第3章 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容u 概述概述u 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 u 非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 鋼鋼u 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼合金滲碳鋼合金滲碳鋼u 氮化鋼、氮化鋼、 低淬透性鋼低淬透性鋼u 耐磨鋼耐磨鋼u 零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路基本要求： l了解各類鋼的服役條件、對(duì)鋼的基本性能要了解各類鋼的服役條件、對(duì)鋼的基本性能要求。求。 l掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動(dòng)軸掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼等的典型牌號(hào)。承鋼等的典型牌號(hào)。 重點(diǎn)：l各類鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、合金元素的作用、各類鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、合金元素的作用、強(qiáng)韌化機(jī)制及熱處理特點(diǎn)。強(qiáng)韌化機(jī)制及熱處理特點(diǎn)。

2、教學(xué)要求教學(xué)要求機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼是指用于制造各種機(jī)械零件（軸、齒輪、緊固件、軸承等）的一類鋼種,也稱機(jī)器零件用鋼。撥叉撥叉變速齒輪變速齒輪變速箱變速箱連連 桿桿 軸軸 電氣機(jī)車大軸電氣機(jī)車大軸 磨床主軸磨床主軸 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 （AETC公司）公司） 葉輪、轉(zhuǎn)子葉輪、轉(zhuǎn)子 某軍艦汽輪機(jī)主軸某軍艦汽輪機(jī)主軸 齒輪齒輪曲軸曲軸汽車萬向節(jié)汽車萬向節(jié)連桿連桿彈簧彈簧拉力彈簧拉力彈簧離合器彈簧離合器彈簧蝶形彈簧蝶形彈簧板彈簧板彈簧滾珠滾珠滾珠軸承滾珠軸承履帶履帶破碎機(jī)顎板破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒挖掘機(jī)斗齒一、工作條件與性能要求一、工作條件與性能要求反復(fù)載荷反復(fù)載荷較高的疲勞強(qiáng)度。較

3、高的疲勞強(qiáng)度。短時(shí)超負(fù)荷短時(shí)超負(fù)荷較高的區(qū)服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及較高的較高的區(qū)服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及較高的斷裂抗力。斷裂抗力。相對(duì)滑動(dòng)或滾動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)或滾動(dòng)耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度。耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度。形狀復(fù)雜形狀復(fù)雜較高的韌性、低的缺口敏感性。較高的韌性、低的缺口敏感性。良好的切削加工性能、熱處理工藝性能、一定的耐腐良好的切削加工性能、熱處理工藝性能、一定的耐腐蝕性能蝕性能二、成分與合金化二、成分與合金化 主要有主要有 C C素素和和合金合金亞共析鋼亞共析鋼； 合金元素合金元素Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、B等。等。 提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性影響鋼的力學(xué)性能。影響鋼的力學(xué)性能。 含碳量的

4、選擇和回火溫度的確定含碳量的選擇和回火溫度的確定影響零件的使用性影響零件的使用性能和壽命。能和壽命。 提高鋼的切削加工性提高鋼的切削加工性加工成型性能。加工成型性能。 提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性影響鋼的力學(xué)性能。影響鋼的力學(xué)性能。 馬氏體相變及其隨后的回火是綜合利用了固溶強(qiáng)化、馬氏體相變及其隨后的回火是綜合利用了固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化，晶界強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化，獲得馬氏體成獲得馬氏體成為鋼的重要強(qiáng)化手段。為鋼的重要強(qiáng)化手段。 對(duì)于淬火高溫回火鋼來說，盡管馬氏體和非馬氏體對(duì)于淬火高溫回火鋼來說，盡管馬氏體和非馬氏體組織經(jīng)高溫回火后的硬度相近，但非馬氏體組織使組織經(jīng)高溫回

5、火后的硬度相近，但非馬氏體組織使鋼的塑性和韌性，特別是冷脆傾向明顯變差，并降鋼的塑性和韌性，特別是冷脆傾向明顯變差，并降低鋼的疲勞強(qiáng)度。低鋼的疲勞強(qiáng)度。機(jī)器零件必須具備足夠淬透性。機(jī)器零件必須具備足夠淬透性。 大截面尺寸零件，合金元素增加淬透性作用更顯著。大截面尺寸零件，合金元素增加淬透性作用更顯著。二、成分與合金化二、成分與合金化二、成分與合金化二、成分與合金化 含碳量的選擇和回火溫度的確定含碳量的選擇和回火溫度的確定影響零件的使用性影響零件的使用性能和壽命。能和壽命。 回火溫度的確定決定鋼的最后組織狀態(tài)，回火工藝在回火溫度的確定決定鋼的最后組織狀態(tài)，回火工藝在某種程度上決定了零件的使用性能

6、和壽命。某種程度上決定了零件的使用性能和壽命。 為了保證鋼有較好的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，鋼淬火為了保證鋼有較好的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火。后應(yīng)進(jìn)行低溫回火。 馬氏體的硬度與鋼中含碳量有關(guān)，隨著鋼中含碳量的馬氏體的硬度與鋼中含碳量有關(guān)，隨著鋼中含碳量的增多，馬氏體的硬度也隨之提高。增多，馬氏體的硬度也隨之提高。二、成分與合金化二、成分與合金化 提高鋼的切削加工性提高鋼的切削加工性加工成型性能。加工成型性能。 常用改善鋼的切削加工性能的合金元素有：常用改善鋼的切削加工性能的合金元素有：S、Pb、Ca、Te（碲）、（碲）、Se（硒）（硒） MnS、CaS、MnTe、PbTe、Mn

7、Se、PbSe等等 一般認(rèn)為，當(dāng)鋼的硬度為一般認(rèn)為，當(dāng)鋼的硬度為179229HBW時(shí)，其切削性時(shí)，其切削性能最佳。能最佳。 低碳鋼，采用正火處理，提高片狀低碳鋼，采用正火處理，提高片狀P數(shù)量，改善切削數(shù)量，改善切削性能；高碳鋼，球化處理，使硬度降低。性能；高碳鋼，球化處理，使硬度降低。n 四種基本強(qiáng)化形式四種基本強(qiáng)化形式 位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化n 馬氏體強(qiáng)化馬氏體強(qiáng)化 位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化 + + 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 + + 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化 （ + + 細(xì)晶強(qiáng)化）細(xì)晶強(qiáng)化）n 形變熱處理形變熱處理 位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化 + + 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化+ +馬氏

8、體強(qiáng)化馬氏體強(qiáng)化 三、強(qiáng)化方式三、強(qiáng)化方式n 一般都要通過熱處理（一般都要通過熱處理（淬火淬火+ +回火回火） 1 1）馬氏體回火后比）馬氏體回火后比F+PF+P具有較好的綜合室溫機(jī)械性能具有較好的綜合室溫機(jī)械性能; ; 2 2）淬透的零件比未淬透的零件具有較好的機(jī)械性能）淬透的零件比未淬透的零件具有較好的機(jī)械性能 。n 提高鋼的淬透性，要加入合金元素提高鋼的淬透性，要加入合金元素 （低）（低） NiSiCrMoMnBNiSiCrMoMnB （高）（高） 四、熱處理四、熱處理 回火回火是指將淬火鋼加熱到是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。卻的工藝。 一、回火

