金屬材料第三章-1

1、第三章 機(jī)器零件用鋼概 述調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼易切削鋼滾動(dòng)軸承鋼低碳馬氏體鋼滲碳鋼氮化鋼低淬透性鋼高錳鋼本章思路：首先討論典型機(jī)器零件的服役條件、失效形式和機(jī)器零件用鋼的合金化、熱處理和力學(xué)性能特性，即成分-組織-性能的關(guān)系；然后討論發(fā)揮材料性能潛力的途徑。第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第一節(jié) 概述 用于制造各種機(jī)器零件所用的鋼種稱(chēng)為機(jī)器零件用鋼，主要包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滾動(dòng)軸承用鋼和彈簧鋼，是在機(jī)械制造行業(yè)中廣泛使用的鋼種。 零件用鋼以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第一節(jié) 概述一、服役條件及對(duì)力學(xué)性能的要求v承

2、受交變載荷長(zhǎng)時(shí)間作用 高的疲勞強(qiáng)度或耐久強(qiáng)度v承載大且有短時(shí)超載 高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、高斷裂抗力v零件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 高的耐磨性和高的接觸疲勞強(qiáng)度v形狀復(fù)雜，有缺口或臺(tái)階 高韌性、低的裂紋敏感性二、工藝性能要求通常機(jī)器零件的生產(chǎn)工藝是：型材 改鍛 毛坯熱處理 切削加工 最終熱處理 磨削v零件的成形主要是機(jī)加工 切削加工性能好v零件需要熱處理 熱處理工藝性能好三、機(jī)器零件用鋼的分類(lèi)v按用途分為調(diào)質(zhì)鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、易切削鋼、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、滲碳鋼、氮化鋼、低淬透性鋼和高錳鋼；v按含碳量分為低碳鋼（wC=0.2%)、中碳鋼（wC=0.4%0.6)和高碳鋼（wC=1%) ；v按回火溫度

3、分為淬火低溫回火鋼、淬火中溫回火鋼和淬火高溫回火鋼。含碳量、回火溫度及合金元素的種類(lèi)和數(shù)量機(jī)器零件用鋼力學(xué)性能的主要影響因素第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼v 為什么首先介紹調(diào)質(zhì)鋼？ 綜合性能好，用量大，占機(jī) 械行業(yè)中零件用鋼的30%v 什么叫調(diào)質(zhì)處理？ 淬火加高溫回火的熱處理方法稱(chēng)為調(diào) 質(zhì)處理。高溫回火是指在500-650 之間進(jìn)行回火。v 什么叫調(diào)質(zhì)鋼？指的是一類(lèi)中碳的碳素或低合金結(jié)構(gòu) 鋼。這類(lèi)鋼通常是經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理以后 使用，故稱(chēng)為調(diào)質(zhì)鋼v 調(diào)質(zhì)處理和調(diào)質(zhì)鋼的差別？v 用調(diào)質(zhì)鋼制作的典型零件機(jī)床主軸、汽車(chē)后橋半軸、 曲軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓等第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器

4、零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼一、工作條件及對(duì)性能的要求以汽車(chē)后橋半軸為例來(lái)分析工作條件：高速轉(zhuǎn)動(dòng)、載荷交變、傳遞扭矩、承受彎矩、 時(shí)有沖擊、相對(duì)滑移性能要求：高疲勞強(qiáng)度、高屈服強(qiáng)度，高韌性、局部耐磨性高。 總的來(lái)講是要有良好的綜合性能（既強(qiáng)且韌）問(wèn)題：什么樣的組織能保證具有良好的的綜合性能？中碳回火索氏體組織。v強(qiáng)化相為彌散均勻分布的粒狀碳化物，可以保證有較高的塑變抗力和疲勞強(qiáng)度。v組織均勻性好，減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。v作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的，其晶粒細(xì)小，使鋼的冷脆傾向性減小。二、調(diào)質(zhì)鋼的組織特點(diǎn)第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼

5、第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼三、調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分1.含碳量：中碳（0.30.5%）2. 主加元素：Cr, Mn, Ni, Siv 主要作用是提高鋼的淬透性（強(qiáng)碳化物形成元素和非及弱碳化物形成元素共同作用可成倍乃至10倍地提高淬透性）v 起到一定的固溶強(qiáng)化作用不利作用：Cr, Mn, Ni會(huì)促進(jìn)第二類(lèi)回火脆性3. 輔加元素：Mo, W, V, Tiv 它們是強(qiáng)碳化物形成元素，可提高鋼的回火穩(wěn)定性及細(xì)化晶粒v Mo, W可抑制第二類(lèi)回火脆第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼合金元素對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變?cè)杏诘挠绊懙谌碌谌?機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼四、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理v 通常是淬火+高溫回

