6機(jī)器零件用鋼

1、out1河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院本科課程河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院本科課程out2第第6 6章章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 根據(jù)鋼的根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用生產(chǎn)工藝和用途，可分為：途，可分為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超馬氏體鋼、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、鋼、彈簧鋼、軸承鋼和易削軸承鋼和易削鋼等鋼等。out36.1 概概 述述 一、機(jī)器零件用鋼的性能要求一、機(jī)器零件用鋼的性能要求 1 1、具有良好的冷熱加工工藝性、具有良好的冷熱加工工藝性 如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、 磨等。磨等。 2 2、具有良好的力學(xué)性能、具有良

2、好的力學(xué)性能 不同零件，對鋼強(qiáng)、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同零件，對鋼強(qiáng)、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求。不同要求。 一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì)鋼或高一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。級優(yōu)質(zhì)鋼。out4 二、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn)二、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn) 主加主加元素元素 Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：主要作用：淬透性和力學(xué)性能。淬透性和力學(xué)性能。輔加輔加元素元素 Mo、W、V等等 過熱敏感性，過熱敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。最佳最佳范圍范圍 獲得最佳性能獲得最佳性能稱為稱為極限合金化理論極限合金化理論 零件鋼常用范圍為：零件鋼常用范圍為：1.2%

3、Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是單獨(dú)加入，或是復(fù)合加入?；蚴菃为?dú)加入，或是復(fù)合加入。out5 三、零件材料和工藝選擇途徑三、零件材料和工藝選擇途徑 低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼，采用淬火低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼，采用淬火+低溫回火。低溫回火。為為耐磨性，可進(jìn)行滲碳處理；汽車拖拉機(jī)齒輪類耐磨性，可進(jìn)行滲碳處理；汽車拖拉機(jī)齒輪類為代表為代表. 回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火+高溫高溫回火。為回火。為耐磨性，可進(jìn)行滲氮處理或高耐磨性，可進(jìn)行滲氮處理或高 頻感應(yīng)加頻感應(yīng)加熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類

4、零件為典型。熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類零件為典型。 1 1、對于要求、對于要求良好綜合力學(xué)性能良好綜合力學(xué)性能，零件選，零件選 材料的途徑為：材料的途徑為：out6 2、如要求、如要求更高的強(qiáng)度更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌，則適當(dāng)犧牲塑韌性?？蛇x擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如性?？蛇x擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械較多低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械較多. 3、如要求、如要求高的彈性極限和屈服強(qiáng)度高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，又，又要要有較高的塑性和韌度有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，則選擇中高碳鋼，進(jìn)行中溫回火。如彈簧鋼。進(jìn)行中溫回火。如彈簧鋼。 4、零件要求、零件要求

5、高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲勞性和一定的塑性和韌度勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬，可用高碳鋼，淬火火+低溫回火。如軸承鋼。低溫回火。如軸承鋼。 out7辨辨證證思思維維 由于不同機(jī)器零件的服役條件和由于不同機(jī)器零件的服役條件和失效方式不同，主要的設(shè)計依據(jù)和失效方式不同，主要的設(shè)計依據(jù)和失效判據(jù)也不同，所以應(yīng)合理選擇失效判據(jù)也不同，所以應(yīng)合理選擇鋼的鋼的含碳量和熱處理工藝含碳量和熱處理工藝。 應(yīng)該明確應(yīng)該明確: : 一般情況下，某零件制造的材料一般情況下，某零件制造的材料并不是唯一的；并不是唯一的； 某一種鋼采用不同的熱處理工藝某一種鋼采用不同的熱處理工藝可以制造不同