9、的目的一、回火的目的 1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂防止變形或開裂.l2、獲得所需要的力學(xué)性能。、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。鋼的淬火與回火 3、穩(wěn)定尺寸。、穩(wěn)定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡組織，有自發(fā)都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒瓜蚱胶饨M織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠睫D(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時(shí)變形。衡或接近平衡的組織，防止使用時(shí)變形。 4、對(duì)于某些高淬透性的鋼、對(duì)于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采，空冷即可淬火，如采用用

10、回火軟化既能回火軟化既能降低硬度降低硬度，又能，又能縮短軟化周縮短軟化周期。期。l未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。進(jìn)行回火。鋼的淬火與回火 根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。 淬火加高溫回火的熱處理淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱調(diào)質(zhì)。稱作調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱調(diào)質(zhì)。廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備求較高精密件、量具等

11、預(yù)備熱處理熱處理。 適用于各種高碳適用于各種高碳鋼、滲碳件及表鋼、滲碳件及表面淬火件。面淬火件。 應(yīng)用應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。具有良好的塑性和韌性。 提高提高 e及及 s，同時(shí)使工件具有同時(shí)使工件具有一定韌性一定韌性 。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力。低內(nèi)應(yīng)力。 回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火組織回火組織500-650350-500150-250 回火溫度回火溫度 高溫回火高溫回火 中溫回火中溫回火 低溫回火低溫回火 適用于適用于彈簧熱處理彈

12、簧熱處理鋼的淬火與回火五、鋼種五、鋼種調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼滲碳鋼滲碳鋼氮化鋼氮化鋼低淬透性鋼低淬透性鋼 耐磨鋼耐磨鋼 概念概念 成分、合金化與分類成分、合金化與分類 組織組織 熱處理熱處理 性能性能 一、調(diào)質(zhì)鋼概念一、調(diào)質(zhì)鋼概念 結(jié)構(gòu)鋼在結(jié)構(gòu)鋼在淬火與高溫回火淬火與高溫回火（500-650500-650）后）后具有良好的綜合力學(xué)性能，有較高的強(qiáng)度，良好具有良好的綜合力學(xué)性能，有較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。的塑性和韌性。適用于這種熱處理的鋼種適用于這種熱處理的鋼種稱為調(diào)稱為調(diào)質(zhì)鋼。質(zhì)鋼。二、調(diào)質(zhì)鋼的成分、合金化二

13、、調(diào)質(zhì)鋼的成分、合金化n成分成分 0. 0.25250.0.4545%C C的的C C鋼或中、低合金鋼。鋼或中、低合金鋼。 n合金化合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, B, ( Nb, Ti, Al )Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, B, ( Nb, Ti, Al ) 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性提高淬透性（主要作用）；（主要作用）；固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； 細(xì)晶強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化； 彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí)三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí) 常用調(diào)質(zhì)鋼按淬透性大小可分為幾級(jí)：常用調(diào)質(zhì)鋼按淬透性大小可分為幾級(jí)： 1 1）4040，4545，4545B B

14、 2 2）40Cr40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3 3）3535CrMo, 42MnVB, 40MnMoB CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi40CrNi 4 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo40CrNiMo 依據(jù)依據(jù) 不同成分的調(diào)質(zhì)鋼只要其淬透性相當(dāng)，當(dāng)淬火及高不同成分的調(diào)質(zhì)鋼只要其淬透性相當(dāng)，當(dāng)淬火及高溫回火后，其性能相近溫回火后，其性能相近 n低淬透性碳素調(diào)質(zhì)鋼：低淬透性碳素調(diào)質(zhì)鋼： 45鋼、鋼、45B鋼，用于截面尺寸較小或不要求鋼，

15、用于截面尺寸較小或不要求完全淬透的零件。完全淬透的零件。n低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr、40Mn2、40MnB、 35SiMn等，油淬等，油淬臨界直徑最大為臨界直徑最大為30mm40mm。通常用于制。通常用于制造一般尺寸的重要零件。造一般尺寸的重要零件。三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí)三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí) n中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 35CrMo、40CrMn、40CrNi、42CrMo、40CrMnMo等。油淬臨界直徑最大為等。油淬臨界直徑最大為40mm60mm。主要用于制造截面較大的零。主要用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。件，例如曲

16、軸、連桿、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí)三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí) n高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 34CrNi3MoV、37CrNi3、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等，油淬臨界直徑最大為等，油淬臨界直徑最大為60mm100mm。主要用于制造大截面、重。主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽輪機(jī)載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽輪機(jī)主軸、葉輪等。主軸、葉輪等。 三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí)三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級(jí) 四、調(diào)質(zhì)鋼的組織與性能四、調(diào)質(zhì)鋼的組織與性能回火回火S;S;具有良好綜合力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性。具有良好綜合力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性。n強(qiáng)

17、度（屈強(qiáng)：強(qiáng)度（屈強(qiáng)：700-1200700-1200MPaMPa） Cr, Mo, W, V Cr, Mo, W, V 可阻礙可阻礙K K在高溫回火時(shí)聚集長(zhǎng)大，使在高溫回火時(shí)聚集長(zhǎng)大，使鋼保持高強(qiáng)度；鋼保持高強(qiáng)度；阻礙阻礙 再結(jié)晶，使再結(jié)晶，使 相保持細(xì)小；相保持細(xì)小；合金元素的固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化合金元素的固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化n韌性韌性: : 調(diào)節(jié)溫度可具有不同的韌性；調(diào)節(jié)溫度可具有不同的韌性； 細(xì)化；細(xì)化； 防止或減輕回火脆性，加入防止或減輕回火脆性，加入 Mo,W,TiMo,W,Ti或或CeCe（+Mo+Mo）五、調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用五、調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用調(diào)質(zhì)鋼的不足調(diào)質(zhì)鋼的不足： 1 1）沒有利用馬氏

18、體精細(xì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用；）沒有利用馬氏體精細(xì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用； 2 2）K K的彌散強(qiáng)化作用也沒有充分體現(xiàn)。的彌散強(qiáng)化作用也沒有充分體現(xiàn)。 應(yīng)用應(yīng)用： 在要求良好的綜合機(jī)械性能，尤其是需要較高的在要求良好的綜合機(jī)械性能，尤其是需要較高的（沖擊）韌性時(shí)，采用中（沖擊）韌性時(shí)，采用中C C鋼的調(diào)質(zhì)處理才正能鋼的調(diào)質(zhì)處理才正能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。 1、定義、定義 通過采用微合金化、控制軋制通過采用微合金化、控制軋制( (鍛造鍛造) )和控和控制冷卻等強(qiáng)韌化方法，取消調(diào)質(zhì)熱處理，能夠制冷卻等強(qiáng)韌化方法，取消調(diào)質(zhì)熱處理，能夠達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼性能的優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量鋼，達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼性能的優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量鋼，亦可