6、火v 典型的熱處理工藝為：850C加熱淬火（油冷或水冷） +500650 C回火（油冷或空冷）v 如何提高局部的耐磨性？采用表面處理v 表面淬火 高頻感應(yīng)加熱、激光表面加熱等v 化學(xué)熱處理 滲氮處理第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼四、調(diào)質(zhì)鋼的性能1. 調(diào)質(zhì)鋼的典型性能v 經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能大致為： s = 8001200 MPa, b = 10001400 MPa, 10%, 45%, K 60 J/cm22. 合金調(diào)質(zhì)鋼的高溫回火脆v碳鋼高溫回火脆傾向小v冷卻速度對(duì)回火脆影響很大vW, Mo及稀土元素可減輕高溫回火脆冷卻方式 K爐冷9.4空冷23.5油冷59

7、.8水冷74.6一種Cr-Ni調(diào)質(zhì)鋼650 C回火冷卻速度對(duì)K的影響第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第二節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼v 45和40Cr是用途最廣泛的調(diào)質(zhì)鋼v 40CrNiMoA是高淬透性調(diào)質(zhì)鋼的代表，可以制作直徑大于250 mm的軸類(lèi)第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼調(diào)質(zhì)鋼的成分及性能第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼調(diào)質(zhì)鋼的成分及性能六、調(diào)質(zhì)零件用鋼的發(fā)展動(dòng)向1、低碳馬氏體鋼低碳馬氏體是具有高密度位錯(cuò)的板條馬氏體，在板條內(nèi)部有自回火和回火析出的均勻分布的碳化物，板條間存在少量殘余奧氏體薄膜。低碳（合金）鋼淬火成低碳馬氏體充分利用了鋼的強(qiáng)化和韌化手段，使鋼不僅強(qiáng)度高而且塑性和韌性好

8、。2、中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼是作為調(diào)質(zhì)零件（汽車(chē)拖拉機(jī)曲軸、連桿）用鋼的新型結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)點(diǎn)是在鍛造或熱軋冷卻后就可以達(dá)到曲軸、連桿等零件所要求的強(qiáng)度和韌性，即可將鍛（軋）材直接加工成零件，而省去調(diào)質(zhì)處理及隨后的熱處理變形矯正等工序。第二節(jié)第二節(jié)第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第三節(jié) 彈簧鋼一、彈簧的工作條件及性能要求v 彈簧是用來(lái)通過(guò)彈性變形吸收能量的 高的彈性極限 緩和機(jī)械振動(dòng)和沖擊作用v 所承受的載荷是交變的 高的疲勞極限v 需要成型和承受沖擊載荷 一定的塑性和韌性高的抗拉強(qiáng)度高的表面質(zhì)量鋼中夾雜物少用以制造彈簧或類(lèi)似彈簧性能的零件的鋼種稱(chēng)為彈簧鋼。根據(jù)使用場(chǎng)合和結(jié)構(gòu)外形

9、的不同：板彈簧和螺旋彈簧。高溫和易腐蝕條件下工作的彈簧還應(yīng)具有良好的耐熱性和抗蝕性。第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第三節(jié) 彈簧鋼二、彈簧鋼的化學(xué)成分1.含碳量：碳素鋼0.80.9%; 合金鋼0.50.7%。v含碳量太低，強(qiáng)度不能滿(mǎn)足，太高對(duì)屈服極限無(wú)作用反而會(huì)因碳化物的增多而降低鋼的疲勞極限2.主加元素：Si, Mnv提高淬透性v提高鋼的彈性極限v提高鋼的回火穩(wěn)定性Si促進(jìn)鋼的石墨化傾向，并使鋼在加熱時(shí)易于脫碳Mn增加鋼的過(guò)熱敏感性3.輔加元素：Cr, W, Vv主要是為了克服Si, Mn帶來(lái)的缺點(diǎn)vCr還可進(jìn)一步提高淬透性，W, V等提高回火穩(wěn)定性第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用

10、鋼第三節(jié) 彈簧鋼三、常用彈簧鋼的化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能及用途第三章第三章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼第三節(jié) 彈簧鋼四、彈簧鋼的成形及熱處理1.彈簧鋼的典型熱處理工藝彈簧鋼的典型熱處理工藝淬火+中溫回火，得到回火屈氏體組織，具有高的彈性極限和疲勞極限。2.冷成型彈簧的熱處理冷成型彈簧的熱處理對(duì)于小型彈簧，如絲徑小于8mm，可在熱處理強(qiáng)化或冷變形強(qiáng)化后成型，即用冷拔鋼絲冷卷成型。v鉛浴等溫淬火冷拔鋼絲：冷拔到一定尺寸，奧氏體化，450550鉛浴中等溫，多次冷拔至所需尺寸，低溫回火v冷拔鋼絲：多次冷拔至所需尺寸，冷卷成形，低溫回火（250300 C）v淬火回火鋼絲：對(duì)已達(dá)到使用尺寸的鋼絲進(jìn)行淬火+中溫回火，冷卷成形，低溫回火問(wèn)題：為什么最后進(jìn)行低溫回火？消除應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸，并提高彈性極限。3.熱成型彈簧的熱處理熱成型彈簧的熱處理熱成型彈簧一般是將淬火加熱與熱成型結(jié)合起來(lái)。v一般是加熱，熱成型，余熱