6、類型的零件；可以制造不同類型的零件； 某一零件用某一材料制造，其熱某一零件用某一材料制造，其熱處理工藝方法也可能是多種的。處理工藝方法也可能是多種的。 out8 6.2 整體強(qiáng)化態(tài)鋼整體強(qiáng)化態(tài)鋼基基本本情情況況 整體強(qiáng)化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交整體強(qiáng)化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交變應(yīng)力，大部分是變應(yīng)力，大部分是整體受力整體受力。 其主要失效形式是疲勞破壞其主要失效形式是疲勞破壞， 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)-1、Rm、AK、KIC等。等。 總體上要求良好的綜合力學(xué)性能?？傮w上要求良好的綜合力學(xué)性能。主主要要應(yīng)應(yīng)用用 主要制造主要制造軸、桿、軸承軸、桿、軸承類等機(jī)器零件，類等機(jī)器零件，如連桿、螺栓、主

7、軸、半軸等。這類鋼主如連桿、螺栓、主軸、半軸等。這類鋼主要有要有調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳馬氏調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、超高強(qiáng)度鋼體鋼、超高強(qiáng)度鋼等。等。out9 汽車半軸汽車半軸 a)一端法蘭式一端法蘭式; b)二端花鍵式二端花鍵式; c)變截面臺階式變截面臺階式 M7150A砂輪主軸砂輪主軸汽汽 拖用連桿拖用連桿out10下圖下圖 T615K鏜床鏜桿鏜床鏜桿上圖上圖 S7332 螺紋磨床絲杠螺紋磨床絲杠out11 6.2.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火 典型組織：回火索氏體，鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物 （包括滲碳體）球粒的復(fù)合組織，平衡組織一、調(diào)質(zhì)鋼的淬透性原則一、

8、調(diào)質(zhì)鋼的淬透性原則 淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用分類：碳素調(diào)制鋼（中碳）合金調(diào)制鋼（中碳+淬透性合金元素）out12 二、合金化及常用鋼二、合金化及常用鋼 含碳量在含碳量在0.250.45%。常用合金元素作用：。常用合金元素作用：Mn：淬透性，但淬透性，但過熱傾向，過熱傾向，回脆傾向；回脆傾向； Cr：淬透性，淬透性，回穩(wěn)性，但回穩(wěn)性，但回脆傾向；回脆傾向； Ni:基體韌度，基體韌度， Ni-Cr復(fù)合復(fù)合淬透性，淬透性，回脆回脆 ； Mo：淬透性淬透性,回穩(wěn)性，細(xì)晶回穩(wěn)性，細(xì)晶,回脆傾向；回脆傾向； V：有效細(xì)晶，：有效細(xì)晶，(淬透性淬透性) ，過熱敏感

9、性。過熱敏感性。out13 在機(jī)械制造工業(yè)中，在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來分級分級的。的。 DC為油淬臨界直徑為油淬臨界直徑 低淬透性低淬透性合金鋼合金鋼: DC 3040mm, 有有40Cr、40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等等 中淬透性中淬透性合金鋼合金鋼: DC:4060mm, 有有40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等等 高淬透性高淬透性合金鋼合金鋼: DC60100mm, 有有37CrNi3、40CrNiMo、40CrMnMo等等out14 3、調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展、調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展 正確正確認(rèn)識認(rèn)識

10、性能性能指標(biāo)指標(biāo) AK是一次大能量沖擊性能指標(biāo)，是一次大能量沖擊性能指標(biāo)，小能量多沖小能量多沖條件下工作的，很難正確條件下工作的，很難正確反映。有些重要零件應(yīng)以斷裂韌度反映。有些重要零件應(yīng)以斷裂韌度KIC來衡量。來衡量。 由于服役條件差異，鋼最佳綜合性由于服役條件差異，鋼最佳綜合性能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件在承受沖擊能量大時，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些，在承受沖擊能量大時，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些，塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時，塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時，強(qiáng)度應(yīng)高些。以達(dá)最佳配合。強(qiáng)度應(yīng)高些。以達(dá)最佳配合。out15綜合綜合強(qiáng)化強(qiáng)化工藝工藝 如如復(fù)合熱處理復(fù)合熱處理，即熱

