合金钢教案.docx
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合金钢教案
模块五合金钢
一、知识回顾
上节课对第四章进行了测验，通过测验，同学们对一
些知识点还没有很好掌握，在后期学习中会进行复习。
二、课前引入
碳素钢的性能一般，为了提高金属的综合性能，会加入一些合金元素，本章将开始学习合金钢的知识。
三、讲授新课
（一）、合金钢的分类
合金钢中合金元素规定质量分数界限值总量是WMe
>5.43%，并且合金钢是按其主要质量等级和主要性能或使用特性分类的。
a．合金钢按主要质量等级分类
按主要质量等级分类，合金钢可分为:
优质合金钢和特殊质量合金钢两类。
b.合金钢按主要性能及使用特性分类按主要性能及使用特性分类，合金钢可分为工程结构用合金钢；机械结构用合金钢；不锈、耐蚀和耐热钢；工具钢；轴承钢；特殊物理性能钢等。
合金钢的牌号
合金结构钢的牌号
合金结构钢的牌号编写方法是采用“二位数字+合
金元素符号+数字”。
前面的“二位数字”表示合金结构钢的平均碳的质量分数的万分只之几；后面的“数字”表示所含合金元素的平均质量分数的百分之几。
例如，60Si2Mn表示W（C）=0.60%、W（Si）=2%、W（Mn）v1.5%的合金结构钢。
如果合金结构钢为高级优质钢，则在钢的牌号后面加“A”，
如60Si2MnA;如果为特级优质钢，则在钢的牌号后面加“E”。
合金工具钢的牌号
当合金工具钢中W（C）v1.0%时，牌号前的“数字”以千分之几（一位数）表示；当合金工具钢中W（C）>1%
时，牌号前不标出碳的质量分数的数字。
例如，9Mn2V表示W（C）=0.9%，W（Mn）=2%、W（V）v1.5%的合金工具钢；CrWMn表示钢中W（C）>1.0%、W（Cr）v1.5%、W（W）v1.5%、W（Mn）v1.5%的合金工具钢；高速钢的W（C）=0.7〜1.5%,但在高速钢的牌号中不标出碳的质量分数值，如W18Cr4V钢。
（二）、常见合金结构钢
1、低合金结构钢成分：
低碳，由于韧性、焊接性和耐蚀性高，其碳
含量不超过0.20%。
加入以Mn为主的合金元素。
及Ni、Ti或V等辅加元素，有利于细化晶粒，提高钢的强度和韧性。
性能要求：
塑性、韧性、耐蚀性和焊接性均比同含碳素的碳钢高。
常用低合金结构钢牌号：
Q295Q345Q390Q4202、合金渗碳钢
成分：
低碳，碳含量一般为0.10%〜0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。
加入Cr、Ni、MnB等提高淬透性的合金元素。
加入Ti、V、W、Mo等阻碍奥氏体晶粒长大的元素。
性能要求：
外硬内韧，表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，心部具有高的韧性和足够高的强度。
心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。
热处理：
渗碳+淬火+低温回火
常用合金渗碳钢牌号：
20Cr20CrMnTi
3、合金调质钢
成分：
中碳，碳含量一般在0.25%〜0.50%之间，
以0.4%居多；加入Cr、Mn、Ni、Si等提高淬透性：
加入Mo、V、W、Ti等阻止晶粒长大和提高钢的回火稳定性。
如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多；
性能要求：
调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。
合金调质钢还要求有很好的淬透性。
常用合金调质钢牌号：
40Cr
4、合金弹簧钢
成分：
碳含量一般在0.45%〜0.70%之间，加入Si、
Mn提高淬透性，同时提高钢的弹性极限，其中Si的作
用最为突出。
但是硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳，锰元素含量过高易使钢产生过热。
因此，重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等，它们不仅使钢材具有更高的淬透性，不易过热，而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
用途：
各式弹簧常用合金弹簧钢牌号：
65Mn60SiMn50CrVA四、课堂总结
1、回火方法及应用；2、固溶处理与时效方法；
五、布置作业
练习册P37：
课题五；
六、课堂后记
一、新课引入
复习：
常用的机械零件用钢有哪些？
二、讲授新课
（一）工具钢牌号的表示方法
碳素工具钢采用规定的符号和阿拉伯数字表示。
阿拉伯数字表示平均含碳量的以千分之几。
例如：
平均含碳量为0.90％的碳素工具钢，其牌号表示为T9。
合金工具钢表示方法与合金结构钢相同。
但一般不
标明含碳量数字，若平均含碳量v1.00%，用一位阿拉
伯数字表示含碳量的千分之几。
例如：
平均含碳量为1.60％，含铬量为11.75％，含钼量为0.50％，含钒量为0.22％的合金工具钢，其牌号表示为Cr12MoV。
高速工具钢无论含碳量是多少均不标出。
平均含碳
量为0.85％，含钨量为6.00％，含钼量为5.00％，含铬量为4.00％，含钒量为2.00％的高速工具钢，其牌号表示为W6Mo5Cr4V2。
塑料模具钢在牌号头部加符号SM”,牌号表示方法
与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。
（二）工具钢成分特点和热处理特点
1.成分特点
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（V5%）形成的，其含碳量为0.75%〜1.5%,
以保证钢的高硬度和耐磨性。
高速钢的含碳量较高，一般为0.70%〜1.50%,以保证获
得高碳马氏体和形成足够的合金碳化物，提高钢的硬
度、耐磨性和热硬性。
冷作模具钢的含碳量高，多在1%以上，有时达2.0%,以保证高硬度和高耐磨性。
热作模具钢为中碳钢，含碳量一般为0.3%〜0.6%,
以保证高强度、高韧性、较高的硬度（35〜52HRC和
热疲劳抗力。
量具钢的成分与低合金刃具钢相同，为高碳（0.75%〜1.5%），并加入提高淬透性的元素，如Cr、WMn等。
2.热处理特点:
低合金工具钢的加工过程;
球化退火
淬火和低讯回火
回火温度为佃o〜
20代口
淬火温度应根据工件形状、尺寸及性能要求严格控制.一般都要预热.
