汽車用鋼鐵材料—合金鋼-合金結(jié)構(gòu)鋼【嚴(yán)選薈萃】

1、一、常存雜質(zhì)元素對鋼性能的影響,答：鋼中常存雜質(zhì)有錳、硅、硫、磷. 其中：錳、硅是有益元素；硫磷是有害元素。 硫產(chǎn)生熱脆；磷產(chǎn)生冷脆。,二、常用碳素鋼,2.Q235、08F、45、65Mn、T10A、ZG270-500 分別是哪類鋼？,問題回顧碳素鋼,1. 鋼中常存雜質(zhì)有哪些？哪些是有益元素？哪些是有害元素？,答：Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 08F、45、65Mn優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 T10A高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 ZG270-500 碳素鑄鋼,1,【案例2-4】,在日常生活中，我們市場上買的低價菜刀或工具容易生銹、磨損或折斷，而價格高、質(zhì)量好的卻不易發(fā)生上述現(xiàn)象呢,2,任務(wù)2.4 合金鋼,合金鋼的優(yōu)點,有

2、利于汽車實現(xiàn)輕量化。,（2）高的淬透性及回火穩(wěn)定性,因其淬透性好，可用油淬，不易變形、開裂，適于形狀復(fù)雜的零件。,（3）特殊性能：耐高（低）溫、耐腐蝕、耐磨損等性能。,缺點：冶煉、加工工藝復(fù)雜，成本高.,（1）高強度高韌性,合金鋼之所以有以上優(yōu)點，是合金元素的作用,Q235： s=235 Mpa,16 Mn：S=345 Mpa,45：D0=（10-18）,40Cr：D0=（20-36）,適于制造尺寸大的零件。,汽車上的重要零件大多采用合金鋼制造。,3,2.4.1 合金鋼的分類及牌號,（1）按用途分類,1)合金結(jié)構(gòu)鋼制造各種重要機械零件和工程結(jié)構(gòu)。 2)合金工具鋼制造各種重要的加工工具，如刃具、

3、量具和模具等。 3)特殊性能鋼制造具有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機械零件。,1)低合金鋼合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%。 2)中合金鋼合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%10%。 3)高合金鋼合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%。,（2）按合金元素的含量分類,1. 合金鋼的分類,（3）按合金元素的種類分,4,Wc的“萬”分之幾,合金結(jié)構(gòu)鋼, Me 數(shù)字（ Me 數(shù)字 ） A(E),所加合金元素,合金元素 百分含量,例：16Mn 20CrMnTi 38CrMoAlA 40Cr 60Si2Mn,高級優(yōu)質(zhì)或特級優(yōu)質(zhì),2.合金鋼鋼的牌號：,數(shù)字 + 元素符號 + 數(shù)字 + +A（E）,5,例：9SiCr 5CrMnMo 3Cr2

4、W8V CrWMn Cr12MoV,特殊情況：高速鋼中，Wc1%有時也不標(biāo)出 如：W18Cr4V,數(shù)字 Me 數(shù)字（ Me 數(shù)字 ）,合金工具鋼,Wc1% “千”分之幾Wc1% 不標(biāo),所加合金元素,合金元素 百分含量,2.合金鋼鋼的牌號：,特例：滾動軸承鋼中： 碳含量不標(biāo)出； “Cr”用其“千”分之幾表示。 如：GCr15中，15表示平均Cr含量為1.5%,6,數(shù)字 Me 數(shù)字（ Me 數(shù)字 ）,Wc “千”分之幾 Wc 0.1%，以“0”表示 Wc 0.03%，以“00”表示,特殊性能鋼,例： 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti,2.合金鋼鋼的牌號：,7,2.4.2 合金結(jié)構(gòu)鋼,1