11、處理強(qiáng)化、表面，即熱處理強(qiáng)化、表面處理及形變強(qiáng)化工藝結(jié)合起來。如汽車轉(zhuǎn)處理及形變強(qiáng)化工藝結(jié)合起來。如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)圓角處進(jìn)行高頻淬火處理后，疲勞壽向節(jié)圓角處進(jìn)行高頻淬火處理后，疲勞壽命提高了命提高了5050倍倍冷變冷變形形鍛造鍛造余熱余熱淬火淬火 如滾壓、噴丸等如滾壓、噴丸等冷變形冷變形方法的效果也比方法的效果也比較好較好, , 能提高零件壽命能提高零件壽命 既能節(jié)約能源、簡化工序，又能細(xì)化組既能節(jié)約能源、簡化工序，又能細(xì)化組織，提高零件的強(qiáng)韌性。如柴油機(jī)連桿，織，提高零件的強(qiáng)韌性。如柴油機(jī)連桿，已普遍采用鍛造余熱淬火工藝已普遍采用鍛造余熱淬火工藝out166.2.2 微合金非調(diào)質(zhì)鋼微合金非調(diào)質(zhì)鋼

12、 一、一、 微合金元素對強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn)微合金元素對強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn) 非調(diào)鋼組織：非調(diào)鋼組織：主要是主要是F+P+彌散析出彌散析出K。 主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。 微合金化元素：微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，等元素， V是主要的。是主要的。 多元適量，復(fù)合加入多元適量，復(fù)合加入：Nb-V-N和和Ti-V等等 主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。非調(diào)制鋼：不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理而通過鍛造時控制終鍛溫度及鍛 后的冷卻速度即可獲得具有強(qiáng)韌性的鋼材 化學(xué)成分：中碳+微量Ti、Nb、Vout17二、獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素二、獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素 相間相間

13、析出析出沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化細(xì)化組織細(xì)化組織鍛造工藝鍛造工藝參數(shù)是參數(shù)是關(guān)鍵關(guān)鍵 細(xì)化組織和沉細(xì)化組織和沉淀析出要協(xié)調(diào)淀析出要協(xié)調(diào)控制軋制控制軋制控制冷卻控制冷卻 決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果out18 三、三、 組織因素對強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小組織因素對強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小 間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化量量一般認(rèn)為可提高一般認(rèn)為可提高150400 MPa，甚至可達(dá)，甚至可達(dá)到到600 MPa。 細(xì)化組織強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化量大約在量大約在50 300 MPa，脆化矢量脆化矢量為為- 0.66/ MPa。 其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降低韌度其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降

14、低韌度out19 C、N原子的固溶強(qiáng)化，其脆化矢量分別原子的固溶強(qiáng)化，其脆化矢量分別為為0.72/ MPa、1.97/ MPa； Mn和和Cr元素的脆化矢量為零；元素的脆化矢量為零； Si為為0.53/ MPa。 鐵素體中固溶鐵素體中固溶C、N量極小，量極小，Mn和和Si固溶固溶量有限。所以固溶強(qiáng)化相對是較小的。量有限。所以固溶強(qiáng)化相對是較小的。 在強(qiáng)化機(jī)制上，不同的成分和工藝是不同在強(qiáng)化機(jī)制上，不同的成分和工藝是不同的，所以使鋼的組織、性能也有很大的差異。的，所以使鋼的組織、性能也有很大的差異。out20 Mn對非調(diào)質(zhì)鋼韌度的影響對非調(diào)質(zhì)鋼韌度的影響 V、Ti、Nb對對 強(qiáng)度的影響強(qiáng)度的影響