热处理后的组织为回火马氏体、湊碳体和少量残余奥氏体口
为便W、Mo,V、匚「筹的难略碳化物尽可能莠地溶入吳氏体中，以提高热硬性，常来用油冷单介质淬火或盐浴中分
在较低溟燮（950-1000^;下淬火*然后低温（150-180r）回火+可使钢的硬庫达,—次换化法^161-64HRC,且具有较好的帀暫性却韧
*丫性・适用于重载模具;?
厂在较意温更（"00=11509）下淬火，燃后、
<于510-520C多次回火（一股为三次）,产
二次硬化法生二灰硬化，使股燮达60-62HRC・热硬性
厂I和耐磨性较高.直韧性较差，适弓于在400〜
（4509下工作的模具’丿
「与调质宓相似，淬火后高温（550U左右）回火，组织为均匀的回火聿氏体（或回火屈
（氏体）-
淬火后在略高于二次硬化峰值温度（600X：
）下回火，组织为回火马氏休、粒状碳化物和少量残余奥氏体.需进行零次回
三、课堂总结
1、工具用钢的类别
2、成分特点和热处理特点
四、课堂练习
常见的工具用钢有哪些？
五、作业布置
练习册P40:
课题二；
六、课堂后记
一、新课引入
复习：
1.工程结构钢有哪些基本要求？
2.工程结构钢和机械制造结构钢的含义？
二、讲授新课
特殊性能钢是指具有特殊物理或化学性能的钢。
其常用来制造要求具有一定的力学性能和特殊性能的构件或零件。
特殊性能钢种类很多，在机械制造中主要有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
（一）、不锈钢不锈钢是指一些在空气、水、盐水、酸、碱等腐蚀性介质中具有高的化学稳定性的钢。
有时把仅能抵抗大气、水等介质腐蚀的钢叫作不锈钢，而把在酸、碱等介质中具有抗腐蚀能力的钢称为耐酸钢，但习惯上都称为不锈钢。
一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢却往往具有较好的不锈性能。
不锈钢的成分特点：
Cr是决定不锈钢耐蚀性的主要元素。
在氧化性介质中，Cr能使钢表面生成钝化膜，能提高基体电极电位，Cr还是缩小丫相区的元素，当Cr的含量超过
12.7%时，铁铬合金为单一的铁素体组织。
常用不锈钢
根据钢的正火组织不同，通常将不锈钢分为马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢三种。
（二）、耐热钢
近几十年来，由于燃气轮机、航空航天技术及其他高温高压技术的发展，对有关机械零部件的要求越来越高。
如火电厂的燃气锅炉、蒸汽涡轮，航空、航天、舰船、石油和化工等工业部门的高温工作部件，它们都在高温下承受各种载荷，并与高温蒸汽、空气或燃气接触，所以这些零部件的技术要求都比较高。
通常把在高温条件下工作的钢称为耐热钢。
耐热钢应具有两方面的基本性能:
一是有良好的高温强度和塑性;二是有足够高的化学稳定性。
根据不同的服役条件，常常将耐热钢分为抗氧化钢及热强钢两大类
（三）、耐磨钢
磨损是机械零件主要的失效形式之一。
不同的工况磨损机理也不同，影响因素有很多，过程也十分复杂。
耐磨钢目前还没有系统的技术标准，也没有独立的钢号。
制造耐磨零件所选用的钢比较广泛，一部分结构钢、工具钢及合金铸铁常用来制造各种耐磨零件。
这里主要介绍高锰铸钢。
三、课堂总结
1、特殊性能钢的含义
2、特殊性能钢的类别及应用
四、课堂练习特殊性能钢有哪些类别？
不锈钢的主要成分是什么？
耐热钢和高锰钢主要应用在哪些方面？
五、作业布置
练习册P43:
课题三；
六、课堂后记
Wc<0.25%
0.25%Wc3^0.6%
1■按化学成分分类
八低碳钢
11）碳素钢Y中碳钢
—高碳钢
一、新课引入
本章的主要内容有哪些？
本节课将对本章知识点
4.按冶炼时脫氧程度分类
（1）沸腾钢
（2）镇静钢（3）半镇静钢（4）特殊镇静钢
二、钢的牌号
1.碳素结构钢
由屈服点“屈'字汉语拼音字首⑪I屈服点数值、质量等级符号和脱氧符号组成.
