第三章機(jī)器零件用鋼

1、第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 簡介簡介 u用途：用途：軸類、齒輪、彈簧、緊固件等。軸類、齒輪、彈簧、緊固件等。 u分類：分類：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強(qiáng) 度結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、度結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、 軸承鋼和易削鋼等。軸承鋼和易削鋼等。 u工作條件：工作條件：主要承受拉、壓、彎、扭、主要承受拉、壓、彎、扭、 沖擊、疲勞等應(yīng)力，而且通常承受幾種沖擊、疲勞等應(yīng)力，而且通常承受幾種 載荷同時(shí)作用。載荷同時(shí)作用。 3.1 機(jī)器零件用鋼的性能要求機(jī)器零件用鋼的性能要求 一、典型機(jī)械零件的服役條件、失效方法及對性能的要求一、典型機(jī)械零件的服役

2、條件、失效方法及對性能的要求 機(jī)械零件的服役條件決定了零件的使用條件及對材料性能機(jī)械零件的服役條件決定了零件的使用條件及對材料性能 的要求。（見的要求。（見P89表表3-1） 二、成分及熱處理對性能的保證二、成分及熱處理對性能的保證 成成 分分 熱熱 處處 理理 鋼的含碳量；鋼的合金化鋼的含碳量；鋼的合金化 鋼的淬火和淬火后的回火工藝鋼的淬火和淬火后的回火工藝 1 1、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn)、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn) 機(jī)械零件用鋼一般為亞共析鋼，機(jī)械零件用鋼一般為亞共析鋼，鋼中合金元素鋼中合金元素 總質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于總質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于5%5%，少數(shù)為，少數(shù)為5%10%5%10%，也就是，也就是

3、說大部分機(jī)器零件用鋼為低合金鋼和中合金鋼，說大部分機(jī)器零件用鋼為低合金鋼和中合金鋼， 鋼的質(zhì)量也為優(yōu)質(zhì)鋼或者高級優(yōu)質(zhì)鋼。鋼的質(zhì)量也為優(yōu)質(zhì)鋼或者高級優(yōu)質(zhì)鋼。 合金元素的主要作用可以歸納為：合金元素的主要作用可以歸納為： 提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性 降低鋼的過熱敏感性降低鋼的過熱敏感性 提高鋼的耐回火性提高鋼的耐回火性 消除回火脆性消除回火脆性 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

4、金化理論極限合金化理論 結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：1.2%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。或是單獨(dú)加入，或是復(fù)合加入。 鋼中加入的合金元素如下鋼中加入的合金元素如下 6 辨辨 證證 思思 維維 由于不同機(jī)器零件的服役條件和失效方由于不同機(jī)器零件的服役條件和失效方 式不同，主要的設(shè)計(jì)依據(jù)和失效判據(jù)也不式不同，主要的設(shè)計(jì)依據(jù)和失效判據(jù)也不 同，所以應(yīng)合理選擇鋼的含碳量和熱處理同，所以應(yīng)合理選擇鋼的含碳量和熱處理 工藝。工藝。 應(yīng)該明確應(yīng)該明確: : 一般情況下，某零件制造的材料并不是

5、一般情況下，某零件制造的材料并不是 唯一的；唯一的； 某一種鋼采用不同的熱處理工藝可以制某一種鋼采用不同的熱處理工藝可以制 造不同類型的零件；造不同類型的零件； 某一零件用某一材料制造，其熱處理工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。藝方法也可能是多種的。 2 2、機(jī)器零件用鋼含碳量和回火溫度、機(jī)器零件用鋼含碳量和回火溫度 低碳和中碳（合金）鋼淬火后，隨著回火溫度的升高，其低碳和中碳（合金）鋼淬火后，隨著回火溫度的升高，其 一般規(guī)律是強(qiáng)度減低，而塑韌性提高一般規(guī)律是強(qiáng)度減低，而塑韌性提高(P91圖圖3-1）。）。 低碳合金鋼低碳合金鋼的特點(diǎn)的特點(diǎn) 含碳量很低脆性較低而塑性韌

6、性足夠高含碳量很低脆性較低而塑性韌性足夠高 組織組織 位錯(cuò)型板條馬氏體位錯(cuò)型板條馬氏體+ +板條相界殘余奧氏體板條相界殘余奧氏體 + +自回火析出的碳化物。自回火析出的碳化物。 在低于在低于250250回火時(shí)，由于消除了內(nèi)應(yīng)力，彌散析回火時(shí)，由于消除了內(nèi)應(yīng)力，彌散析 出的碳化物增多以及板條相界殘留奧氏體保持不出的碳化物增多以及板條相界殘留奧氏體保持不 變，使塑性，韌性都有明顯提高，這就得到了一變，使塑性，韌性都有明顯提高，這就得到了一 個(gè)高的綜合力學(xué)性能。個(gè)高的綜合力學(xué)性能。 碳含量碳含量 碳含量碳含量 中碳合金鋼中碳合金鋼的特點(diǎn)的特點(diǎn) 含碳量較高，塑性韌性較低含碳量較高，塑性韌性較低 組織組

7、織位錯(cuò)和孿晶馬氏體混合組織位錯(cuò)和孿晶馬氏體混合組織 在低溫回火時(shí)（在低溫回火時(shí)（200-250），雖然強(qiáng)度很高，但是塑韌），雖然強(qiáng)度很高，但是塑韌 性較低（一般不建議在此溫度回火），這類鋼通常在性較低（一般不建議在此溫度回火），這類鋼通常在 550-600進(jìn)行回火，得到回火索氏體組織，與低碳進(jìn)行回火，得到回火索氏體組織，與低碳M組組 織相類似?？椣囝愃?。 高碳合金鋼高碳合金鋼的特點(diǎn)的特點(diǎn) 含碳量介于中碳和高碳之間，脆性較大含碳量介于中碳和高碳之間，脆性較大 組織組織一般為回火托氏體組織一般為回火托氏體組織 在在300回火時(shí)，由于未能消除淬火內(nèi)應(yīng)力和高碳馬氏體本回火時(shí)，由于未能消除淬火內(nèi)應(yīng)力和高