19、稱微合金非調(diào)質(zhì)鋼。亦可稱微合金非調(diào)質(zhì)鋼。 一、概述一、概述 2、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn) 省略了調(diào)質(zhì)工序，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并提高省略了調(diào)質(zhì)工序，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。了產(chǎn)品質(zhì)量。 3、發(fā)展、發(fā)展 非調(diào)質(zhì)鋼先后經(jīng)歷了鐵素體非調(diào)質(zhì)鋼先后經(jīng)歷了鐵素體+珠光體、低碳貝珠光體、低碳貝氏體、低碳馬氏體組織三個(gè)階段的發(fā)展。使用氏體、低碳馬氏體組織三個(gè)階段的發(fā)展。使用范圍從機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼擴(kuò)大到模具用鋼。范圍從機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼擴(kuò)大到模具用鋼。 一、概述一、概述 (一一) F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)化型非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)化 1、細(xì)化珠光體和鐵素體組織。、細(xì)化珠光體和鐵素體組織。 2、沉淀強(qiáng)化。、沉淀強(qiáng)化。 3、珠光體的數(shù)量。、珠光體

20、的數(shù)量。 4、鐵素體的固溶強(qiáng)化。、鐵素體的固溶強(qiáng)化。 5、形變強(qiáng)化。、形變強(qiáng)化。 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 (二二) F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的韌化型非調(diào)質(zhì)鋼的韌化 1、降低碳含量。、降低碳含量。 2、阻止加熱時(shí)奧氏體粗化和形變奧氏體再結(jié)晶晶、阻止加熱時(shí)奧氏體粗化和形變奧氏體再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大。粒長(zhǎng)大。 3、獲得細(xì)小的、塊狀的、獲得細(xì)小的、塊狀的F，減少網(wǎng)狀，減少網(wǎng)狀F。 4、使、使F在奧氏體晶內(nèi)形核，得到晶內(nèi)鐵素體。在奧氏體晶內(nèi)形核，得到晶內(nèi)鐵素體。 5、如進(jìn)一步提高韌性，需改變組織類型，得到貝、如進(jìn)一步提高韌性，需改變組織類型，得到貝氏體或低碳馬氏體組織。氏體或低碳馬氏體組織。 二、二、F-

21、P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 5、晶內(nèi)鐵素體、晶內(nèi)鐵素體(IGF)形成技術(shù)形成技術(shù) (1) IGF形成的主要原理是：形成的主要原理是：利用氧化物冶金技術(shù)，利用氧化物冶金技術(shù)，在奧氏體晶內(nèi)提供大量的鐵素體形核位置，在相變?cè)趭W氏體晶內(nèi)提供大量的鐵素體形核位置，在相變時(shí)鐵素體除了可以在晶界上形核以外，也能在奧氏時(shí)鐵素體除了可以在晶界上形核以外，也能在奧氏體晶內(nèi)形成，這種在奧氏體晶內(nèi)形成的鐵素體稱之體晶內(nèi)形成，這種在奧氏體晶內(nèi)形成的鐵素體稱之為晶內(nèi)鐵素體。為晶內(nèi)鐵素體。 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 (2) 晶內(nèi)鐵素體的形核位置：晶內(nèi)鐵素體的形核位置：鋼中彌散分布的細(xì)小鋼中彌散分布的細(xì)小MnS顆粒是良

22、好的顆粒是良好的IGF形核位置，同時(shí)在形核位置，同時(shí)在MnS周圍周圍形成的貧錳區(qū)因淬透性降低也能起到促進(jìn)鐵素體形成的貧錳區(qū)因淬透性降低也能起到促進(jìn)鐵素體形成的作用。如鋼中含一定形成的作用。如鋼中含一定V和和N，V(C, N) 可成為可成為IGF的形核核心。的形核核心。VN以以MnS夾雜顆粒為形核核心，夾雜顆粒為形核核心，可促進(jìn)可促進(jìn)IGF的形成。的形成。 (3) 晶內(nèi)鐵素體的作用：晶內(nèi)鐵素體的作用：細(xì)晶強(qiáng)化并顯著改善韌性。細(xì)晶強(qiáng)化并顯著改善韌性。 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 MnS+V(C,N) 與晶內(nèi)鐵素體與晶內(nèi)鐵素體 (三三) F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的

23、合金化型非調(diào)質(zhì)鋼的合金化 1、均含有微合金化元素、均含有微合金化元素 主要為主要為V、Ti、Nb、B，最常用的是，最常用的是0.06-0.13%V。 (1) 阻止鍛造或軋前加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大。阻止鍛造或軋前加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大。 (2) 阻止奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。阻止奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。 (3) 沉淀強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化。 (4) 使珠光體團(tuán)變小，滲碳體片碎化，片間距減小。使珠光體團(tuán)變小，滲碳體片碎化，片間距減小。 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 2、均含有一定量的、均含有一定量的Mn（0.6-1.5%） (1) 固溶強(qiáng)化鐵素體。固溶強(qiáng)化鐵素體。 (2) 增加珠光體數(shù)量。增加珠光體數(shù)量。 (3) 降

24、低珠光體形成溫度，細(xì)化片間距。降低珠光體形成溫度，細(xì)化片間距。 (4) 促進(jìn)促進(jìn)VC溶解，降低其固溶溫度。溶解，降低其固溶溫度。 含量超過含量超過1.5-1.6%時(shí)，促進(jìn)形成貝氏體組織。時(shí)，促進(jìn)形成貝氏體組織。 3、Si（0.5-0.7%） (1) 固溶強(qiáng)化鐵素體。固溶強(qiáng)化鐵素體。 (2) 增加淬透性。增加淬透性。 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 二、二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼型非調(diào)質(zhì)鋼 (四四) 典型典型F-P型非調(diào)質(zhì)鋼：抗拉強(qiáng)度型非調(diào)質(zhì)鋼：抗拉強(qiáng)度785MPa級(jí)級(jí) 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) (1) 主要用于替代主要用于替代45、50、55、40Cr、40MnB等調(diào)質(zhì)鋼等調(diào)質(zhì)鋼中用量最大的鋼種，多用于制

25、造要求有較高疲勞性能中用量最大的鋼種，多用于制造要求有較高疲勞性能的連桿和軸類零件。的連桿和軸類零件。 (2) 顯微組織為顯微組織為F-P+(K)，以，以P為主。為主。 (3) 冷速，冷速，P。進(jìn)一步快冷會(huì)得到。進(jìn)一步快冷會(huì)得到B、M組織。組織。 2、主要鋼種、主要鋼種 F35MnVN、F40MnV、F40MnV(Ti）。）。 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) (1) 在中碳鋼基礎(chǔ)上降碳，并添加擴(kuò)大貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)在中碳鋼基礎(chǔ)上降碳，并添加擴(kuò)大貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域的元素，如域的元素，如B、Mo、Cr、Mn等。等。 (2) 微合金化元素細(xì)化晶粒，再通過控冷得到貝氏體微合金化元素細(xì)化晶粒，再通過控冷得到貝氏體組織。組織。(3

