航空工程材料教案常見的合金結(jié)構(gòu)鋼

1、項(xiàng)目 （任務(wù)）學(xué)習(xí)子情境：常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的認(rèn)知授課班級授課教師地 點(diǎn)課時(shí)/累計(jì)審批/日期多媒體教室2/42授課周次課程類型理論課教學(xué)方法舉例教學(xué)目標(biāo)知 識 目 標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1、了解合金結(jié)構(gòu)鋼中的種類，2、掌握合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分特點(diǎn)、性能及應(yīng)用。會(huì)識別合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能及應(yīng)用重難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能特點(diǎn)及應(yīng)用難點(diǎn)：合金鋼的牌號、成分、性能特點(diǎn)解決方法：舉例、多媒體演示能力訓(xùn)練任務(wù)及案例齒輪用的合金滲碳鋼、軸用調(diào)質(zhì)鋼等教學(xué)回顧回顧前面所學(xué)的合金鋼的牌號、成分特點(diǎn)。教學(xué)過程設(shè)計(jì)：1.復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容。2.講解合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)

2、及應(yīng)用§學(xué)習(xí)子情境 合金結(jié)構(gòu)鋼的認(rèn)知一、教學(xué)回顧：回顧前面所學(xué)的合金鋼的牌號、成分特點(diǎn)。二、合金結(jié)構(gòu)鋼：低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼等1、低合金結(jié)構(gòu)鋼（1）成分特點(diǎn)：C0.2，合金總量3。（2）性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，塑性好，韌性、焊接性、和耐蝕性好，可減輕結(jié)構(gòu)重量，保證使用可靠。一般在熱軋態(tài)使用，焊后不回火。（3）熱處理：不需。（4）用途：車輛、船、橋梁等2、合金滲碳鋼 （1）工作條件及對性能的要求滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機(jī)械零件，如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等，要求表面硬、耐磨，而零件心部則要求有較高的韌性

3、和強(qiáng)度以承受沖擊。（2）成分和鋼種為了滿足“外硬內(nèi)韌”的要求，這類鋼一般都采用低碳鋼，含碳量為0.10.25%，經(jīng)過滲碳后，零件的表面變?yōu)楦咛嫉?，而心部仍是低碳的，通過淬火+低溫回火后使用。零件表面組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，硬度達(dá)HRC5862，滿足耐磨的要求，而心部的組織是低碳馬氏體，保持較高的韌性，滿足承受沖擊載荷的要求。對于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原來的珠光體+鐵素體組織，由于是低碳的，組織中鐵素體占比例很大，因而韌性指標(biāo)比較高，能滿足“外硬內(nèi)韌”的要求。 20Cr，這類鋼水淬臨界直徑<25mm，滲碳淬火后，適于制造受沖擊載荷較小的耐磨

4、零件，如活塞銷、凸輪、滑塊、小齒輪等。20CrMnTi，鋼油淬臨界直徑約為2560mm，用于制造承受中等載荷、要求足夠沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機(jī)齒輪等。20Cr2Ni4A，鋼的油淬臨界直徑>100mm，用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的曲軸、大模數(shù)齒輪等。（3）熱處理滲碳鋼的熱處理規(guī)范一般是滲碳后進(jìn)行直接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低溫回火。3、合金調(diào)質(zhì)鋼 （1）工作條件及對性能的要求要求綜合力學(xué)性能好，用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件。對于截面尺寸大的零件，為保證有足夠的淬透性，就要采用合金調(diào)質(zhì)鋼。（2）成分特點(diǎn)和鋼種調(diào)