8、碳馬氏體本 身固有的脆性，所以呈現(xiàn)出脆性斷裂；大約在身固有的脆性，所以呈現(xiàn)出脆性斷裂；大約在350回火時(shí)，回火時(shí)， 呈現(xiàn)出最大的彈性極限和屈服極限，其顯微組織為回火索氏呈現(xiàn)出最大的彈性極限和屈服極限，其顯微組織為回火索氏 體。體。 碳含量碳含量 結(jié)論：結(jié)論：對于一種機(jī)械零件，根據(jù)其服役條件和性能要求，對于一種機(jī)械零件，根據(jù)其服役條件和性能要求， 可以在不同的含碳量和不同的熱處理工藝方法之間進(jìn)行可以在不同的含碳量和不同的熱處理工藝方法之間進(jìn)行 選擇。選擇。 結(jié)構(gòu)鋼碳含量、熱處理工藝及應(yīng)用的選擇（補(bǔ)充了解）結(jié)構(gòu)鋼碳含量、熱處理工藝及應(yīng)用的選擇（補(bǔ)充了解） 1、對于要求良好綜合力學(xué)性能，零件選材的途

9、徑為：、對于要求良好綜合力學(xué)性能，零件選材的途徑為： 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。軸類零件為典型。熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類零件為典型。 2、如要求更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌性?？蛇x、如要求更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌性?？蛇x 擇中碳鋼，采用低溫回火

10、工藝。如低合金中碳馬氏體擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如低合金中碳馬氏體 鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械較多鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械較多. 3、如要求高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，又要有較高、如要求高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，又要有較高 的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，進(jìn)行中溫回火。如彈的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，進(jìn)行中溫回火。如彈 簧鋼。簧鋼。 4、零件要求高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲勞性和一、零件要求高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲勞性和一 定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬火定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬火+低溫回火。如軸低溫回火。如軸 承鋼。承鋼。 3.2 常用機(jī)械零件用鋼常用機(jī)械零件用鋼 用途：用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種用

11、途：用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種 重要零件，如機(jī)床齒輪、主軸、汽車發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、重要零件，如機(jī)床齒輪、主軸、汽車發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、 螺栓等。螺栓等。 汽車萬向節(jié)汽車萬向節(jié) 齒輪齒輪 連桿連桿 曲軸曲軸 軸、桿、齒輪、彈簧等零件軸、桿、齒輪、彈簧等零件 疲勞、沖擊等疲勞、沖擊等 滿足條件的主要性能指標(biāo)：疲勞強(qiáng)度滿足條件的主要性能指標(biāo)：疲勞強(qiáng)度S、抗拉、抗拉 強(qiáng)度強(qiáng)度Rm、吸收能量、吸收能量KV、斷裂韌度、斷裂韌度KIc 調(diào)制鋼、彈簧鋼調(diào)制鋼、彈簧鋼 、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、 超高強(qiáng)度鋼等超高強(qiáng)度鋼等 作用：傳動力矩作用：傳動力矩 受力：主要承受交變扭轉(zhuǎn)、

12、彎曲力；一定的沖擊力；配合處摩受力：主要承受交變扭轉(zhuǎn)、彎曲力；一定的沖擊力；配合處摩 擦力。擦力。 一、調(diào)制鋼一、調(diào)制鋼 1工作條件（以軸類零件為例）工作條件（以軸類零件為例） (1)磨損：花鍵處，由于硬度低，耐磨性差造成的。磨損：花鍵處，由于硬度低，耐磨性差造成的。 (2)疲勞斷裂：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞疲勞斷裂：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞 2失效方式失效方式 結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)過淬火結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)過淬火+ +高溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，較高高溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，較高 的強(qiáng)韌性。適于這種熱處理的鋼叫做調(diào)制鋼，是機(jī)械零件中使的強(qiáng)韌性。適于這種熱處理的鋼叫做調(diào)制鋼，是機(jī)械零件中使 用量最大的一類鋼。用量最

13、大的一類鋼。 （1）高強(qiáng)度，尤其是高的疲勞強(qiáng)度；）高強(qiáng)度，尤其是高的疲勞強(qiáng)度； （2）高硬度、高耐磨性；）高硬度、高耐磨性； （3）塑性韌性好；）塑性韌性好； （4）良好的綜合力學(xué)性能即強(qiáng)韌性的良好配合）良好的綜合力學(xué)性能即強(qiáng)韌性的良好配合。 （5）足夠的淬透性，依靠合金化）足夠的淬透性，依靠合金化Cr、Mn、Ni、Si等。等。 （6）防止第二類回火脆，可加入）防止第二類回火脆，可加入Mo和和W，也可以快速冷卻、，也可以快速冷卻、 細(xì)化晶粒、避開脆性區(qū)。細(xì)化晶粒、避開脆性區(qū)。 （7）良好的加工性能即鍛、鑄、熱處理及切削加工性。）良好的加工性能即鍛、鑄、熱處理及切削加工性。 3力學(xué)和工藝性能要求

14、力學(xué)和工藝性能要求 調(diào)質(zhì)鋼的組織特點(diǎn)調(diào)質(zhì)鋼的組織特點(diǎn) 回火回火托氏體或者托氏體或者索氏體組織特點(diǎn)：索氏體組織特點(diǎn)： 強(qiáng)化相為彌散均勻分布的粒狀碳化物，可以保證強(qiáng)化相為彌散均勻分布的粒狀碳化物，可以保證 具有較高的塑變抗力和疲勞強(qiáng)度；組織均勻性好，具有較高的塑變抗力和疲勞強(qiáng)度；組織均勻性好， 減小了裂紋形成的可能性，所以具有良好的塑性減小了裂紋形成的可能性，所以具有良好的塑性 和韌性；基體鐵素體是從淬火和韌性；基體鐵素體是從淬火M而來的，其晶粒而來的，其晶粒 細(xì)小，使鋼的冷脆傾向減小。細(xì)小，使鋼的冷脆傾向減小。 調(diào)制鋼的含碳量在中碳范圍內(nèi)，調(diào)制處理后的組織為調(diào)制鋼的含碳量在中碳范圍內(nèi)，調(diào)制處理后