15、out21 6.2.3 彈簧鋼彈簧鋼 一、彈簧的服役條件及性能要求一、彈簧的服役條件及性能要求 彈簧功能彈簧功能儲能減振儲能減振彈簧類型彈簧類型板簧，螺簧；板簧，螺簧；壓簧、拉簧和扭簧等壓簧、拉簧和扭簧等out22 典型的螺旋彈簧及板簧典型的螺旋彈簧及板簧壓縮螺簧壓縮螺簧拉伸螺簧拉伸螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧單板彈簧單板彈簧橢圓板簧橢圓板簧疊形板簧疊形板簧out23基本形狀基本形狀截面截面a)a)實(shí)芯扭桿實(shí)芯扭桿b)b)串聯(lián)式扭桿串聯(lián)式扭桿 扭桿彈簧扭桿彈簧卡簧卡簧碟型彈簧碟型彈簧out24板簧板簧彎曲載荷彎曲載荷螺簧螺簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞破壞疲勞破壞彈性減退彈性減退 高的彈性極限高的彈性極限e

16、e、屈強(qiáng)比、屈強(qiáng)比s s/ /b b彈性彈性 高的高的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度-1 避免早期疲勞破壞避免早期疲勞破壞 有足夠的塑性和韌性有足夠的塑性和韌性 不產(chǎn)生脆性斷裂不產(chǎn)生脆性斷裂 足夠的淬透性足夠的淬透性 保證保證e和整體強(qiáng)度和整體強(qiáng)度 其他要求其他要求: : 冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量out25思考題：思考題： 為什么彈簧要求有好的為什么彈簧要求有好的表面質(zhì)量表面質(zhì)量，如表面不允許有如表面不允許有裂紋裂紋、折迭折迭、嚴(yán)重脫碳等嚴(yán)重脫碳等缺陷缺陷? ?out26二、常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝二、常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝 合金化合金化： 含碳量在含碳量在0.601.05, ,低合金彈簧鋼在低合金彈

17、簧鋼在0.400.74C。 ? + Si、Mn、Cr、V等合金元素等合金元素. Cr和和Mn主主要是提高淬透性，要是提高淬透性， Si提高彈性極限，提高彈性極限， V提高提高淬透性和細(xì)化晶粒淬透性和細(xì)化晶粒.out27 60Si2Mn: Si、Mn復(fù)合復(fù)合,強(qiáng)化強(qiáng)化F,e e， s/b可達(dá)到可達(dá)到0.80.9； Si / Mn 淬透性，淬透性，Ms不過分不過分, ,開裂傾向小開裂傾向小; ; Si有效有效回穩(wěn)性回穩(wěn)性, 但但脫脫C傾向傾向; Si、Mn復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小鋼為小.常用常用硅錳板簧鋼硅錳板簧鋼有有60Si2Mn 、 55Si2Mn

18、等等out28常用常用螺旋彈簧鋼螺旋彈簧鋼有有50CrVA等。等。 50CrVA : Cr 、V均均回穩(wěn)性回穩(wěn)性, , 韌性好韌性好； V 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒, 過熱敏感性過熱敏感性; ; 含含Si少少, ,脫脫C敏感性敏感性, , 熱處理不易脫熱處理不易脫C; ; 常用于受應(yīng)力高的螺旋彈簧及常用于受應(yīng)力高的螺旋彈簧及60HRC； 高高接觸疲勞強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度以免過早失效以免過早失效保證材質(zhì)、組織；保證材質(zhì)、組織； 一定一定韌度韌度承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂； 尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定性好性好保證精度；保證精度； 一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤滑油腐蝕。大氣、潤滑油腐蝕。關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素 化學(xué)

19、成分、冶金質(zhì)量和加工工藝化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和加工工藝out38 二、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化二、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化冶金冶金質(zhì)量質(zhì)量要求要求 純凈化純凈化夾雜物要少：主要有各種夾雜物要少：主要有各種氧化物（如氧化物（如A12O3）和硅酸鹽等；）和硅酸鹽等； 危害程度依次遞減：危害程度依次遞減：A12O3、球、球狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽。狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽。接觸面小接觸面小應(yīng)力集中大應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻材質(zhì)純凈、組織均勻out39 氧化物夾雜數(shù)量對軸承鋼疲勞壽命的影響氧化物夾雜數(shù)量對軸承鋼疲勞壽命的影響out40組組織織均均勻勻 碳化物細(xì)小均布。主要有三類碳化物