26、) 強(qiáng)度高，又有良好的韌性，特別是低溫韌性好。強(qiáng)度高，又有良好的韌性，特別是低溫韌性好。低碳貝氏體鋼的強(qiáng)韌性超過低碳貝氏體鋼的強(qiáng)韌性超過IGF鋼。鋼。 三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 （一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼2、典型貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼、典型貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 低碳含低碳含B貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 (1) 含有含有B，同時(shí)含，同時(shí)含Mn（1.0-2.6%）和）和Cr（0.80-1.50%）量較高。量較高。 (2) 在很寬冷卻速度范圍內(nèi)都可獲得貝氏體。在很寬冷卻速度范圍內(nèi)都可獲得貝氏體。 (3) 性能對(duì)冷速較敏感。冷速快，強(qiáng)度高，

27、而塑、韌性能對(duì)冷速較敏感。冷速快，強(qiáng)度高，而塑、韌性基本穩(wěn)定；冷速慢，韌性高。性基本穩(wěn)定；冷速慢，韌性高。 （一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) 熱加工后直接淬火再回火或熱加工后直接淬火熱加工后直接淬火再回火或熱加工后直接淬火自回火得到細(xì)小均勻的碳化物和板條馬氏體的組自回火得到細(xì)小均勻的碳化物和板條馬氏體的組織。強(qiáng)韌性達(dá)到合金調(diào)質(zhì)鋼水平?？?。強(qiáng)韌性達(dá)到合金調(diào)質(zhì)鋼水平。 （二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 2、典型成分、典型成分 0.04%0.05%C、0.25%Si、1.6%Mn

28、、1.0%Cr、0.07%Nb、0.002%B。 (1) 0.04%0.05%C：是從強(qiáng)度、硬度和韌性多方面：是從強(qiáng)度、硬度和韌性多方面綜合考慮的結(jié)果；綜合考慮的結(jié)果； (2) Mn和和Cr：提高淬透性。：提高淬透性。 (3) 微量微量B：更加有效地提高了淬透性，加：更加有效地提高了淬透性，加B并降低并降低C含量還有減小焊接裂紋敏感性的效果。含量還有減小焊接裂紋敏感性的效果。 （二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 說明下列鋼號(hào)的類別、化學(xué)成分、熱說明下列鋼號(hào)的類別、化學(xué)成分、熱處理工藝、使用組織和合金元素的作用。處理工藝、使用組織和合金元素的作用。40CrNiMoF40MnV(

29、Ti)思考題思考題40CrNiMo 類別：調(diào)質(zhì)鋼（機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼）類別：調(diào)質(zhì)鋼（機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼） 化學(xué)成分：化學(xué)成分：0.4%C，Cr、Ni、Mo1.5%。 熱處理工藝：淬火熱處理工藝：淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）高溫回火（調(diào)質(zhì)處理） 使用組織：回火索氏體。使用組織：回火索氏體。 合金元素作用：合金元素作用：合金元素作用：合金元素作用：1、提高淬透性：、提高淬透性：Cr、Mn、Mo。2、提高回火穩(wěn)定性：、提高回火穩(wěn)定性：Cr、Mo。3、固溶強(qiáng)化鐵素體：、固溶強(qiáng)化鐵素體：Mn。(Ni)4、消除高溫回火脆性：、消除高溫回火脆性：Mo。5、提高韌性：、提高韌性：Ni。F40MnV(Ti)類別：非調(diào)質(zhì)鋼

30、。類別：非調(diào)質(zhì)鋼。化學(xué)成分：化學(xué)成分：0.4%C，Mn1.5%。V、Ti:微量微量熱處理工藝：控制軋制（控鍛）熱處理工藝：控制軋制（控鍛）+控制冷卻控制冷卻使用組織：鐵素體使用組織：鐵素體+珠光體。珠光體。 V、Ti:(1)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。(2)阻止奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。阻止奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。(3)沉淀強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化。(4)細(xì)化珠光體團(tuán)，使?jié)B碳體片碎化。細(xì)化珠光體團(tuán)，使?jié)B碳體片碎化。Mn：(1)固溶強(qiáng)化鐵素體。固溶強(qiáng)化鐵素體。(2)增加珠光體數(shù)量。增加珠光體數(shù)量。(3)細(xì)化珠光體片間距。細(xì)化珠光體片間距。(4)促進(jìn)促進(jìn)VC溶解，降低其固溶溫度。溶解，降低其固溶溫度。機(jī)械制造

31、結(jié)構(gòu)鋼：機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼： 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼彈簧鋼 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 滲碳鋼滲碳鋼 氮化鋼氮化鋼 低淬透性鋼低淬透性鋼 耐磨鋼耐磨鋼彈簧鋼：制造各種彈簧的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)鋼。彈簧鋼：制造各種彈簧的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)鋼。1、彈簧的主要作用、彈簧的主要作用 吸收沖擊能量，緩和機(jī)器的振動(dòng)和沖擊作吸收沖擊能量，緩和機(jī)器的振動(dòng)和沖擊作用，或存儲(chǔ)能量完成事先規(guī)定的動(dòng)作。用，或存儲(chǔ)能量完成事先規(guī)定的動(dòng)作。 一、工作條件與性能要求一、工作條件與性能要求 在動(dòng)載荷（沖擊、振動(dòng)、交變應(yīng)力、彎曲、扭在動(dòng)載荷（沖擊、振動(dòng)、交變應(yīng)力、彎曲、扭轉(zhuǎn)）作用下起到緩和沖擊

32、力，或控制零件某一轉(zhuǎn)）作用下起到緩和沖擊力，或控制零件某一工作過程的作用。工作過程的作用。l高的彈性極限高的彈性極限 l高的疲勞強(qiáng)度高的疲勞強(qiáng)度l足夠的塑性和韌性足夠的塑性和韌性 l導(dǎo)電、無磁、耐高溫和耐腐蝕導(dǎo)電、無磁、耐高溫和耐腐蝕l有一定的淬透性等有一定的淬透性等1 1成分與合金化成分與合金化 中、高碳素鋼或低合金鋼中、高碳素鋼或低合金鋼 (1) 提高淬透性：提高淬透性：Cr、Mn、Si、Mo (2) 細(xì)化奧氏體晶粒：細(xì)化奧氏體晶粒：V、Nb (3) 提高抗回火穩(wěn)定性：提高抗回火穩(wěn)定性：Cr、Mo、V、Nb (4) 提高彈性極限：提高彈性極限：Si（強(qiáng)化鐵素體）（強(qiáng)化鐵素體） 二、成分、合