15、的組織為 在鐵素體機(jī)體上分布有細(xì)小碳化物的回火托氏體或者回火在鐵素體機(jī)體上分布有細(xì)小碳化物的回火托氏體或者回火 索氏體。索氏體。 0.250.45%C的合金鋼經(jīng)調(diào)的合金鋼經(jīng)調(diào) 質(zhì)后室溫性能變化質(zhì)后室溫性能變化 屈服強(qiáng)度相同的碳鋼和合屈服強(qiáng)度相同的碳鋼和合 金結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化金結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化 Z A 淬透性原則淬透性原則 調(diào)制鋼所具有的綜合力學(xué)性能，首先要求有足夠的淬透性。調(diào)制鋼所具有的綜合力學(xué)性能，首先要求有足夠的淬透性。 碳主要作用起強(qiáng)化作用；合金元素不僅可以改善淬透性同時(shí)碳主要作用起強(qiáng)化作用；合金元素不僅可以改善淬透性同時(shí) 還可以改善回火索氏體的韌性。還可以改善回火索氏體的韌性。

16、 1、調(diào)質(zhì)鋼的化金化與性能特點(diǎn)、調(diào)質(zhì)鋼的化金化與性能特點(diǎn) 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) ，過熱敏感性。過熱敏感性。 在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來 分級的。分級的。 DC為油淬臨界

17、直徑為油淬臨界直徑 低淬透性低淬透性合金鋼合金鋼: DC 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 3 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 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)

18、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(shí)，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些，在承受沖擊能量大時(shí)，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些， 塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時(shí)，塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時(shí)， 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。 綜合綜合 強(qiáng)化強(qiáng)化 工藝工藝 如復(fù)合熱處理，即熱處理強(qiáng)化、表面如復(fù)合熱處理，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

19、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 2 2熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) （1）預(yù)備熱處理）預(yù)備熱處理 根據(jù)合金元素的種類和組織特點(diǎn)不同，根據(jù)合金元素的種類和組織特點(diǎn)不同， 調(diào)質(zhì)鋼可以通過退火、正火或者正火調(diào)質(zhì)鋼可以通過退火、正火或者正火 +高溫回火進(jìn)行處理。高溫回火進(jìn)行處理。 （2）最終熱處理（調(diào)質(zhì)處理）最終熱處理（調(diào)質(zhì)處理） 淬火淬火+高溫回火。高溫回火。 合金調(diào)質(zhì)鋼的

20、最終性能決定于回火溫度。一般采用合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500 650 回火。通過選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第回火。通過選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第 二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。 40Cr (直徑直徑D=12mm, 油淬油淬) 常用調(diào)質(zhì)鋼的性能特點(diǎn)及應(yīng)用（了解）常用調(diào)質(zhì)鋼的性能特點(diǎn)及應(yīng)用（了解） 1 1M M鋼、鋼、M-BM-B鋼：強(qiáng)度高，淬透性強(qiáng)；鋼：強(qiáng)度高，淬透性強(qiáng)； 2 2CrCr鋼鋼 、Cr-MoCr-Mo、Cr-MnCr-Mn、Cr-VCr-V鋼

21、：鋼： 3 3Cr-NiCr-Ni、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo鋼：鋼： 例題例題 40Cr40Cr鋼連桿螺栓的熱處理工藝設(shè)計(jì)鋼連桿螺栓的熱處理工藝設(shè)計(jì) 服役條件：服役條件：承受從沖擊性和周期性的拉應(yīng)力和裝配時(shí)的承受從沖擊性和周期性的拉應(yīng)力和裝配時(shí)的 預(yù)應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力； 性能要求：性能要求：足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞性能足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞性能 工藝路線：工藝路線：下料下料- -鍛造鍛造- -退火（或正火）退火（或正火）- -機(jī)加工（粗加機(jī)加工（粗加 工）工）- -調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)- -機(jī)加工（精加工）機(jī)加工（精加工）- -裝配裝配 二、彈簧鋼二、彈簧鋼 用途：用于制造各種彈性元件或有類似性能

22、要求的零件用途：用于制造各種彈性元件或有類似性能要求的零件，特別特別 是各種彈簧，如螺旋彈簧、板簧等，是一種專用結(jié)構(gòu)鋼。是各種彈簧，如螺旋彈簧、板簧等，是一種專用結(jié)構(gòu)鋼。 彈簧鋼的分類：彈簧鋼的分類： 熱成型彈簧鋼熱成型彈簧鋼 冷成型彈簧鋼冷成型彈簧鋼 拉力彈簧拉力彈簧 蝶形彈簧蝶形彈簧 汽車板簧汽車板簧 離合器彈簧離合器彈簧 26 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 一彈簧的條件、失效方式、性能要求一彈簧的條件、失效方式、性能要求 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

23、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 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 1)1)力學(xué)性能：力學(xué)性能：高的高的ss、ee、s/bs/b、-1-1，足夠的，足夠的 韌性及塑性；韌性及塑性； 2)2)工藝性能工藝性能 （1 1）淬透性要高；）淬透性要高； （2 2）過熱敏感性要低；）過熱敏感性要低； （3 3）氧化、脫碳傾向??；（）氧化、脫碳傾向小；（4 4）成型性好。）成型性好。 1 1、性能要求、性能要求 二、對彈簧鋼力學(xué)性能和工藝性能的基本要求二、對彈簧鋼力學(xué)性能和工藝性能的基本要求 29 2 2、冶金質(zhì)量及表面