2优质碳素结构钢由两位数字表示。
3.碳素工具钢
由锻”字汉语拼音字首T加数字组成。
4.铸造碳钢
由“铸二“钢"两字汉语拼音字首它孑加两组数字组成a
5•低合金高强度结构钢
与碳素结构钢的牌号表示方法相同，
L合金结构钢
由两位数字、元素符号和数字组成口
7,滚动轴承钢
用“滚”字汉语拼音字首G、元素符号O和数字表示.
8,合金工具钢
由一位数字、元素符号和数字组成口
9,不锈钢、耐热钢和耐磨钢
不锈钢和耐热钢的牌号与合金工具钢基本相同，当碳的平均质量分数W0.03%及（103%时，在牌号前分别加©及P0寫
耐磨钢由峙寿钢”二字的汉语拼音字首Z（k锚的元素符号猛的平均质量分数的百分之几加顺序号组成，
三、课堂练习
（1）合金元素在钢中以什么形式存在？
对钢的性能有
哪些影响？
（2）合金元素对钢回火转变有哪些影响？
有什么好处？
（3）说明下列牌号属何类钢？
其数字和符号各表示什
么？
20Cr9SiCr60Si2MnGCr151Cr13
Cr12
四、课堂小结
本章主要介绍了合金元素在钢中的作用,碳钢及低
合金钢与合金钢的分类、性能和应用等内容。
在学习之后：
第一，要准确认识合金钢与非合金钢的关系和区别，合金元素在钢中的作用；第二，要特别理解合金钢的分类、性能、热处理方法和应用之间的一般关系，而且还要积累典型材料、零件、热处理方法和应用之间的感性知识。
采取这种方式学习，可以做到由繁到简，由难到易，由书本知识到实践经验的转化，达到提纲挈领、触类旁通的效果，并能提高学习效率。
五、布置作业完成所有模块五练习册内容。
六、课堂后记
一、新课引入与同学们一起回顾本章的主要内容。
二、新课内容
测验：
填空题
1.常用的提高淬透性的合金元素有（）、（）、（）、（）和B等。
2.北京奥运会鸟巢体育馆所用的材料牌号为（）。
3.40Cr表示平均含碳量为（）的（）。
4.合金工具钢按使用性质和主要用途分为（）、（）和（）。
5.常用的合金刃具钢有（）和（）。
6.常用的特殊性能钢包括（）、（）和（）等。
7.常用的不锈钢有（）不锈钢和（）不锈钢两种。
8.不锈钢中的基本合金元素是（），其含量一般在（）以上。
9.合金钢按主要质量等级可分为（）合金钢和
）合金钢
10.钢的耐热性包括（）性和（）性两个方面。
单选题
1.GCr15钢的平均含铬量为（）%
A、0.15B、1.5C、15
2.38CrMoAl钢是属于合金（）。
A、调质钢B、渗碳钢C、弹簧钢
3.“合金钢”是按（）分类的。
（A）化学成份（B）含碳量（C）氧化（D）脱
氧
4．合金渗碳钢渗碳后必须进行（）后才能使用。
A．淬火加低温回火；B．淬火加中温回火；C．淬火加高温回火。
5．将括弧内合金钢牌号归类。
耐磨钢：
（）；合金弹簧钢：
（）；合金模具钢：
（）；不锈钢：
（）。
A．60Si2MnA；B．ZGMn13-2；C．Cr12MoV；D．12Cr13。
6．为下列零件正确选材：
机床主轴（）；汽车与拖
拉机的变速齿轮（）；减振板弹簧（）；滚动轴承
（）；贮酸槽（）；坦克履带（）。
A．12Cr18Ni9；B．GCr15；C．40Cr；D．20CrMnTi；E．60Si2MnA；F．ZGMn13-3。
7．为下列工具正确选材：
高精度丝锥（）；热锻模
（）；冷冲模（）；医用手术刀片（）；麻花钻
头（）。
A．Cr12MoV；B．CrWMn；C．68Cr17；D．W18Cr4V；
E．5CrNiMo。
判断题1．合金渗碳钢都是低碳钢。
（）2．不锈钢中的含碳量越高，其耐蚀性越好。
（）
3．一般合金钢都有较好的耐回火性。
（）
4．大部分低合金钢和合金钢的淬透性比非合金钢好。
（）
5．3Cr2W8V钢一般用来制造冷作模具。
（）
6．GCr15钢是高碳铬轴承钢，其铬的质量分数是15%。
（）
7.Cr12MoVA钢是不锈钢。
（）
8．40Cr钢是最常用的合金调质钢。
（）
简答题
1.回答下列问题:
（1）工程结构钢有哪些基本要求?