33、金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼 C% C% 0.60%1.05% 0.60%1.05% 6565，7070，7575，8080，85 85 具有較高的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)捻g性，但淬透具有較高的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)捻g性，但淬透性低；性低； 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種低合金彈簧鋼低合金彈簧鋼1. 成分 0.450.45-0.75-0.75 C C加入加入 SiSi、MnMn、CrCr、V V，WW，MoMo，Nb Nb Si Si 主要提高彈性極限主要提高彈性極限 Cr Cr, , Mn Mn 主要是提高淬透性主要是提高淬透性 V,

34、Mo, Nb V, Mo, Nb 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒, ,提高淬透性提高淬透性為保證彈簧有高疲勞壽命，要求鋼的純凈度高，為保證彈簧有高疲勞壽命，要求鋼的純凈度高，非金屬夾雜物少，表面質(zhì)量高非金屬夾雜物少，表面質(zhì)量高 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種2組織組織經(jīng)淬火和中溫回火后得到經(jīng)淬火和中溫回火后得到回火屈氏體回火屈氏體組織。組織。3常用鋼種常用鋼種 1）Mn彈簧鋼：彈簧鋼： 60Mn，65Mn 2）MnSi彈簧鋼：彈簧鋼：55Si2Mn，60Si2MnA 3）Cr彈簧鋼：彈簧鋼： 50CrMn， 50CrVA, 50CrMnVA (使用使用T300 ) 4）耐熱

35、彈簧：）耐熱彈簧： 30W4Cr2VA (可達(dá)可達(dá)500） 5）耐蝕彈簧：）耐蝕彈簧： 3Cr13, 4Cr13, 1Cr18Ni9Ti 溫度溫度400 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種1）Mn彈簧鋼彈簧鋼 65Mn： (1) 價(jià)格便宜，強(qiáng)度較低，制作尺寸小的彈簧。價(jià)格便宜，強(qiáng)度較低，制作尺寸小的彈簧。 (2) 有過熱傾向，淬透性較低，有回火脆性傾有過熱傾向，淬透性較低，有回火脆性傾向。向。 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種2）MnSi彈簧鋼彈簧鋼 55Si2Mn、60Si2Mn： (1) 淬透性顯著提高，淬透性顯著提高，2025

36、mm，油淬。，油淬。 (2) 鐵素體顯著強(qiáng)化，屈強(qiáng)比鐵素體顯著強(qiáng)化，屈強(qiáng)比0.8-0.9。 (3) 易脫碳，易石墨化，有回火脆性。易脫碳，易石墨化，有回火脆性。 制作汽車、拖拉機(jī)、鐵路車輛上在高應(yīng)力作用下的制作汽車、拖拉機(jī)、鐵路車輛上在高應(yīng)力作用下的彈簧。彈簧。 55SiMnVB：中截面彈簧，降中截面彈簧，降Si并采用硼增加淬透性。并采用硼增加淬透性。 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種3）鉻彈簧鋼）鉻彈簧鋼 50CrV，50CrMn，60Si2Cr： (1) 淬透性提高，油中淬透淬透性提高，油中淬透5080mm。 (2) 沒有晶粒長(zhǎng)大傾向，沒有石墨化傾向，不易脫

37、沒有晶粒長(zhǎng)大傾向，沒有石墨化傾向，不易脫碳。碳。 (3) 工作溫度較高，工作溫度較高，300 ，制作大型高負(fù)荷彈簧。，制作大型高負(fù)荷彈簧。 二、成分、合金化、組織與常用鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種4）無鉻彈簧鋼）無鉻彈簧鋼 55SiMnMoV，55SiMnMoVNb： 大截面彈簧。淬透性高，無回火脆性?；鼗鸱€(wěn)定大截面彈簧。淬透性高，無回火脆性?；鼗鸱€(wěn)定性高，晶粒細(xì)化。可用于重載彈簧。性高，晶粒細(xì)化?？捎糜谥剌d彈簧。 5）耐熱彈簧鋼）耐熱彈簧鋼 30W4Cr2VA： 10501100 淬火，淬火，550650 回火?？稍诨鼗稹？稍?00 以下使用。以下使用。 二、成分、合金化、組織與常用

38、鋼種二、成分、合金化、組織與常用鋼種三、彈簧鋼的熱處理特點(diǎn)三、彈簧鋼的熱處理特點(diǎn)(一一) 熱軋彈簧鋼的熱處理特點(diǎn)熱軋彈簧鋼的熱處理特點(diǎn) 1、采用、采用淬火加中溫回火淬火加中溫回火，得，得回火屈氏體回火屈氏體組織。組織?；鼗鸷罂炖?。回火后快冷。 2、注意防止表面脫碳。、注意防止表面脫碳。 55Si2Mn的疲勞強(qiáng)度的疲勞強(qiáng)度-1： 未脫碳：未脫碳：700 MPa；脫碳：；脫碳：410 MPa；嚴(yán)重脫；嚴(yán)重脫碳：碳：320 MPa。 (二二) 冷拉（軋）彈簧鋼的熱處理特點(diǎn)冷拉（軋）彈簧鋼的熱處理特點(diǎn) 1、先通過冷成型或熱處理強(qiáng)化方法獲得強(qiáng)度、先通過冷成型或熱處理強(qiáng)化方法獲得強(qiáng)度高、塑性好的易于冷拉的

39、索氏體組織；高、塑性好的易于冷拉的索氏體組織； 2、然后再用冷成型方法制造一定形狀的彈簧；、然后再用冷成型方法制造一定形狀的彈簧；3、冷成型后需進(jìn)行、冷成型后需進(jìn)行200400 低溫回火，以去低溫回火，以去除應(yīng)力。除應(yīng)力。 三、彈簧鋼的熱處理特點(diǎn)三、彈簧鋼的熱處理特點(diǎn) 彈簧的表面質(zhì)量對(duì)其彈簧的表面質(zhì)量對(duì)其壽命影響很大壽命影響很大表面表面承受的應(yīng)力最大承受的應(yīng)力最大 提高表面質(zhì)量的方法提高表面質(zhì)量的方法:l 防止表面脫碳；防止表面脫碳；l 避免表面缺陷； l 進(jìn)行噴丸處理，使表 面產(chǎn)生壓應(yīng)力,壽命提 高26倍。板簧噴丸處理示意圖板簧噴丸處理示意圖四、彈簧鋼的表面強(qiáng)化四、彈簧鋼的表面強(qiáng)化 機(jī)械制造

40、結(jié)構(gòu)鋼：機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼： 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼彈簧鋼 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 滲碳鋼滲碳鋼 氮化鋼氮化鋼 低淬透性鋼低淬透性鋼 耐磨鋼耐磨鋼特大型軸承特大型軸承大型圓錐滾子軸承大型圓錐滾子軸承 離合器分離軸承離合器分離軸承 各類標(biāo)準(zhǔn)軸承各類標(biāo)準(zhǔn)軸承 四列圓錐滾子軸承四列圓錐滾子軸承 輪轂軸承輪轂軸承 l軸承工作時(shí)軸承工作時(shí), 承受接觸應(yīng)力承受接觸應(yīng)力(最大接觸壓應(yīng)力可達(dá)最大接觸壓應(yīng)力可達(dá)30005000MPa)、周期性交、周期性交變，載荷變，載荷(頻率達(dá)數(shù)萬次頻率達(dá)數(shù)萬次/分分)和摩擦。和摩擦。 圓柱滾圓柱滾子軸承子軸承用于制造軸承套和