24、狀態(tài)、冶金質(zhì)量及表面狀態(tài) 彈簧鋼應(yīng)有較好的冶金質(zhì)量和組織均勻性，彈簧鋼應(yīng)有較好的冶金質(zhì)量和組織均勻性， 要嚴(yán)格控制要嚴(yán)格控制 材料的內(nèi)部缺陷。由于彈簧工作時(shí)，表面承受的應(yīng)力最大，材料的內(nèi)部缺陷。由于彈簧工作時(shí)，表面承受的應(yīng)力最大， 所以彈簧應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量所以彈簧應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量 不允許有裂紋、夾雜、折不允許有裂紋、夾雜、折 疊、嚴(yán)重脫碳等，這些表面會成為應(yīng)力高度集中的地方和疊、嚴(yán)重脫碳等，這些表面會成為應(yīng)力高度集中的地方和 疲勞裂紋源，顯著地降低彈簧的疲勞強(qiáng)度。疲勞裂紋源，顯著地降低彈簧的疲勞強(qiáng)度。 三彈簧鋼的化學(xué)成分及熱處理特點(diǎn)三彈簧鋼的化學(xué)成分及熱處理特點(diǎn) 1化學(xué)成分化學(xué)成分 碳

25、素彈簧鋼：碳素彈簧鋼：C：0.6-0.9% 合金彈簧鋼：合金彈簧鋼：C：0.5-0.7% 主加合金元素：主加合金元素：Si、Mn、Cr； 輔加合金元素：輔加合金元素：Mo、V、Nb、B。 合金元素有作用：合金元素有作用： 提高淬透性：提高淬透性：Si、Mn、Cr，（，（B）；）； 提高回火穩(wěn)定性：提高回火穩(wěn)定性：Si、Mn、Cr； 細(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒：Mo、V、Nb； 提高提高s、e、s/b：Si、Mn； 65Mn鋼鋼：Mn含量含量0.90%-1.20%，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，淬透，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，淬透 性好，強(qiáng)度較高，但有脫碳敏感性、過熱傾向和回火脆性，性好，強(qiáng)度較高，但有脫碳敏感性、過熱傾向和回

26、火脆性， 淬火時(shí)易開裂。淬火時(shí)易開裂。 55Si2Mn、60Si2Mn: Si、Mn復(fù)合復(fù)合,強(qiáng)化強(qiáng)化F,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、錳鋼為小。復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小。 四常用彈簧鋼四常用彈簧鋼 常用硅錳板簧鋼有常用硅錳板簧鋼有65Mn鋼、鋼、60Si2Mn 、 55Si2Mn等等 32 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

27、Si，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； 2)高接觸疲勞強(qiáng)度高接觸疲勞強(qiáng)度以免過早失效以免過早失效 3)高的彈性極限高的彈性極限和和保證材質(zhì)、組織；保證材質(zhì)、組織； 4)一定的韌性一定的韌性承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂； 5)尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定性好性好保證精度；保證精度； 6)一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤滑油腐蝕。大氣、潤滑油腐蝕。 7)具有良好的具有良好的冷熱加工性能冷熱加工性能 關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素 化學(xué)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 3、冶金質(zhì)量、冶金質(zhì)量 冶金冶金 質(zhì)量質(zhì)量 要

28、求要求 純凈純凈非金屬夾雜物要少，按化學(xué)非金屬夾雜物要少，按化學(xué) 成分分：成分分：簡單氧化物（如簡單氧化物（如A12O3）；）； 復(fù)雜氧化物（復(fù)雜氧化物（MnO.Al2O3） 硅酸鹽和硅酸鹽玻璃；硅酸鹽和硅酸鹽玻璃；硫化物（硫化物（MnS） 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 軸承鋼由于冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占總失效的軸承鋼由于冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占總失效的65%， 主要指主要指非金屬夾雜非金屬夾雜和和碳化物不均勻性碳化物不均勻性所造成的冶金缺所造成的冶金缺 陷。陷。 非金屬夾雜按金相形態(tài)（熱變形能力）可分為：非金屬夾雜按金相形態(tài)（

29、熱變形能力）可分為： 脆性夾雜脆性夾雜：Al2O3，尖晶石，沿軋制方向排列，呈點(diǎn)鏈狀，尖晶石，沿軋制方向排列，呈點(diǎn)鏈狀 分布；分布； 塑性夾雜塑性夾雜：MnS和和Fe-Mn硅酸鹽：，在熱變形中有良好的硅酸鹽：，在熱變形中有良好的 塑性；塑性； 球狀不變形夾雜物球狀不變形夾雜物：主要是鈣的鋁酸鹽；：主要是鈣的鋁酸鹽； 半塑性夾雜物半塑性夾雜物：復(fù)相鋁酸鹽，含有：復(fù)相鋁酸鹽，含有Al2O3或者尖晶石氧化或者尖晶石氧化 物，軋后成紡錘狀。物，軋后成紡錘狀。 軸承的接觸疲勞壽命隨著鋼中氧化物級別的增加而降低，軸承的接觸疲勞壽命隨著鋼中氧化物級別的增加而降低， 對軸承鋼的對軸承鋼的危害程度危害程度按照剛

30、玉、尖晶石、球狀不變形夾雜、按照剛玉、尖晶石、球狀不變形夾雜、 半塑性鋁硅酸鹽、塑性鋁硅酸鹽、硫化物依次半塑性鋁硅酸鹽、塑性鋁硅酸鹽、硫化物依次遞減遞減。 失效形式失效形式：應(yīng)力集中：應(yīng)力集中 42 組組 織織 均均 勻勻 碳化物細(xì)小均布。主要有三類碳化物細(xì)小均布。主要有三類K K： K K液析液析 結(jié)晶時(shí)枝晶偏析而存在結(jié)晶時(shí)枝晶偏析而存在 高溫?cái)U(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重；高溫?cái)U(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重； 帶狀帶狀K K 軋制時(shí)二次碳化物偏析軋制時(shí)二次碳化物偏析 高溫?cái)U(kuò)散退火；高溫?cái)U(kuò)散退火； 網(wǎng)狀網(wǎng)狀K K冷卻時(shí)在晶界析出冷卻時(shí)在晶界析出正火正火 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

