§5－1 合金元素在钢中的主要作用教学过程一、复习提问：碳素钢的性能特点二、新课教学：合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性）三、课后小结：合金钢与碳素钢的区别四、作业安排：练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6五、板书设计（见下页）：六、教学后记：§5－1 合金元素在钢中的主要作用1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。

2、含碳量：＜%。

3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。

4、合金元素的影响：可以得到所需的力学性能，用于重要零件；特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能；特殊工艺性能（焊接、热处理）；使C曲线右移，淬透性提高。

一、强化铁素体（除铅外）：1、存在形式：大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。

2、作用：3、对韧性的影响：Si＜%、Mn＜%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。

Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。

二、形成合金碳化物：1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。

（2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。

（3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。

（4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。

2、作用：碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。

如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。

三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用：Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。

其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。

2、结果：细化晶粒，使强度↑、韧性↑。

使晶粒细化。

四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用：合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。

2、结果：淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。

在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。

3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。

4、特例：微量的B （%～%）可明显提高淬透性。

五、提高钢的稳定性：1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。

2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。

§5－2 合金钢的分类和牌号教学过程一、复习提问：合金元素在钢中的主要作用二、新课教学：合金钢的分类合金钢的牌号三、课后小结：牌号识读四、作业安排：练习册P23，一、3；二、3、5；五、板书设计（见下页）：六、教学后记：§5－2 合金钢的分类和牌号一、合金钢的分类：1、按用途分：合金结构钢：低合金高强度结构钢低合金结构钢：低合金耐候钢合金渗碳钢：低合金专业用钢合金调质钢：合金弹簧钢：热成形弹簧钢、冷成形弹簧钢。

滚动轴承钢：合金工具钢：刀具、模具、量具。

合金刀具钢：低合金刀具钢、高速钢合金模具钢：冷作模具钢、热作模具钢合金量具钢特殊性能钢：不锈钢：铬不锈钢、镍不锈钢、铬锰不锈钢耐热钢：抗氧化钢、热强钢耐磨钢2、按合金元素总含量分类：低合金钢：合金元素总量＜5%中合金钢：合金元素总量5%～10%高合金钢：合金元素总量＞10%3、按质量分类（S、P含量）：优质钢：S、P≤%高级优质钢: S、P≤%特级优质钢: S≤%，P≤%二、合金钢牌号：1、合金结构钢：原则：两位数字（含碳量）+主要合金元素符号+数字（合金含量）优质“A”，特级“E”两位数字表示平含碳量的万分数。

合金元素＜%，不标；合金元素～%时，标2；合金元素～%时，标3；依此类推。

举例：40Cr-合金调质钢，平均含碳量为%，主要合金元素为Cr，含量＜%。

16Mn-低合金结构钢，平均含碳量为%，主要合金元素为Mn，含量＜%。

（区别15Mn：较高含锰量碳素结构钢，含碳量为%～1%，Mn前数字为5的倍数，无其他合金元素符号）。

60Si2Mn-合金弹簧钢，平均含碳量为%，主要合金元素Si含量～%，Mn含量＜%。

20Cr2Ni4A-合金渗碳钢，平均含碳量为%，主要合金元素Cr 含量～%，Ni含量～%，优质钢。

2、合金工具钢：原则：一位数字（含碳量）+主要合金元素符号+数字（合金含量）优质“A”，特级“E”一位数字表示平含碳量的千分之几，C≥1%则不标数字。

合金元素＜%，不标；合金元素～%时，标2；合金元素～%时，标3；依此类推。

举例：9Mn2V-合金刀具钢，平均含碳量为%，～%，V＜%。

Cr12MoV-冷模具钢，平均含碳量≥1%，Cr12%，Mo、V＜%。

3、高速钢：C＜%，但不标注。

W18Cr4V：高速钢，～%,W18%，Cr4%，V＜%。

W6Mo5Cr4V2：高速钢，～%，W6%，Mo5%，Cr4%，V2%。

4、特殊性能钢：原则：与工具钢相同。

一位数字（含碳量）+主要合金元素符号+数字（合金含量）优质“A”，特级“E”一位数字表示平含碳量的千分之几，C≥1%则不标数字。

%＜C＜%，用“0”，C≤%，用“00”表示。

合金元素＜%，不标；合金元素～%时，标2；合金元素～%时，标3；依此类推。

举例：2Cr13：不锈钢，平均含碳量%，Cr13%0Cr19Ni9：不锈钢，%＜C＜%，Cr19%，Ni9%。

1Cr18Ni9：不锈钢，C=%，Cr18%，Ni9%。

5、特殊专用钢一些特殊专用钢为表示其用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标注也和上述有所不同。

(1)滚动轴承钢前面标“G”，如GCr15。

这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量的千分数，其他元素仍用百分数表示，如GCrl5SiMn表示含铬量为％，硅、锰含量均小于％的滚动轴承钢。