5、質(zhì)鋼的含碳量在0.300.50%之間，屬中碳鋼，含碳量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能，含碳量過低，則影響鋼的強(qiáng)度，含碳量過高則韌性顯得不足。40Cr，這類鋼的油淬臨界直徑最大為3040mm，廣泛用于制造一般尺寸的重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、40MnB是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種。40CrNi，這類鋼的油淬臨界直徑最大為4060mm，用于制造截面較大、承受較重載荷的零件，如曲軸、連桿等。40CrNiMoA，這類鋼的油淬臨界直徑為60100mm。用于制造大截面、承受重負(fù)荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、壓力機(jī)曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等。（3）熱處理：調(diào)質(zhì)4、合金彈簧鋼（1）工作條件及對性能

6、的要求彈簧是各種機(jī)器和儀表中的重要零件。它是利用彈性變形吸收能量以緩和振動(dòng)和沖擊，或依靠彈性儲(chǔ)存能量來起驅(qū)動(dòng)作用。因此，要求制造彈簧的材料具有高的彈性極限，高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。（2）成分特點(diǎn)和鋼種彈簧鋼含碳量一般為0.450.70%。含碳量過高，塑性和韌性降低，疲勞極限也下降。加入硅、錳主要是提高淬透性，同時(shí)也提高屈強(qiáng)比，其中硅的作用更為突出。硅、錳元素的不足之處是硅會(huì)促使鋼材表面在加熱時(shí)脫碳，錳則使鋼易于過熱。因而重要用途的彈簧鋼必須加入鉻、礬、鎢等。它們不僅使鋼材有更高的淬透性，不易脫碳和過熱，而且有更高的高溫強(qiáng)度和韌性。（3）熱處理根據(jù)彈簧鋼的生產(chǎn)方式，可分為熱成型彈簧和冷成

7、型彈簧兩類，所以其熱處理也分為兩類。對于熱成形彈簧，一般可在淬火加熱時(shí)成形，然后淬火+中溫回火，獲得回火屈氏體組織。對于冷成形彈簧，通過冷拔（或冷拉）、冷卷成型。冷卷后的彈簧不必進(jìn)行淬火處理，只需要進(jìn)行一次消除內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的定型處理，即加熱到250300，保溫一段時(shí)間，從爐內(nèi)取出空冷即可使用。彈簧的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在表面處最高，因而它的表面狀態(tài)非常重要。熱處理時(shí)的氧化脫碳是最忌諱的。彈簧經(jīng)熱處理后，一般進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高疲勞強(qiáng)度。5、滾動(dòng)軸承鋼（1）工作條件及對性能的要求用于制造滾動(dòng)軸承的鋼稱為滾動(dòng)軸承鋼。滾動(dòng)軸承是一種高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，工作時(shí)接觸面積很

8、小，不僅有滾動(dòng)摩擦，而且有滑動(dòng)摩擦，承受很高、很集中的周期性交變載荷，所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動(dòng)軸承鋼具有高而均勻的硬度，高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和淬透性，一定的抗腐蝕能力。（2）成分特點(diǎn)及鋼種滾動(dòng)軸承鋼是一種高碳低鉻鋼，含碳量為0.95%1.10%，含鉻量為0.4%1.65%。高碳為保證有高的淬硬性，同時(shí)可形成鉻的碳化物強(qiáng)化相。鉻的主要作用是增加鋼的淬透性,使淬火、回火后整個(gè)截面上獲得較均勻的組織。對大型滾動(dòng)軸承，加入Si、Mn等元素，進(jìn)一步提高淬透性。滾動(dòng)軸承鋼是高級優(yōu)質(zhì)鋼。滾動(dòng)軸承鋼也經(jīng)常用于制造各種精密量具、冷沖模具、冷軋輥和高精度的軸類等耐磨零件。（3）熱處理預(yù)備熱處理：球化退火。最終熱處理：淬火+低溫回火。生產(chǎn)精密軸承或量具時(shí)，由于低溫回火不能徹底消除內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體，在長期保存及使用過程中，因應(yīng)力釋放、奧氏體轉(zhuǎn)變等原因造成尺寸變化。所以淬火后立即進(jìn)行一次冷處理，并在回火及磨削后，于120130進(jìn)行1020h的尺寸穩(wěn)定化