20、細(xì)小均布。主要有三類K： K液析液析 結(jié)晶時枝晶偏析而存在結(jié)晶時枝晶偏析而存在高溫擴(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重；高溫擴(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重； 帶狀帶狀K 軋制時二次碳化物偏析軋制時二次碳化物偏析高溫擴(kuò)散退火；高溫擴(kuò)散退火； 網(wǎng)狀網(wǎng)狀K冷卻時在晶界析出冷卻時在晶界析出正火正火out41圖圖 GCr15鋼鋼 淬火回火態(tài)淬火回火態(tài) 500（回火隱晶馬氏體碳化物）（回火隱晶馬氏體碳化物） 圖圖 網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物 500 out42 圖圖 帶狀碳化物帶狀碳化物 500 圖圖 碳化物液析碳化物液析 500 out43合金合金化化高碳，加入高碳，加入Cr、Si、Mn等。如等。如GCrl5、GCrl5SiM

21、n。 組織組織特點(diǎn)特點(diǎn) 經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織：經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織： 細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度58級；級；M中中含含0.50.6%C；隱晶；隱晶M基體上分布細(xì)小均基體上分布細(xì)小均勻的粒狀勻的粒狀K，體積分?jǐn)?shù)約，體積分?jǐn)?shù)約78%， 一般可一般可有少量有少量AR。 負(fù)荷較小時負(fù)荷較小時,為提高為提高-1-1，可設(shè)計，可設(shè)計M中中約約含含0.45%C0.45%C，K體積分?jǐn)?shù)約體積分?jǐn)?shù)約5%5%。鋼中總鋼中總含碳量應(yīng)含碳量應(yīng)out44圖圖 高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關(guān)系高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關(guān)系out45三、高碳鉻軸承鋼的熱處理三、高碳鉻軸承

22、鋼的熱處理 工藝特點(diǎn)是簡單而要求高。工藝特點(diǎn)是簡單而要求高。熱熱處處理理特特點(diǎn)點(diǎn) 球化退火球化退火為最終淬火作組織準(zhǔn)備為最終淬火作組織準(zhǔn)備淬回火工藝參數(shù)對疲勞壽命有很大影響淬回火工藝參數(shù)對疲勞壽命有很大影響一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱160保溫保溫3h或更長回火，硬度或更長回火，硬度6266HRC 如要求消除如要求消除AR 淬火后立即冷處理淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。而后立即低溫回火。out46 圖圖 回火回火溫度對溫度對GCr15鋼鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響out47 圖圖 軸承鋼深冷處理溫度對殘留奧氏體量的影響軸承鋼深冷處理溫度對殘留奧氏體量的影

23、響 1- GCr15，850淬火；淬火；2-Cr15SiMn，830淬火淬火1- GCr15，850淬火淬火2-Cr15SiMn，830淬火淬火out486.2.5 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼基基本本性性能能 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b ，11501500MPa ； 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度s , 9501250 MPa ； 40% ；伸長率；伸長率，10% ； 沖擊韌度沖擊韌度AK60J 。 這些性能指標(biāo)和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當(dāng)，這些性能指標(biāo)和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當(dāng)，常規(guī)的力學(xué)性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。常規(guī)的力學(xué)性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。 沒有獨(dú)立鋼類，有專門開發(fā)的低碳沒有獨(dú)立鋼類，有專門開發(fā)的低碳M鋼。鋼。 低碳結(jié)構(gòu)鋼