5、低合金高強度鋼 2合金滲碳鋼 3. 合金調(diào)質(zhì)鋼 4. 合金彈簧鋼 5. 滾動軸承鋼,用途工作條件性能要求成分處理條件性能,8,帶著問題去學(xué)習(xí),9,用途用于強度較高的大型金屬結(jié)構(gòu),如：橋梁、船舶、車輛（載重汽車大梁） 壓力容器（鍋爐），輸油、輸氣管道等。,1低合金高強度鋼,10,工作條件, 不作相對運動，長期承受靜載荷； 鍋爐：使用溫度可達250以上； 有一定溫度要求 橋梁、載重汽車大梁：冬天要承受低溫； 耐腐蝕橋梁、船舶：承受大氣和海水的侵蝕。, 較高的強度和良好的塑韌性；S=300460Mpa，而普碳鋼S=275Mpa； 低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（-40-50）； 耐蝕性好； 良好的焊接性和冷成型性

6、；,性能要求,1低合金高強度鋼,11,成分特點：,低合金(WMe 3% ),低C(Wc 0.2% ),保證鋼的塑性、韌性，焊接性和冷成形性能,Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re, 產(chǎn)生固溶強化，提高 F 的強度 (Mn、Si) 產(chǎn)生彌散強化，細(xì)化晶粒(V、Ti、Nb) ，提高s、b、ak 增加P，并使之細(xì)化(Mn) 提高耐蝕性(Cu、P) 脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能(Re),因碳和合金元素的作用，在承受相同載荷的前提下，合金鋼可以比碳鋼減輕20-30%的重量，有利于汽車的輕量化。,1低合金高強度鋼,H He Li Be B (氫 氦 鋰 鈹 硼),C N O F Ne(

7、碳 氮 氧 氟 氖),Na Mg Al Si P (鈉 鎂 鋁 硅 磷),S Cl Ar K Ca (硫 氯 氬 鉀 鈣),Sc Ti V Cr Mn (鈧 鈦 釩 鉻 錳),Fe Co Ni Cu Zn (鐵 鈷 鎳 銅 鋅),12,1低合金高強度鋼,Q235,Q345,Q420,Q460E,110mm厚的Q460E鋼材4.2萬噸！,13,14,表2-15 常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用,五菱榮光前保險杠,15,用途,載重汽車變速箱齒輪,汽車、拖拉機的變速齒輪，汽車后橋齒輪，工程機械的傳動齒輪、凸輪軸、活塞銷、氣門挺桿,2合金滲碳鋼,汽車后橋齒輪,16,表面：高的硬度、耐磨性和接觸疲勞

8、強度 心部：應(yīng)有較高的韌性和塑性、足夠的強度 在高的滲碳溫度下奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性,表面受強烈磨損 承受沖擊載荷及交變應(yīng)力作用,性能要求,工作條件,2合金滲碳鋼,17,低碳：0.100.25%C 加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn、B 加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素：Ti、V、W、Mo,成分特點,熱處理,預(yù)先熱處理正火：提高硬度，改善切削加工性； 最終熱處理滲碳：提高表面含碳量（WC=0.85-1.05%） 淬火+低回：提高表面硬度和耐磨性， 心部仍有較高的強韌性。,2合金滲碳鋼,18,低淬透性合金滲碳鋼15Cr、20Cr、20MnV 用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪

9、軸 中淬透性合金滲碳鋼20CrMnTi、20MnVB 用于中等載荷的耐磨件，如汽車變速箱齒輪。 高淬透性合金滲碳鋼18Cr2NiWA 20Cr2Ni4A 用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。,活塞銷( 20Cr ),變速箱齒輪,常用牌號及應(yīng)用,汽車半軸齒輪,氣門挺桿,柴油機曲軸,2合金滲碳鋼,19,用途汽車、機床和某些機器上受力復(fù)雜的重要零件,如：汽車后橋半軸、發(fā)動機連桿，機床齒輪、機床主軸，高強度螺栓等,奔馳連桿,汽車后橋半軸,機床齒輪,機床主軸,高強度螺栓,3合金調(diào)質(zhì)鋼,20,具有良好的綜合力學(xué)性能,在多種載荷復(fù)合作用下工作的，受力比較復(fù)雜；,性能要求,工作條件,中 碳 （0.25%0.50