答：
工程结构钢大多用于制造工程结构件，根据工程结构件的服役条件，其主要性能要求为足够的强度和良好的焊接性能、成形工艺性及一定的耐蚀性。
（2）常用碳素结构钢和低合金高强度钢有哪些牌号?
各
有何性能特点及应用?
Q195、Q215、
答：
碳素结构钢一般是含碳量低于0.25%的低碳结构钢，常用碳素结构钢按屈服强度可分为
Q235和Q275四个牌号。
它含有害元素及非金属夹杂物较多，但由于冶炼容易、工艺性能好、价格低廉，而且力学性能也能满足一般使用要求，因此，常用于制造普通的工程结构件及普通零件。
低合金高强度结构钢是指在碳素结构钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素（低于3%），使钢的强度明显高于碳素结构钢的一类工程结构用钢。
常用低合金高强度结构钢有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等牌号。
低合金高强度结构钢具有高的强度和良好的塑性、良好的焊接性能、良好的低温韧性、良好的耐蚀性。
主要用于各类工程结构中承载大、自重轻、高强度的工程结构件。
（3）提高钢耐蚀性的方法有哪些?
常用不锈钢有哪些种类?
各有何特点?
答：
提高钢耐蚀性的方法有提高基体的电极电位，加入使钢能在表面形成钝化膜的合金元素，使钢在常温时以单相状态存在，以免形成微电池，提高耐蚀性。
减少或消除钢中的各种不均匀现象、表面覆盖等均能防止或减轻金属的腐蚀。
常用不锈钢有马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢。
马氏体不锈钢的特点是耐蚀性较差，但它的力学性能却可通过热处理进行强化，而且价格低廉。
因此在腐蚀性较弱的介质中，如大气、水蒸气、淡水、海水等，且又要求高的力学性能的条件下得到了广泛应用。
奥氏体不锈钢的特点是有很好的耐蚀性，具有高的塑性、良好的焊接性、韧性和低温韧性。
但是奥氏体不锈钢由于含大量的Cr、Ni等合金元素，价格比较贵，另外，奥氏体组织易产生加工硬化，使切削加工比较困难。
铁素体不锈钢的特点是力学性能和工艺性能比较差，脆性大，韧脆转变稳定在室温左右，所以多用于制造受力不大的有耐酸和抗氧化要求的结构部件。
铁素体不锈钢在加热和冷却过程中基本上无同素异构转变，多在退火软化态下使用。
另外，铁素体不锈钢在加热与冷却过程中不发生相变，因而一旦晶粒长大，无法用热处理加以细化，只能用塑性变形及再结晶来改善。
（4）说明下列钢材牌号属何类钢?
其数字和符号各表示
什么?
①Q460B②Q355NHC③20Cr④GCr15SiMn⑤9CrSi⑥Cr12⑦10Cr17⑧W6Mo5Cr4V2
答：
①Q460B表示屈服点（Ts>460MPa，质量为B级的低合金高强度结构钢；②Q355NHC表示屈服点（Ts>355MPa，质量为C级的焊接结构耐候钢；③20Cr钢表示合金渗碳钢，W（C）=0.2%，W（Cr）=1%；④
GCr15SiMn表示高碳铬轴承钢，W（C）=0.95%〜1.10%,W（Cr）=1.5%,W（Si）=1%,W（Mn）=1%:
⑤9CrSi钢表示合金工具钢，W（C）=0.9%，W（Cr）=1%，W
（Si）=1%;@Cr12钢属于冷作模具钢，W（C）>1%,W（Cr）=12%;⑦10Cr17钢属于不锈钢，W（C）=0.12%,W（Cr）=17%:
⑧W6Mo5Cr4V2表示高速钢，W（C）=0.8%〜0.9%，W（Mo）=5%，W（Cr）=4%，W（V）=2%。
三、课堂总结本章主要通过测验来巩固学生对本章知识点理解，包括：
合金钢的类别，牌号，性能，用途及热处理工艺，同时为以后的工作打下扎实的基础。
四、作业布置完成模块五所有作业。
五、课堂后记
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