41、滾動(dòng)體的專用鋼種。用于制造軸承套和滾動(dòng)體的專用鋼種。一、工作特點(diǎn)及性能要求一、工作特點(diǎn)及性能要求1. 受力情況受力情況2. 破壞形式破壞形式 主要是主要是接觸疲勞接觸疲勞破壞，其次是破壞，其次是磨損磨損。(1) 在接觸表面下在接觸表面下0.786b處產(chǎn)生疲勞裂紋。處產(chǎn)生疲勞裂紋。 b- 滾動(dòng)體與套圈接觸帶的寬度。滾動(dòng)體與套圈接觸帶的寬度。內(nèi)因：內(nèi)因：此次處切應(yīng)力達(dá)到最大值，使回火馬氏此次處切應(yīng)力達(dá)到最大值，使回火馬氏體在切應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。體在切應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。 強(qiáng)度降低。強(qiáng)度降低。 比容減小，引起附加張應(yīng)力。比容減小，引起附加張應(yīng)力。一、工作特點(diǎn)及性能要求一、工作特點(diǎn)及

42、性能要求外因：外因：存在非金屬夾雜和粗大碳化物。存在非金屬夾雜和粗大碳化物。(2) 疲勞裂紋的擴(kuò)展疲勞裂紋的擴(kuò)展 裂紋沿切應(yīng)力方向發(fā)展，擴(kuò)展方向與表面裂紋沿切應(yīng)力方向發(fā)展，擴(kuò)展方向與表面呈呈45夾角，沿內(nèi)部組織、成分、應(yīng)力不均夾角，沿內(nèi)部組織、成分、應(yīng)力不均勻區(qū)延伸至表面。勻區(qū)延伸至表面。一、工作特點(diǎn)及性能要求一、工作特點(diǎn)及性能要求一、工作特點(diǎn)及性能要求一、工作特點(diǎn)及性能要求 高而均勻的硬度和耐磨性。高而均勻的硬度和耐磨性。 高的高的 b和接觸疲勞強(qiáng)度。和接觸疲勞強(qiáng)度。 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。 尺寸穩(wěn)定性好尺寸穩(wěn)定性好 一定的耐蝕性一定的耐蝕性 具有良好的冷、

43、熱加工性具有良好的冷、熱加工性3. 性能要求性能要求1、碳濃度均勻的混合型回火馬氏體、碳濃度均勻的混合型回火馬氏體 (1) 回火馬氏體的回火馬氏體的C含量含量0.45%，為板條馬氏體，為板條馬氏體和片狀馬氏體混合物時(shí)疲勞壽命最高。和片狀馬氏體混合物時(shí)疲勞壽命最高。 C量低馬氏體強(qiáng)度低；量低馬氏體強(qiáng)度低；C量高馬氏體脆性大。量高馬氏體脆性大。 (2) 馬氏體中碳濃度均勻可阻止裂紋擴(kuò)展。馬氏體中碳濃度均勻可阻止裂紋擴(kuò)展。 高碳區(qū)脆性大，低碳區(qū)強(qiáng)度低，裂紋通常沿高高碳區(qū)脆性大，低碳區(qū)強(qiáng)度低，裂紋通常沿高碳區(qū)和低碳區(qū)的交界處擴(kuò)展。碳區(qū)和低碳區(qū)的交界處擴(kuò)展。二、軸承鋼的顯微組織要求二、軸承鋼的顯微組織要

44、求二、軸承鋼的顯微組織要求二、軸承鋼的顯微組織要求2、數(shù)量為、數(shù)量為8%的未溶碳化物的未溶碳化物 (1) 均勻分布、顆粒細(xì)小、大小勻稱。均勻分布、顆粒細(xì)小、大小勻稱。 (2) 提高耐磨性，淬火加熱時(shí)細(xì)化奧氏體。提高耐磨性，淬火加熱時(shí)細(xì)化奧氏體。 3、少量殘余奧氏體、少量殘余奧氏體 可阻礙裂紋形成和擴(kuò)展可阻礙裂紋形成和擴(kuò)展 (1) 吸收應(yīng)變能，減少應(yīng)力集中。吸收應(yīng)變能，減少應(yīng)力集中。 (2) 產(chǎn)生加工硬化和相變強(qiáng)化。產(chǎn)生加工硬化和相變強(qiáng)化。 (3)殘奧過多使硬度和耐磨性殘奧過多使硬度和耐磨性 ，并影響尺寸穩(wěn)定，并影響尺寸穩(wěn)定性。性。 二、軸承鋼的顯微組織要求二、軸承鋼的顯微組織要求4、淬火晶粒度

45、在、淬火晶粒度在8-9級(jí)級(jí) (1) 細(xì)化馬氏體組織，改善碳濃度均勻性。細(xì)化馬氏體組織，改善碳濃度均勻性。 (2) 提高強(qiáng)度和韌性。提高強(qiáng)度和韌性。 (3) 提高抗裂紋擴(kuò)展能力。提高抗裂紋擴(kuò)展能力。 為了滿足軸承鋼的性能要求，對(duì)軸承鋼來說，為了滿足軸承鋼的性能要求，對(duì)軸承鋼來說，正確的化學(xué)成分正確的化學(xué)成分、高的冶金質(zhì)量高的冶金質(zhì)量和和合理的加合理的加工處理工藝工處理工藝是三個(gè)關(guān)鍵因素。是三個(gè)關(guān)鍵因素。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量 軸承鋼由于冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占軸承鋼由于冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占65%，疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展均與冶金質(zhì)量有，疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展均與冶金質(zhì)量有關(guān)。關(guān)

46、。（一）對(duì)軸承鋼冶金質(zhì)量的要求（一）對(duì)軸承鋼冶金質(zhì)量的要求 1. 純凈：純凈：雜質(zhì)元素和夾雜物含量要低。雜質(zhì)元素和夾雜物含量要低。 2.組織均勻：組織均勻：非金屬夾雜物和碳化物應(yīng)當(dāng)細(xì)非金屬夾雜物和碳化物應(yīng)當(dāng)細(xì)小和均勻分布。小和均勻分布。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(二二) 軸承鋼中的非金屬夾雜物軸承鋼中的非金屬夾雜物 1.危害危害 破壞了金屬的連續(xù)性，在交變應(yīng)力作用下，破壞了金屬的連續(xù)性，在交變應(yīng)力作用下，易于易于引起應(yīng)力集中引起應(yīng)力集中，成為，成為疲勞裂紋源疲勞裂紋源，顯著，顯著降低疲勞壽命。降低疲勞壽命。 2.影響影響 與數(shù)量、類型、大小、形態(tài)和分布有關(guān)，與數(shù)量、類型、大小、形