31、對軸承鋼疲勞壽命的影響 常用軸承鋼常用軸承鋼 (1) 鉻軸承鋼鉻軸承鋼 最常用的是最常用的是GCr15 (2) 添加添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼的軸承鋼 ，如，如GCr15SiMn、 GCr15SiMnMoV等。為了節(jié)鉻等。為了節(jié)鉻, 加入加入Mo、V可得到無鉻軸可得到無鉻軸 承鋼承鋼, 如如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與等，其性能與GCr15 相近。相近。 (3)對于工作溫度高于對于工作溫度高于250（航空發(fā)動機(jī)工作溫度可達(dá)（航空發(fā)動機(jī)工作溫度可達(dá)380） 的軸承，溫度升高使材料的硬度、耐磨性顯著下降，因此的軸承，溫度升高使材料的硬度、耐磨性顯著下降，因此 必須采用高

32、溫軸承鋼，如必須采用高溫軸承鋼，如Cr4Mo4V、W6Mo5Cr4V2、 Cr14Mo4V、9Cr18Mo等，因有等，因有W、Mo、Cr、V強(qiáng)強(qiáng)K形成形成 元素，淬火后元素，淬火后M具有良好的回火穩(wěn)定性，并具有二次硬化具有良好的回火穩(wěn)定性，并具有二次硬化 現(xiàn)象，高溫下可保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞現(xiàn)象，高溫下可保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞 強(qiáng)度。強(qiáng)度。 (4)對于要求耐蝕的軸承，可采用不銹鋼制造，對于要求耐蝕的軸承，可采用不銹鋼制造，9Cr18、 9Cr18Mo等。等。 4、熱處理、熱處理 特點(diǎn)特點(diǎn) 球化退火球化退火為最終淬火作組織準(zhǔn)備，同時(shí)為機(jī)加工做為最終淬火作組織準(zhǔn)備，同時(shí)

33、為機(jī)加工做 準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。 退火加熱溫度一般為退火加熱溫度一般為780-810，冷卻方式分為連續(xù)冷，冷卻方式分為連續(xù)冷 卻及等溫冷卻兩種。卻及等溫冷卻兩種。 淬回淬回淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過高會過熱，晶淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過高會過熱，晶 粒長大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；粒長大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形； 溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬 火后硬度不足。火后硬度不足。 例：例：GCr15鋼的淬火溫度：鋼的淬火溫度：820840 正火正火消除鍛造毛坯的網(wǎng)狀碳化物消除鍛造毛坯的網(wǎng)狀碳化物 回火回火：低溫（：

34、低溫（150-160）保溫兩小時(shí)，去應(yīng)力，提高韌性，）保溫兩小時(shí)，去應(yīng)力，提高韌性， 穩(wěn)定尺寸。穩(wěn)定尺寸。 組織：極細(xì)馬氏體組織：極細(xì)馬氏體+均勻分布碳化物均勻分布碳化物+少量殘余奧氏體少量殘余奧氏體 時(shí)效時(shí)效：磨削后再進(jìn)行：磨削后再進(jìn)行120-130 保溫保溫5-10h的低溫實(shí)效處理，的低溫實(shí)效處理， 以消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。以消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。 冷處理冷處理：對于精密滾動軸承及構(gòu)件必須保證在長期存放和：對于精密滾動軸承及構(gòu)件必須保證在長期存放和 使用中不變形。為了穩(wěn)定尺寸，在淬火后要在使用中不變形。為了穩(wěn)定尺寸，在淬火后要在1-2h內(nèi)進(jìn)行內(nèi)進(jìn)行 冷處理，要求溫度在冷處理，要求溫度在-7

35、0 -80 保溫保溫1-2h ，使殘余奧，使殘余奧 氏體兩達(dá)到氏體兩達(dá)到4-6%。 3.2.4低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)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AK6J 。 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。 低碳低碳M結(jié)構(gòu)鋼采用淬火結(jié)構(gòu)鋼采用淬火+低回工藝，可得到位低回工藝，可得到位 錯(cuò)板條錯(cuò)板條M 強(qiáng)度、韌度和塑性的最佳配合。強(qiáng)度、韌度和

36、塑性的最佳配合。 對低碳馬氏體型鋼的基本性能要求對低碳馬氏體型鋼的基本性能要求 1淬透性好（低碳，只能從合金化上考慮）；淬透性好（低碳，只能從合金化上考慮）； 2過熱敏感性低（低碳，相變點(diǎn)高，必須防止晶粒長大）；過熱敏感性低（低碳，相變點(diǎn)高，必須防止晶粒長大）； 3回火穩(wěn)定性高（回火穩(wěn)定性高（MS點(diǎn)高，有自回火現(xiàn)象，穩(wěn)定性差）。點(diǎn)高，有自回火現(xiàn)象，穩(wěn)定性差）。 合金化特點(diǎn)合金化特點(diǎn) 低碳低碳：0.15-0.25%以保證淬火后獲得板以保證淬火后獲得板M 合金元素合金元素：Si、Mn、B、Ti、V、Nb、Mo等等 作用作用：提高淬透性：提高淬透性Si、Mn、B 降低過熱敏感性：降低過熱敏感性：Ti

37、、V、Nb、Mo； 提高回火穩(wěn)定性：提高回火穩(wěn)定性：Si 、Ti、V、Nb、Mo 降低降低MS點(diǎn)，防止自回火：點(diǎn)，防止自回火：Si、Mn 49 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 高溫加熱高溫加熱 較長較長T保溫保溫 快速冷卻快速冷卻 低碳馬氏體的熱處理工藝特點(diǎn)低碳馬氏體的熱處理工藝特點(diǎn) 2、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用、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

38、得到了廣泛的應(yīng)用 3.2.5 超高強(qiáng)度鋼超高強(qiáng)度鋼 低合金中碳馬氏體型低合金中碳馬氏體型 二次硬化型高強(qiáng)度鋼二次硬化型高強(qiáng)度鋼 馬氏體時(shí)效型馬氏體時(shí)效型 超高強(qiáng)度不銹鋼（不銹鋼中講）超高強(qiáng)度不銹鋼（不銹鋼中講） 低合金超高強(qiáng)度鋼分類低合金超高強(qiáng)度鋼分類 對于航天工業(yè)來說，降低飛行器或構(gòu)件自身的重量至關(guān)重要，對于航天工業(yè)來說，降低飛行器或構(gòu)件自身的重量至關(guān)重要， 要求屈服強(qiáng)度高于要求屈服強(qiáng)度高于1400MPa才能獲得廣泛應(yīng)用，這種鋼稱為才能獲得廣泛應(yīng)用，這種鋼稱為 超高強(qiáng)度鋼。超高強(qiáng)度鋼。 一、低合金超高強(qiáng)度鋼一、低合金超高強(qiáng)度鋼 1、低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是為了滿足飛機(jī)、火箭等航空航、低合金超高