10、%） 低合金（3.5 % ）,成分特點,保證鋼的綜合力學(xué)性能,3合金調(diào)質(zhì)鋼,21,加工工藝路線： 下料鍛造預(yù)備熱處理粗加工調(diào)質(zhì) 精加工 最終熱處理 裝配 調(diào)質(zhì)目的： 獲得綜合力學(xué)性能好的回火索氏體 為表面淬火作組織準(zhǔn)備；,正火或退火,淬火+高溫回火,表面淬火+低回,回火索氏體,3合金調(diào)質(zhì)鋼,22,低淬透性（40Cr、40MnB） 用于小尺寸的重要件，如齒輪、軸、螺栓 中淬透性（ 40CrNi 、35CrMo ） 用于大中型重要件，如曲軸、連桿。 高淬透性（ 40CrNiMo、38CrMoAlA) 用于大截面重載零件，如汽輪機主軸和葉輪,常用牌號及應(yīng)用,連桿,螺栓,汽車曲軸,汽輪機主軸,汽輪機葉

11、輪,螺桿,3合金調(diào)質(zhì)鋼,機床齒輪,23,用途制造機器和儀表中各種彈性元件 。,如：汽車、火車上的減震板簧、螺旋彈簧；鐘表的發(fā)條；彈性擋圈,4合金彈簧鋼,鐘表發(fā)條,彈性擋圈,重型汽車板簧,24, 彈簧具有足夠彈性變形能力，并承受較大的載荷。 彈簧在長期的振動和交變應(yīng)力作用下不產(chǎn)生疲勞破壞。 足夠的塑、韌性，以便于彈簧在冷態(tài)下成型和防止脆性斷裂；,利用彈性變形來吸收能量和緩沖振動的； 在沖擊、振動和交變應(yīng)力作用下工作,性能要求,工作條件,4合金彈簧鋼,25,4合金彈簧鋼,成分特點, 中高碳：（WC=0.50-0.70%），以保證足夠的彈性； Me：Mn、Si、Cr提高強度、彈性極限和淬透性； Mo

12、、W、V 細(xì)化晶粒，提高韌性。,熱軋彈簧(10mm大截面彈簧)： 熱成型淬火+中溫回火噴丸 冷軋彈簧(10mm彈簧）： 淬火+中溫回火冷成型去應(yīng)力噴丸,熱處理特點,大型熱卷彈簧,冷卷螺旋壓縮彈簧,26,低淬透性（65Mn） 用于氣門彈簧、制動室復(fù)位彈簧、 離合器壓緊彈簧等 中淬透性（ 60Si2Mn) 用于汽車鋼板彈簧、牽引鉤彈簧,常用牌號及應(yīng)用,4合金彈簧鋼,汽車板簧,一輛汽車上裝有5060種、100多件彈簧， 用于懸架、發(fā)動機、離合器、制動器等重要部位.,27,高而均勻的硬度和耐磨性 高的b和接觸疲勞強度 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性,工作條件 承受高接觸應(yīng)力(達30003500MPa) 周期性交變載荷(頻率達數(shù)萬次/分)和摩擦,用途用于制造軸承套和滾動體的專用鋼 汽車的油泵柱塞、噴油嘴、針閥等,向心 球軸承,滾針軸承,圓柱滾子軸承,性能要求,5滾動軸承鋼,28,成分特點 高碳：0.951.10%C，以滿足高硬度，高耐磨性要求 主加元素Cr（0.4-1.65%），提高淬透性。 輔加元素Mn、Si，提高淬透性,熱處理特點,球化退火 + 淬火 + 低溫回火 冷處理(-60 -80) ，時效（120140,1020h）,減少A、穩(wěn)定尺寸、去應(yīng)力,5滾動軸承鋼,29,5滾動軸承鋼,常用牌號及應(yīng)用, GCr9、GCr15用于中小型