24、采用低碳結(jié)構(gòu)鋼采用淬火淬火+低回工藝低回工藝，可得，可得到位到位錯板條錯板條M 強(qiáng)度、韌度和塑性的最佳配合強(qiáng)度、韌度和塑性的最佳配合out49一、成分工藝特點(diǎn)一、成分工藝特點(diǎn) 0.150.25%C，以保證淬火后獲得板以保證淬火后獲得板M + Cr、Mo、Si、Mn、V等等 淬透性等性能淬透性等性能 15MnVB、20SiMn2MoV等是我國研制開發(fā)的等是我國研制開發(fā)的 零件斷面尺寸零件斷面尺寸，心部可，心部可能淬不透，能淬不透，綜合性能綜合性能 應(yīng)根據(jù)零件的尺寸大小來應(yīng)根據(jù)零件的尺寸大小來選擇相應(yīng)淬透性的鋼選擇相應(yīng)淬透性的鋼成成分分特特點(diǎn)點(diǎn)工工藝藝特特點(diǎn)點(diǎn)高溫加熱高溫加熱較長較長t保溫保溫快速

25、冷卻快速冷卻out50二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用 應(yīng)應(yīng)用用 在礦山、汽車、石油、機(jī)車車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械等在礦山、汽車、石油、機(jī)車車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械等制造工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用制造工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用實(shí)實(shí)例例 石油鉆機(jī)吊環(huán)石油鉆機(jī)吊環(huán)(卡卡) 20SiMn2MoV代代35鋼鋼 材料材料 工藝工藝 重量重量kg b /MPa AK /J 35 正火正火 137.4 550 5020SiMn2MoV 淬火淬火 29 1600 110120局局限限性性 工作溫度工作溫度200;強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工焊接焊接等工序等工序; 只能用于中小件只能用于中小件;淬火時變形大

26、淬火時變形大,要求嚴(yán)要求嚴(yán)格的零件慎用格的零件慎用.out516.3 表面強(qiáng)化態(tài)鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼 零件在滑動、滾動、接觸零件在滑動、滾動、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作應(yīng)力、摩擦等工況下工作 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞是主要失效形式是主要失效形式 表面應(yīng)具有高硬度、高接表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性，觸疲勞抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韌性而心部有一定塑韌性 滲碳鋼滲碳鋼、滲氮滲氮鋼鋼、感應(yīng)加熱淬感應(yīng)加熱淬火鋼火鋼等等 這類這類鋼適宜制造鋼適宜制造表面和心部性能要求不同表面和心部性能要求不同的零件，通的零件，通過某種工藝使零件過某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌表面硬度

27、高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌性性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等out52各種類型的齒輪各種類型的齒輪out536.3.1 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 一、滲碳鋼的合金化一、滲碳鋼的合金化一般含碳量在一般含碳量在0.120.25 保證得到強(qiáng)韌保證得到強(qiáng)韌性好的板條性好的板條M常用合金常用合金化元素化元素 Mn、Cr、Ni主要主要淬透性淬透性 Ti、V、W、Mo細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒 滲碳層性能滲碳層性能: : 表層碳量、表層濃度梯度和滲層深度表層碳量、表層濃度梯度和滲層深度 滲碳層深度根據(jù)零件需要確定滲碳層深度根據(jù)零件需要確定。原則上，。原則上，滲碳層深度滲碳層深度

28、應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度。應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度。out54合金合金元素元素碳擴(kuò)散碳擴(kuò)散系數(shù)系數(shù)表層表層碳量碳量滲層滲層深度深度濃度濃度梯度梯度淬透性淬透性晶粒長晶粒長大傾向大傾向含量范圍含量范圍質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %TiV變陡變陡不定不定 0.12 0.30WMoCr 變陡變陡0.41.20.20.6 2Mn影響小影響小平緩平緩 2Ni平緩平緩影響小影響小 4Si平緩平緩影響小影響小 0.8 表表 合金元素對滲碳工藝和滲碳層性能的影響合金元素對滲碳工藝和滲碳層性能的影響out55 二、常用滲碳鋼及熱處理二、常用滲碳鋼及熱處理 按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類。按淬透性可分為低、中和高