39、強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是為了滿足飛機(jī)、火箭等航空航 天器結(jié)構(gòu)上的高比強(qiáng)度的材料而發(fā)展的一類結(jié)構(gòu)鋼。天器結(jié)構(gòu)上的高比強(qiáng)度的材料而發(fā)展的一類結(jié)構(gòu)鋼。 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 可應(yīng)用于機(jī)翼主梁、起落架支柱、可應(yīng)用于機(jī)翼主梁、起落架支柱、 火箭外殼、高壓容器等?；鸺鈿ぁ⒏邏喝萜鞯?。 回火馬氏體或者下貝氏體回火馬氏體或者下貝氏體 C：0.30-0.45% Me：約為：約為5% 成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 使用組織使用組織 1) Si、Mn、Cr、Ni、Mo等提高淬透性。等提高淬透性。Si還可以使還可以使M的的 脆化溫度移向高溫，強(qiáng)化機(jī)體，增加鋼的耐回火性能。脆化溫度移向高溫，強(qiáng)化機(jī)體，增加鋼的耐回火性能。 2) V、Nb細(xì)化晶粒

40、，有效提高塑性和韌性。細(xì)化晶粒，有效提高塑性和韌性。 3) S、P應(yīng)嚴(yán)格控制，總是小于應(yīng)嚴(yán)格控制，總是小于0.02%，以保證高塑性，盡，以保證高塑性，盡 可能減少氣體含量，可采用真空熔煉或電渣重熔?？赡軠p少氣體含量，可采用真空熔煉或電渣重熔。 2、低合金超高強(qiáng)度鋼、低合金超高強(qiáng)度鋼 合金化特點(diǎn)合金化特點(diǎn) 3、性能要求、性能要求 1)具有所要求的強(qiáng)度；具有所要求的強(qiáng)度； 2)合適的塑性；合適的塑性； 3)一定的沖擊抗力和斷裂韌性；一定的沖擊抗力和斷裂韌性； 4)高的疲勞強(qiáng)度；高的疲勞強(qiáng)度； 5)焊接性好，缺口敏感性低。焊接性好，缺口敏感性低。 40CrNiMo、30CrMnSiNi2、32Si2

41、Mn2MoV鋼。如鋼。如 30CrMnSiNi2鋼的淬透性高，臨界淬透直徑為鋼的淬透性高，臨界淬透直徑為80mm，抗拉，抗拉 強(qiáng)度為強(qiáng)度為1670100MPa 4、常用鋼號、常用鋼號 二二次硬化型超高強(qiáng)度鋼二二次硬化型超高強(qiáng)度鋼 1) C：0.3-0.4%左右，保證屈服強(qiáng)度大于左右，保證屈服強(qiáng)度大于1550MPa； 2) 合金元素：合金元素：Cr、Mo、Si、V等，提高淬透性，空冷得到等，提高淬透性，空冷得到M。 3) Mo、V高溫回火析出特殊高溫回火析出特殊K，具有二次硬化作用。，具有二次硬化作用。 4) Cr量高，提高抗蝕性，提高淬透性。量高，提高抗蝕性，提高淬透性。 1成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)

42、2熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) 淬透性很強(qiáng)，一般采用淬火淬透性很強(qiáng)，一般采用淬火+500-600高溫回火洗出彌散的高溫回火洗出彌散的 M7C3、M2C、和、和MC型特殊碳化物，產(chǎn)生型特殊碳化物，產(chǎn)生二次硬化二次硬化，同時(shí)，同時(shí) 高溫回火消除應(yīng)力。高溫回火消除應(yīng)力。 3、特點(diǎn)、特點(diǎn) 較好的抗氧化性和耐蝕性，主要缺點(diǎn)是塑韌性、焊接性和較好的抗氧化性和耐蝕性，主要缺點(diǎn)是塑韌性、焊接性和 冷變形性較差。冷變形性較差。 三、馬氏體時(shí)效鋼三、馬氏體時(shí)效鋼 馬氏體時(shí)效鋼是超低碳高合金鋼，實(shí)際上是以馬氏體時(shí)效鋼是超低碳高合金鋼，實(shí)際上是以Fe-Ni為基為基 的合金。它利用金屬間化合物在含碳量極低的高鎳馬氏體的合金。它

43、利用金屬間化合物在含碳量極低的高鎳馬氏體 中彌散析出強(qiáng)化，抗拉強(qiáng)度可達(dá)中彌散析出強(qiáng)化，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000 MPa。 1、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn) 1) C：超低碳，：超低碳，0.03%C 2) Ni：18%-25% 3) 合金元素：合金元素： Ti、Nb、Mo、Al； 4) 雜質(zhì)元素：雜質(zhì)元素：C、S、N。 （1）保證馬氏體的形成）保證馬氏體的形成 （2）減低位錯(cuò)阻力和位錯(cuò)與原子間交互作用的能量；）減低位錯(cuò)阻力和位錯(cuò)與原子間交互作用的能量； （3）有利于）有利于M中沉淀相的析出；中沉淀相的析出； （4）使）使Ms下降。下降。 2、Ni的作用的作用 3、典型材料、典型材料 M時(shí)效鋼的典型熱處理工藝為

44、時(shí)效鋼的典型熱處理工藝為815固溶后空冷，固溶后空冷，M轉(zhuǎn)變相轉(zhuǎn)變相 當(dāng)充分，因是置換式固溶體，當(dāng)充分，因是置換式固溶體，HRC30-35，480（3-6h） 時(shí)效，析出時(shí)效，析出Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo、(FeNiCo)2Mo等金屬間等金屬間 化合物，化合物， 組織：回火組織：回火M+金屬間化合物。金屬間化合物。 3.2.6 滲碳鋼與氮化鋼滲碳鋼與氮化鋼 用途：用途：主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上 的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。 服役條件服役條件滑動、滾動、接觸應(yīng)力、沖擊、磨損滑動、滾動、接觸應(yīng)