47、態(tài)和分布有關(guān)，需綜合考慮。需綜合考慮。 (1) 雜物的尺寸越大，危害也越大。雜物的尺寸越大，危害也越大。 2030 m，急劇降低疲勞壽命。，急劇降低疲勞壽命。 (2) 夾雜物的熱塑性及熱膨脹系數(shù)小，危害大。夾雜物的熱塑性及熱膨脹系數(shù)小，危害大。 危害程度：剛玉點(diǎn)狀?yuàn)A雜物半塑性?shī)A雜危害程度：剛玉點(diǎn)狀?yuàn)A雜物半塑性?shī)A雜物塑性硅酸鹽。物塑性硅酸鹽。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化三、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化夾雜物的塑性低，熱膨脹系數(shù)小將導(dǎo)致：夾雜物的塑性低，熱膨脹系數(shù)小將導(dǎo)致： 鋼變形時(shí)不能隨之發(fā)生塑性變形，在鋼發(fā)生熱塑鋼變形時(shí)不能隨之發(fā)生塑性變形，在鋼發(fā)生熱塑性流動(dòng)時(shí)會(huì)劃傷基體，造成夾雜物邊緣出現(xiàn)裂紋

48、或空性流動(dòng)時(shí)會(huì)劃傷基體，造成夾雜物邊緣出現(xiàn)裂紋或空洞。洞。 交變應(yīng)力作用下基體變形，夾雜物不易變形，可交變應(yīng)力作用下基體變形，夾雜物不易變形，可導(dǎo)致夾雜物與基體界面脫開而開裂。導(dǎo)致夾雜物與基體界面脫開而開裂。 夾雜物熱膨脹系數(shù)小于基體，冷卻時(shí)使基體產(chǎn)生夾雜物熱膨脹系數(shù)小于基體，冷卻時(shí)使基體產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋。殘余拉應(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(3) 夾雜物的數(shù)量越多，壽命越低。夾雜物的數(shù)量越多，壽命越低。 (4) 夾雜物的形態(tài)及分布夾雜物的形態(tài)及分布 形態(tài)：形態(tài)：細(xì)條狀塑性?shī)A雜物危害較小，棱細(xì)條狀塑性?shī)A雜物危害較小，棱角鋒銳的脆性?shī)A雜物危害最大。角鋒銳的

49、脆性?shī)A雜物危害最大。 分布：分布：分布均勻危害小。分布均勻危害小。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量3、消除、消除 (1) 鋼液徹底脫氧，減少夾雜物。鋼液徹底脫氧，減少夾雜物。 (2) 使產(chǎn)生的夾雜物上浮。使產(chǎn)生的夾雜物上浮。 用用Al脫氧，生成脫氧，生成Al2O3界面張力大，上浮比界面張力大，上浮比Mn，Si脫氧快。脫氧快。 (3) 保留合適的殘余保留合適的殘余Al量。量。 殘余殘余0.02%Al時(shí)，夾雜物最少。時(shí)，夾雜物最少。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(4) 采用采用真空熔煉，電渣重熔，爐外精煉，真真空熔煉，電渣重熔，爐外精煉，真空脫氣空脫氣等新冶煉技術(shù)和工藝。等新

50、冶煉技術(shù)和工藝。 (5) 利用硫化物夾雜減弱利用硫化物夾雜減弱Al2O3夾雜的影響。夾雜的影響。 適當(dāng)提高鋼中含適當(dāng)提高鋼中含S量，在鋼液凝固前，以懸量，在鋼液凝固前，以懸浮于鋼液中的細(xì)小剛玉浮于鋼液中的細(xì)小剛玉(Al2O3)晶體為核心，晶體為核心，析出析出MnS，相當(dāng)于用塑性?shī)A雜物把脆性?shī)A雜，相當(dāng)于用塑性?shī)A雜物把脆性?shī)A雜物包圍起來。物包圍起來。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(三三) 軸承鋼的碳化物不均勻性軸承鋼的碳化物不均勻性 1、網(wǎng)狀碳化物、網(wǎng)狀碳化物 (1) 形成形成 終軋溫度過高；軋后冷卻速度過慢。終軋溫度過高；軋后冷卻速度過慢。是從奧氏體晶界析出的二次碳化物。是從奧氏體晶

51、界析出的二次碳化物。 (2) 預(yù)防：預(yù)防：控制軋制工藝參數(shù)?？刂栖堉乒に噮?shù)。 (3) 消除：消除：正火處理。正火處理。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量網(wǎng)狀網(wǎng)狀K 2、帶狀碳化物、帶狀碳化物 (1) 形成形成 鋼錠有枝晶偏析，在各枝晶之間富集鋼錠有枝晶偏析，在各枝晶之間富集C和和Cr，熱加工時(shí)枝晶偏析區(qū)被拉長(zhǎng)，富，熱加工時(shí)枝晶偏析區(qū)被拉長(zhǎng)，富C和富和富Cr的偏析區(qū)域析出較多的碳化物，沿著軋制的偏析區(qū)域析出較多的碳化物，沿著軋制方向呈帶狀分布，形成帶狀碳化物。是從奧方向呈帶狀分布，形成帶狀碳化物。是從奧氏體中析出的二次碳化物。氏體中析出的二次碳化物。 (2) 消除：消除：擴(kuò)散退火。擴(kuò)散退

52、火。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量帶狀帶狀K 3、液析碳化物、液析碳化物 (1) 形成形成 鋼液在凝固時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重枝晶偏析，使局部鋼液在凝固時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重枝晶偏析，使局部地區(qū)達(dá)到共晶成分。當(dāng)共晶液量很少時(shí)，產(chǎn)地區(qū)達(dá)到共晶成分。當(dāng)共晶液量很少時(shí)，產(chǎn)生離異共晶，粗大的共晶碳化物從共晶組織生離異共晶，粗大的共晶碳化物從共晶組織中離異出來，經(jīng)軋制后被拉成條帶狀。由于中離異出來，經(jīng)軋制后被拉成條帶狀。由于是由液態(tài)共晶反應(yīng)形成的，故稱液析碳化物。是由液態(tài)共晶反應(yīng)形成的，故稱液析碳化物。 (2) 消除：消除：高溫?cái)U(kuò)散退火。高溫?cái)U(kuò)散退火。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量液析液析K 4、碳化物不