(2)易切钢也是在牌号前冠以拼音字母“Y”，如Y15表示含碳量为％的易切钢。

原则：G+主要合金元素符号+数字（合金含量）含碳量一般≥1%，不标注。

G在首位，表示滚动轴承钢，铬后数字为含铬量的千分之几。

举例：GCr15：轴承钢，C≥1%，%。

GCr15SiMn:轴承钢，C≥1%，%，Si、Mn＜%6、高级优质合金钢在牌号的最后标上“A”。

如38CrMoAlA表示含碳量为％高级优质合金结构钢。

§5－3 合金结构钢教学过程一、复习提问：合金钢的分类、牌号二、新课教学：低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调制钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢三、课后小结：合金结构钢性能对比四、作业安排：练习册P23，一、4－８；二、６、７、１4；三、１－５、１０、四、1-5五、板书设计（见下页）：六、教学后记：§5－3 合金结构钢合金结构钢—用于各类工程结构件和制造各种机器零件的钢。

按用途分类：1、低合金结构钢：用于工程结构，如桥梁、船舶、建筑。

低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金专业用钢2、机械制造用钢：用于机械零件，通常是优质或高级优质合金结构钢，按用途和热处理分类：合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢(工具钢)一、低合金结构钢：1、化学成份：含碳量低（%～%）,合金总量＜3%，少量Mn为主加元素，辅加Cu、Ti、V、Si、Nb。

2、热处理状态：一般热轧退火或正火状态下使用。

3、性能特点：强度高，塑性好，焊接性好，冷变形性好，耐腐蚀。

（一）低合金高强度结构钢：1、主加合金元素：Mn、Si、V、Nb、Ti。

2、合金元素作用：Mn、Si强化铁素体，提高强度，V、Nb、Ti细化晶粒，提高韧性。

3力学性能：比碳素钢强度高，良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。

4、用途：桥梁、船舶、锅炉、压力容器、起重机械。

5、牌号：6、例：Q295，表示σs为约295MPa，优良的韧性和塑性。

（二）低合金耐候钢(焊接结构用耐候钢、高耐候结构钢)：1、主加合金元素：Cu、P、Cr、Ni、Mo、Ti、V。

2、合金元素作用：Cu、P、Cr在金属表面形成保护层，提高钢材耐腐蚀性，V、Ni、Ti细化晶粒，提高韧性。

3力学性能：焊接结构耐候钢焊接性能良好,用于桥梁、建筑要求耐候结构件。

高耐候结构钢耐候性好，适用车辆、建筑、塔架等耐候件。

4、牌号：09CuPCrNi-A，含碳量＜%。

（三）低合金专业钢：1、来源：在低合金高强度结构钢的基础上，调整化学成分，用于专门用途。

2、用途：低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、汽车用低合金钢等。

二、合金渗碳钢（20CrMnTi）：1、化学成分：C=～%，保证心部足够的塑性和韧性；加入Cr、Ni、Mn、Si、B提高淬透性，Ti、V细化晶粒。

2、热处理：渗碳+淬火+低温回火（外硬内韧）。

3、用途：截面径向尺寸小于30mm高强度渗碳零件，齿轮、凸轮、活塞销。

4、常用牌号、力学性能：用来制造既要有优良的耐磨性和耐疲劳性、又能承受冲击载荷作用的零件，三、合金调质钢（40Cr）：1、化学成分：C=～%，高强度+良好塑性、韧性，中碳合金钢（C↑韧性差，C↓硬度不足）；加入Cr、Ni、Mn、Si、B提高淬透性，强化铁素体，提高韧性；Mo、W、Ti、V碳化物形成元素，细化晶粒，提高回火稳定性。

2、热处理：调质（淬火+高温回火）（表面要求高的可+表面淬火或化学热处理）。

3、组织：回火索氏体，有较好的综合力学性能。

4、用途：齿轮、花键轴、主轴、连杆等重要件、受力复杂零件。

5、常用牌号、力学性能：表5-3四、合金弹簧钢（60Si2Mn）：1、化学成分：C=～%，C过高，塑性韧性降低，疲劳极限下降；加入Si、Mn提高弹性极限和淬透性，Si↑钢脱碳、Mn↑过热；Cr、W、V细化晶粒，提高淬透性，提高高温强度和韧性（回火稳定性）。

2、热处理：热成形弹簧钢：用于大型弹簧或形状复杂弹簧热成形后淬火+中温回火，组织为回火托氏体，HRC40～45；热处理后，表面喷丸，产生硬化层，形成残余压应力，提高弹簧抗疲劳能力，寿命↑。

冷成形弹簧钢：用于小型弹簧，冷拉弹簧钢丝冷绕成形。

冷成形（冷拉或铅浴淬火）过程中具备良好性能，只须250～300℃去应力退火，消除应力和使弹簧定型。

3、常用牌号、力学性能：表5-4五、合金轴承钢（GCr15）：1、工作条件：承受高而集中的交变应力，在滚动体和套圈间产生强烈磨擦，要求高硬度和耐磨性、高的弹性极限、接触疲劳强度、韧性和耐蚀性。