45、力、沖擊、磨損 失效方式失效方式 接觸疲勞接觸疲勞 性能要求性能要求 高硬度高硬度 高的接觸疲勞抗力高的接觸疲勞抗力 良好的耐磨性，心部具有一定的塑形良好的耐磨性，心部具有一定的塑形 滲碳零件的工作條件、失效方式及性能要求滲碳零件的工作條件、失效方式及性能要求 彎曲疲勞彎曲疲勞 沖擊沖擊 接觸疲勞接觸疲勞 摩擦摩擦 失失 效效 方方 式式 彎曲疲勞破壞彎曲疲勞破壞 接觸疲勞破壞接觸疲勞破壞 齒端磨損齒端磨損 齒面刮傷齒面刮傷 性性 能能 要要 求求 （1）疲勞強(qiáng)度：高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度；）疲勞強(qiáng)度：高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度； （2）表面硬度高耐磨性好（）表面硬度高耐磨性好（HR

46、C大于大于58-62） （3）心部綜合力學(xué)性能好（）心部綜合力學(xué)性能好（25-40HRC，沖擊韌性高于，沖擊韌性高于 70J/cm2）。）。 一、滲碳鋼一、滲碳鋼 工工 作作 條條 件件 制造制造 齒輪、齒輪、 凸輪、凸輪、 活塞活塞 銷等銷等 59 1 1、滲碳鋼的合金化、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 改善滲碳層性能；改善滲碳層性能； 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

47、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 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。 2常用滲碳鋼常用滲碳鋼 滲碳鋼都是低碳鋼或者是低合金鋼。根據(jù)淬透性大小分滲碳鋼都是低碳鋼或者是低合金鋼。根據(jù)淬透性大小分 為低脆性鋼、中脆性鋼、高脆性鋼。根據(jù)零件淬透性和為低脆性鋼、中脆性鋼、高脆性鋼。根據(jù)零件淬透性和 力學(xué)性能的要求，合理考慮合金元素對神探工藝的影響，力學(xué)性能的要求，合理考慮合金元素對神探工藝的影響， 合理地選擇滲碳鋼。合理地選擇滲碳鋼。 1)低淬透性滲碳鋼：低淬透性滲碳鋼：15Cr、20Cr、15Mn2、

48、20Mn2等；等； 2)中淬透性合金滲碳鋼：中淬透性合金滲碳鋼：20CrMnTi、12CrNiA、 20CrMnMo、20MnVB等；等； 3) 高淬透性合金滲碳鋼：高淬透性合金滲碳鋼：12CrNi4A、18Cr2Ni4WA、 20Cr2Ni4A等。等。 3、滲碳鋼熱處理特點(diǎn)、滲碳鋼熱處理特點(diǎn) 碳素滲碳鋼和地合金滲碳鋼碳素滲碳鋼和地合金滲碳鋼直接淬火或者一次淬火直接淬火或者一次淬火 高合金鋼高合金鋼二次淬火二次淬火 以以20Cr2Ni4A、20CrMnTi鋼的熱處理為例鋼的熱處理為例 高淬透性的合金鋼由于含有較多的合金元素，滲碳層表面高淬透性的合金鋼由于含有較多的合金元素，滲碳層表面 的含碳量

49、又很高，大致的含碳量又很高，大致M的轉(zhuǎn)變溫度很低。若采用滲碳后的轉(zhuǎn)變溫度很低。若采用滲碳后 直接淬火，滲碳層中將保留大量的殘留奧氏體，是表面硬直接淬火，滲碳層中將保留大量的殘留奧氏體，是表面硬 度降低，因此必須設(shè)法降低殘余奧氏體的含量。度降低，因此必須設(shè)法降低殘余奧氏體的含量。 一般滲碳鋼的熱處理溫度為一般滲碳鋼的熱處理溫度為930左右，滲碳后的熱處理左右，滲碳后的熱處理 通常有直接淬火、一次淬火、二次淬火等方法，而后進(jìn)行通常有直接淬火、一次淬火、二次淬火等方法，而后進(jìn)行 低溫回火。低溫回火。 1)淬火后進(jìn)行冷處理淬火后進(jìn)行冷處理(-60-100)，使殘留奧體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。，使殘留奧體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R

50、氏體。 2)滲碳及滲碳及正火后進(jìn)行一次高溫回火正火后進(jìn)行一次高溫回火（600-620），從馬氏體），從馬氏體 和殘留奧氏體中析出碳化物，隨后再加熱到較低溫度和殘留奧氏體中析出碳化物，隨后再加熱到較低溫度 （Ac1+30-50）淬火時(shí)，這些碳化物不再溶入奧氏體中，從）淬火時(shí)，這些碳化物不再溶入奧氏體中，從 而減小了奧氏體中的碳及合金元素的含量，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而減小了奧氏體中的碳及合金元素的含量，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 有所升高，淬火后殘留奧氏體的含量自然就減少了。最后再進(jìn)有所升高，淬火后殘留奧氏體的含量自然就減少了。最后再進(jìn) 行低溫回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，并提高滲碳層的強(qiáng)度和韌性。行低溫回火，以消除內(nèi)應(yīng)

51、力，并提高滲碳層的強(qiáng)度和韌性。 3)滲碳后進(jìn)行噴丸處理滲碳后進(jìn)行噴丸處理，也可以有效地使?jié)B層中的殘余奧氏體，也可以有效地使?jié)B層中的殘余奧氏體 轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 生產(chǎn)中降低殘余奧氏體的方法主要有三種：生產(chǎn)中降低殘余奧氏體的方法主要有三種： 20CrMnT鋼的熱處理工藝步驟鋼的熱處理工藝步驟: (1)滲碳后預(yù)冷后直接淬火滲碳后預(yù)冷后直接淬火-減小淬火變形減小淬火變形 (2)低溫回火：低溫回火：200 例題：例題：20CrMnTi合金滲碳鋼制造的汽車變速齒輪，其技合金滲碳鋼制造的汽車變速齒輪，其技 術(shù)要求是滲碳層厚度為術(shù)要求是滲碳層厚度為1.2-1.6mm，表面含碳量為，表面含碳量為1.

