碳化物+残A，中型锻模。 0Cr18Ni9Ti C0.08, Cr:18, Ni:9.0, Ti:0.8, 奥氏体不锈钢，920-1150水淬固溶 处理，耐酸容器、抗磁仪器，医疗器具 。9SiCr C:0.85-0.95, Si:1.2-1.6, Cr:0.95-1.25, 低合金刃具钢，提高强度、淬透性 ，球化退火+860-886油淬+180-200回火，回火M+碳化物+残A，板牙、 丝锥、钻头等。 20Cr2Ni4 C:0.17-0.23, Cr:1.25-1.65, Ni:3.25-3.65, Mn:0.3-0.6,高淬透性合金渗碳钢 ，提高淬透性，930渗碳+780油淬火+200回火，表面:合金渗碳体+回火 M+残A，芯部:回火M ，高速、重载、受冲击齿轮，大型渗碳齿轮和轴类 件。 40MnVB C:0.37-0.44, Mn:1.1-1.4, V:0.05-0.10, B:0.0005-0.0035，低淬透性合金 调质钢，提高淬透性，850油淬+520回火，回火S，代替40CrNi作重要零 件，如主轴等。 20SiMnVB C:0.17-0.23, Si:1.0-1.3, Mn:0.8-1.1, V:0.05-0.10, B:0.0005-0.0035, 中淬 透性合金渗碳钢，提高淬透性、阻止A长大，930渗碳+870油淬火+200 回火，表面:渗碳体+回火M+残A，芯部:回火M ，高速、重载、受冲击齿 轮，汽车变速箱齿轮。 1Cr18Ni9 C0.12, Cr:18, Ni:9.0, Ti:0.8, 奥氏体不锈钢， 920-1150水淬固溶处理， 耐酸容器、抗磁仪器，医疗器具 。 60Si2Mn C:0.56-0.64, Si:1.5-2.0, Mn:0.6-0.9, 提高淬透性、强度和屈强比, 870油 淬火+480回火，回火T，弹簧、汽车缓冲卷簧。4.1 选择材料，说明理由，给出 热处理方法 汽车板簧（45、60Si2Mn、LY1） 中高碳提高强度 合金提高淬透性 Si、Mn提高屈强比 870油淬火+480中温回火 S or T 机床床身（Q235、T10A、HT150） 形状复杂 减震 润滑性能 成本考虑 灰口铸铁 受冲击载荷的齿轮（40MnB、20CrMnTi 、KT250-4） 冲击韧性高，表面耐磨 淬透性高 900-950渗碳+820-850淬火+180-200低温 回火 表面：合金渗碳体+回火M+残A 芯部：低碳回火M+少量F 桥梁构件（16Mn、40、3Cr13） 强度比较高，综合性能好 成本低 易加工 焊接性能好 热轧空冷态使用 焊接区可用正火处理 S+F 滑动轴承（GCr15、ZChSnSb11-6、耐磨铸 铁） 摩擦系数小 耐磨性能好 巴氏合金 热作模具（陶瓷材料、Cr11MoV、5CrNiMo） 高热硬性、高耐磨性：中碳 高抗氧化性：Cr 高热强度和足够的韧性：Mo、Ni 高热疲劳抗力：Mo、Ni 高淬透性和导热性：Cr、Ni、Mo 淬火+550高温回火、多次回火、600二次硬化峰 值回火 回火M+粒状碳化物+少量残A 高速切削刀具（W6Mo5Cr4V2、T8、YG15） 高硬度、高耐磨性：高碳、高Cr 高热硬性：高W、Mo、V 足够的韧性 球化退火+1220-1280淬火+550-570三次回火 回火M+大量弥散碳化物+少量残A，HRC63 YG15：WC85+Co15，粉末冶金，HRA85 凸轮轴（9SiCr、QT800-2、40Cr） 综合机械性能 表面硬度高 QT800-2：调质，P，表面淬火 40Cr：正火+表面淬火，F+S，表面M 轻载小齿轮（20CrMnTi、纤维增强酚醛树 脂复合材料、尼龙66） 轻载：强度要求低 易加工 低成本 发动机气门（40Cr、4Cr9Si2、Si3N4） 高温强度：Cr 抗氧化：Cr 受冲击 1020-1040油淬火+700-780高温回火+油冷 回火S4.2 汽车半轴 工作应力大、受冲击 强度：s600MPa 疲劳强度：-1300MPa 硬度：HRC30-35 冲击吸收功：Ak47-55J钢号主要化学成分 wt% 热处理 机械性能（）CMnSiCrMo淬 火 回 火 b MP as MP a5 %AkU2 /J450.42 0.500.5 0.80.17 0.37830 840 水580 640 空600355163940Cr0.37 0.440.5 0.80.17 0.370.80 1.100.07 0.12850 油520 水 油980785947低淬透性调质钢45、40Cr（GB/T30771999）4545钢：主轴、曲轴、齿轮、柱塞等。钢：主轴、曲轴、齿轮、柱塞等。 40Cr40Cr钢：重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进气阀和重要齿轮等。钢：重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进气阀和重要齿轮等。4.3 汽车后桥被动圆柱斜齿 轮 表面耐磨：HRC58-62； 中心硬度HRC35-40 冲击吸收功： Ak 55J 强度：s600MPa主要化学成分 wt% 热处理 机械性能（ ） C Mn Si Cr Ti 渗 碳 预 备 处 理 淬 火 回 火 b MP a s M Pa % AkU2 /J 0.17 0.23 0.80 1.10 0.17 0.37 1.00 1.30 0.04 0.10 930 880 油 870 油 200 108 0 85 0 10 55 中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢20CrMnTi20CrMnTi(GB/T3077-1999) (GB/T3077-1999) 20CrMnTi20CrMnTi钢：汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，重载齿轮钢：汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，重载齿