53、均勻的危害、碳化物不均勻的危害 (1) 淬火組織和硬度不均勻；淬火組織和硬度不均勻； (2) 機(jī)械性能呈各向異性；機(jī)械性能呈各向異性； (3) 降低接觸疲勞強(qiáng)度。降低接觸疲勞強(qiáng)度。 三、軸承鋼的冶金質(zhì)量三、軸承鋼的冶金質(zhì)量GCr15鋼淬火回火態(tài)，隱晶鋼淬火回火態(tài)，隱晶MK 網(wǎng)狀網(wǎng)狀K 帶狀帶狀K 液析液析K (一一) 高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分 GCr15在國(guó)內(nèi)外廣泛使用，占總量在國(guó)內(nèi)外廣泛使用，占總量90%以上。以上。 1、高碳：、高碳：0.951.05% C 保證馬氏體的碳含量和未溶碳化物的數(shù)量。保證馬氏體的碳含量和未溶碳化物的數(shù)量。 2、以鉻作為基本的合金元素：、以鉻作

54、為基本的合金元素：1.65%以下。以下。 (1) 提高淬透性。提高淬透性。 (2) Cr溶于滲碳體中形成比較穩(wěn)定的細(xì)小且溶于滲碳體中形成比較穩(wěn)定的細(xì)小且均勻分布的均勻分布的(Fe, Cr)3C顆粒，加熱時(shí)溶解慢。顆粒，加熱時(shí)溶解慢。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼3、Mo，Mn，Si，V 進(jìn)一步增加淬透性，用以制作大型軸承。進(jìn)一步增加淬透性，用以制作大型軸承。 4、嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素、嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素S、P和殘余元素和殘余元素Ni、Cu的含量。的含量。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼（二）高碳鉻軸承鋼的熱處理（二）高碳鉻軸承鋼的熱處理 1. 軸承鋼的球化退火軸承鋼的球化退火 1）目的）目的

55、獲得均勻細(xì)粒狀珠光體組織。獲得均勻細(xì)粒狀珠光體組織。 (1) 降低硬度，便于切削加工；降低硬度，便于切削加工； (2) 為淬火作組織準(zhǔn)備；為淬火作組織準(zhǔn)備； (3) 消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和沖壓消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和沖壓加工。加工。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼2）球化退火工藝）球化退火工藝 (1) 加熱溫度：加熱溫度：780-810 。 控制加熱溫度是控制碳化物形態(tài)的關(guān)鍵。控制加熱溫度是控制碳化物形態(tài)的關(guān)鍵。 溫度過高：溫度過高：碳化物溶解過多，奧氏體成分碳化物溶解過多，奧氏體成分均勻，得到粗片珠光體或大塊聚集碳化物。均勻，得到粗片珠光體或大塊聚集碳化物。 溫度過低

56、：溫度過低：碳化物沒完全溶解和團(tuán)聚，奧碳化物沒完全溶解和團(tuán)聚，奧氏體中成分極不均勻，得到片狀或細(xì)小鏈狀碳氏體中成分極不均勻，得到片狀或細(xì)小鏈狀碳化物?；铩?四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼(2) 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間：4-6 h，依具體情況而定。，依具體情況而定。 (3) 冷卻速度冷卻速度 連續(xù)冷卻：連續(xù)冷卻：20-30 /h； 等溫冷卻：等溫冷卻：700 等溫等溫2-4h； 冷卻速度是控制碳化物彌散度的關(guān)鍵。冷卻速度是控制碳化物彌散度的關(guān)鍵。 冷速快：冷速快：大量細(xì)密的碳化物。大量細(xì)密的碳化物。 冷速慢：冷速慢：碳化物顆粒粗大。碳化物顆粒粗大。 合適硬度：合適硬度：HB205-215。 四、

57、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼2. 軸承鋼正火軸承鋼正火 1）正火目的）正火目的 (1) 消除網(wǎng)狀碳化物；消除網(wǎng)狀碳化物； (2) 返修退火不合格品。返修退火不合格品。 2）正火工藝）正火工藝 (1) 930950 加熱：消除粗大網(wǎng)狀加熱：消除粗大網(wǎng)狀K。 (2) 850870 加熱：返修，消除細(xì)網(wǎng)狀加熱：返修，消除細(xì)網(wǎng)狀K。 (3) 冷卻：速度冷卻：速度50 /min。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼3. 軸承鋼的淬火和回火軸承鋼的淬火和回火 1）淬火加熱溫度：）淬火加熱溫度：830-860 是控制淬火質(zhì)量的重要因素。是控制淬火質(zhì)量的重要因素。 (1) 溫度過高：溫度過高：碳化物溶解得過多，

58、馬氏體粗碳化物溶解得過多，馬氏體粗大，殘余奧氏體過多，未溶碳化物少。大，殘余奧氏體過多，未溶碳化物少。 (2) 溫度過低：溫度過低：碳化物溶解過少，馬氏體含碳碳化物溶解過少，馬氏體含碳低，出現(xiàn)非馬氏體組織，未溶碳化物多。低，出現(xiàn)非馬氏體組織，未溶碳化物多。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼2）防止脫）防止脫C 采用真空淬火或者保護(hù)氣氛加熱。采用真空淬火或者保護(hù)氣氛加熱。 3）冷卻）冷卻 (1) 650250 必須快冷，不發(fā)生必須快冷，不發(fā)生B和和P轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 (2) 250 以下必須慢冷，減少變形開裂。以下必須慢冷，減少變形開裂。 (3) 冷卻方式：冷卻方式： D12mm，蘇打水。，蘇打水。

59、 薄壁套圈：分級(jí)淬火：薄壁套圈：分級(jí)淬火：120-180 ，2-5min 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼4）回火）回火 (1) 160 ，3 h或更長(zhǎng)。或更長(zhǎng)。 (2) 消除殘余應(yīng)力，提高韌性，提高組織尺消除殘余應(yīng)力，提高韌性，提高組織尺寸穩(wěn)定性。寸穩(wěn)定性。 5）穩(wěn)定化處理）穩(wěn)定化處理 (1) 淬火后立即冷處理（淬火后立即冷處理（-40-70 ）。）。 (2) 消除殘余奧氏體，保證尺寸穩(wěn)定。消除殘余奧氏體，保證尺寸穩(wěn)定。 四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼6）磨削后回火）磨削后回火 (1) 120150 ，35 h。 (2) 消除磨削應(yīng)力，防止尺寸變化和龜裂消除磨削應(yīng)力，防止尺寸變化和龜裂 熱

60、處理：熱處理： 球化退火球化退火+淬火淬火+低溫回火低溫回火四、高碳鉻軸承鋼四、高碳鉻軸承鋼 組織：組織： M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量)1、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo 最高工作溫度不超過最高工作溫度不超過180 ，含抗回火穩(wěn)定，含抗回火穩(wěn)定性元素性元素Si、Mo、V、Al的低合金軸承鋼工作溫的低合金軸承鋼工作溫度也不超過度也不超過260 。 五、典型軸承鋼五、典型軸承鋼2、Cr4Mo4V、Cr15Mo4、Cr14Mo4V 高溫軸承鋼。含大量高溫軸承鋼。含大量W、Mo、Cr、V等碳等碳化物形成元素，回火穩(wěn)定性高，高溫回火產(chǎn)生化物形成元素，回火穩(wěn)定性高，