52、0%， 齒頂硬度為齒頂硬度為58-60HRC，心部硬度為，心部硬度為30-45HRC，試確定其，試確定其 熱處理工藝，并分析其工藝路線。熱處理工藝，并分析其工藝路線。 工藝路線為：工藝路線為： 鍛造鍛造正火正火加工齒輪加工齒輪局部鍍銅局部鍍銅滲碳滲碳預(yù)冷淬火、預(yù)冷淬火、 低溫回火低溫回火噴丸噴丸磨齒（精磨）磨齒（精磨） 二、氮化鋼二、氮化鋼 服役條件服役條件 有些零件，如精密機(jī)床的主軸等，工作時(shí)載荷不大，基本上有些零件，如精密機(jī)床的主軸等，工作時(shí)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，同時(shí)也受無沖擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，同時(shí)也受 到交變的疲勞應(yīng)力。這一類零

53、件重要的要求是能保持高的精到交變的疲勞應(yīng)力。這一類零件重要的要求是能保持高的精 度。常采用氮化鋼進(jìn)行滲氮處理。度。常采用氮化鋼進(jìn)行滲氮處理。 基本概念基本概念 氮化氮化：用氮飽和鋼的表面的工藝過程，氮化工藝一般在用氮飽和鋼的表面的工藝過程，氮化工藝一般在600 以下進(jìn)行。氮化鋼多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼以下進(jìn)行。氮化鋼多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼 。 氮化的目的氮化的目的：提高鋼表面的硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性。提高鋼表面的硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性。 工藝工藝：氮化前，要經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)定的回火索氏體組：氮化前，要經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)定的回火索氏體組 織，以保證零件最終的使

54、用性能和使用過程中的尺寸穩(wěn)定織，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(shí)也為獲得好的氮化層作組織準(zhǔn)備。性，同時(shí)也為獲得好的氮化層作組織準(zhǔn)備。 氮化鋼的擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)取決于氮化鋼的擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)取決于Fe-N相圖相圖 氮化鋼的擴(kuò)散層取決于鋼的成分、加熱溫度和時(shí)間，以及氮氮化鋼的擴(kuò)散層取決于鋼的成分、加熱溫度和時(shí)間，以及氮 化后的冷速?；蟮睦渌佟?氮化鋼的成分特點(diǎn)氮化鋼的成分特點(diǎn) 合金化元素：合金化元素：Al、Nb、V-合金氮化物最穩(wěn)定；其次，合金氮化物最穩(wěn)定；其次，Cr、 Mo、W的合金氮化物，同時(shí)提高氮化鋼的淬透性。的合金氮化物，同時(shí)提高氮化鋼的淬透性。 Mo、V不僅使調(diào)制后的氮

55、化鋼組織在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，不僅使調(diào)制后的氮化鋼組織在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定， 也防止了第二累回火脆性。也防止了第二累回火脆性。 合金元素對氮化層深度和表面的硬度的影響如圖合金元素對氮化層深度和表面的硬度的影響如圖 氮化鋼的含碳量比滲碳鋼的要高，一方面是因?yàn)榉蹢l件不氮化鋼的含碳量比滲碳鋼的要高，一方面是因?yàn)榉蹢l件不 同，另一方面是能獲得較高的硬度，以支撐硬度表面，保證同，另一方面是能獲得較高的硬度，以支撐硬度表面，保證 在過渡區(qū)有良好的硬度匹配。在過渡區(qū)有良好的硬度匹配。 合金元素對氮化層深度和表面硬度的影響合金元素對氮化層深度和表面硬度的影響 （550氮化氮化24h） 67 國內(nèi)外廣泛使用的氮

56、化鋼是國內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼，獲得最高氮化層鋼，獲得最高氮化層 硬度，達(dá)到硬度，達(dá)到9001000HV。僅要求高。僅要求高 疲勞強(qiáng)度的零件，可采疲勞強(qiáng)度的零件，可采 用不含鋁的用不含鋁的CrMo型氮化鋼，如型氮化鋼，如35CrMo、40CrV、40Cr等，等， 其氮化層的硬度控制在其氮化層的硬度控制在500800HV。 氮化鋼的應(yīng)用氮化鋼的應(yīng)用 68 3.2.7易削鋼易削鋼 1概述概述 易削鋼是鋼中加入一種或幾種元素，使其形成某種夾雜物，易削鋼是鋼中加入一種或幾種元素，使其形成某種夾雜物， 從而改善鋼的切削加工性能。常用的有：從而改善鋼的切削加工性能。常用的有：S、P、Ca

57、、Se等。等。 2. 牌號牌號 Y12：僅提高：僅提高S、P的含量；的含量； Y35S：表示加入：表示加入Se； YP40：表示加入：表示加入Pb。 Y12、Y30：自動車床加工的形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要求不：自動車床加工的形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要求不 高的零高的零 件，螺栓、螺帽、銷子等；件，螺栓、螺帽、銷子等； 3.3機(jī)器零件用鋼的選材思路機(jī)器零件用鋼的選材思路 一一 選擇材料的基本原則選擇材料的基本原則 1材料使用性能要求材料使用性能要求 最大限度發(fā)揮材料潛力最大限度發(fā)揮材料潛力 2、材料的工藝性能、材料的工藝性能 加工工藝性能良好加工工藝性能良好 3、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性 涉及材料的價(jià)格、加工成本、國家資源情況等涉及材料的價(jià)格、加工成本、國家資源情況等, 零件的總成本與零件壽命的關(guān)系零件的總成本與零件壽命的關(guān)系 4、其它因素、其它因素 材料毛坯的選擇、生產(chǎn)設(shè)備的可