29、淬透性鋼三類。 20Cr鋼：不宜滲碳后直接淬火。鋼：不宜滲碳后直接淬火。20CrV鋼可鋼可20CrMnTi鋼特點(diǎn)鋼特點(diǎn): Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，復(fù)合，淬透性好，D油油約約40mm； 較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好； 滲碳工藝性較好，晶粒長大傾向小，可直接滲碳工藝性較好，晶粒長大傾向小，可直接淬火，變形也比較小。淬火，變形也比較小。 廣泛制造汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離廣泛制造汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的傘齒輪及主動軸等。合器軸和車輛上的傘齒輪及主動軸等。out56 滲碳后的熱處理工藝有滲碳后的熱處理工藝有直接淬火直接淬火一次淬火一

30、次淬火二二次淬火次淬火 .細(xì)晶粒鋼可用直接淬火細(xì)晶粒鋼可用直接淬火. 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A：高淬透性滲碳鋼。：高淬透性滲碳鋼。 由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得 的組織性能也較復(fù)雜。的組織性能也較復(fù)雜。 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼， 也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主 要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要 件，如航空發(fā)動機(jī)齒輪等。件，

31、如航空發(fā)動機(jī)齒輪等。out576.3.2 氮化鋼氮化鋼 服役條件服役條件： 有些零件工作時載荷不大，基本上無沖有些零件工作時載荷不大，基本上無沖 擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕， 同時也受到交變的疲勞應(yīng)力。這一類零件重同時也受到交變的疲勞應(yīng)力。這一類零件重 要的要求是要的要求是能保持高的精度能保持高的精度。常采用氮化鋼。常采用氮化鋼 進(jìn)行滲氮處理。進(jìn)行滲氮處理。out58 氮化鋼氮化鋼：多為碳含量偏低的：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼中碳鉻鉬鋁鋼 。 國內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是國內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼，獲得鋼，獲得 最高氮化層硬度，

32、達(dá)到最高氮化層硬度，達(dá)到9001000HV。 僅要求高僅要求高 疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的CrMo型氮化型氮化 鋼，如鋼，如35CrMo、40CrV、40Cr等，等，其氮化層的其氮化層的 硬度控制在硬度控制在500800HV。 工藝工藝：氮化前，要經(jīng)過：氮化前，要經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)以得到穩(wěn) 定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性 能和使用過程中的尺寸穩(wěn)定性，同時也為獲得好能和使用過程中的尺寸穩(wěn)定性，同時也為獲得好 的氮化層作組織準(zhǔn)備。的氮化層作組織準(zhǔn)備。out59思考題思考題: 某精密鏜床主軸用某精密

33、鏜床主軸用38CrMoAlA鋼制鋼制,某重型齒輪銑床主軸用某重型齒輪銑床主軸用20CrMnTi制造制造,某普通車床主軸某普通車床主軸用用40Cr鋼制造鋼制造.試分析比較說明它試分析比較說明它們各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工們各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織和性能特點(diǎn)藝及最終的組織和性能特點(diǎn)out606.3.3 低淬透性鋼低淬透性鋼感應(yīng)加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點(diǎn)有：感應(yīng)加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點(diǎn)有： 不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；然保持較高的塑性和韌度； 表面局部加熱，零件的淬火變形?。槐砻婢植考訜?，零件的淬火變形?。?/p>

34、 加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象； 在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。 與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其耐磨性耐磨性和疲勞抗力不如滲碳工藝。和疲勞抗力不如滲碳工藝。 out61概念概念是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低專門用于中、小模數(shù)（專門用于中、小模數(shù)（m=38）的齒輪）的齒輪應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn)得到沿著輪廓分布硬化層得到沿著輪廓分布硬化層 “ “仿形硬化仿形硬化” 感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)鋼和低淬透性鋼。這里介紹鋼和低淬透性鋼。這里介紹低淬透性鋼低淬透性鋼out62 硬化層分布硬化層分布(右為仿形硬化右為仿形硬化) 降低鋼淬透性措施降低鋼淬透性措施:Mn、Si; 加入加入Ti 國家標(biāo)準(zhǔn)有國家標(biāo)準(zhǔn)有55 Ti 、 60 Ti 、 70 Ti等等.out636.4 高錳耐磨鋼高錳耐磨鋼 一、高錳鑄鋼的化學(xué)