第3章機(jī)器零件用鋼

1、第第3 3章章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 根據(jù)熱處理強(qiáng)化工藝特點(diǎn)分為：整體強(qiáng)根據(jù)熱處理強(qiáng)化工藝特點(diǎn)分為：整體強(qiáng)化態(tài)鋼和表面強(qiáng)化態(tài)鋼化態(tài)鋼和表面強(qiáng)化態(tài)鋼；根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、和用途，可分為：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、超高強(qiáng)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。 二、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn)二、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn) 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(guò)熱敏感性，過(guò)熱敏感性，回脆，回

2、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?；蚴菃为?dú)加入，或是復(fù)合加入。 3.2.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 1 1、淬透性原則淬透性原則 淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用 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)度相同的碳鋼和合金屈服強(qiáng)度相同的碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變

3、化 2、合金化及常用鋼、合金化及常用鋼 含碳量在含碳量在0.250.45%。常用合金作用：。常用合金作用：Mn：淬透性，但淬透性，但過(guò)熱傾向，過(guò)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(guò)熱敏感性。過(guò)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(lái)在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來(lái)分級(jí)的。分級(jí)的。 DC為油淬臨界直徑為油淬臨界直徑 低淬透性低淬透

4、性合金鋼合金鋼: DC 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi 40Cr 40CrNiMo思考：以思考：以Mn代代Ni，在性能上有什么差別？，在性能上有什么差別？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(lái)。如汽車轉(zhuǎn)處理及形變強(qiáng)化工藝結(jié)合起來(lái)。如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)園角處進(jìn)行高頻淬火處理后，疲勞壽向節(jié)園角處進(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的效果也比方

5、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(jiǎn)化工序，又能細(xì)化組既能節(jié)約能源、簡(jiǎn)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3.2.2 微合金非調(diào)質(zhì)鋼微合金非調(diào)質(zhì)鋼 一、一、 微合金元素對(duì)強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn)微合金元素對(duì)強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn) 非調(diào)鋼組織：主要是非調(diào)鋼組織：主要是F+P+彌散析出彌散析出K。 主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。 微合金化元素：微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，等元素， V是主要的。是主要的。 多元適量，復(fù)合加入：

6、多元適量，復(fù)合加入：Nb-V-N和和Ti-V等等 主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。(例見(jiàn)書(shū)例見(jiàn)書(shū)) 二、二、 獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素 相間相間析出析出沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化細(xì)化組織細(xì)化組織工藝參數(shù)工藝參數(shù)是關(guān)鍵是關(guān)鍵 細(xì)化組織和沉細(xì)化組織和沉淀析出要協(xié)調(diào)淀析出要協(xié)調(diào)控制軋制控制軋制控制冷卻控制冷卻 決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果 三、三、 組織因素對(duì)強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小組織因素對(duì)強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小 間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化量間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化量一般認(rèn)為可提高一般認(rèn)為可提高150400 MPa，甚至可達(dá)，甚至可達(dá)到到600 MPa,脆化矢量為

7、脆化矢量為0.23-0.30/ MPa 細(xì)化組織強(qiáng)化量大約在細(xì)化組織強(qiáng)化量大約在50 300 MPa，脆化矢量為脆化矢量為- 0.66/ MPa。 其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降低韌度其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降低韌度 C、N原子的固溶強(qiáng)化，其脆化矢量分別原子的固溶強(qiáng)化，其脆化矢量分別為為0.72/ MPa、1.97/ MPa； Mn和和Cr元素的脆化矢量為零；元素的脆化矢量為零； Si為為0.53/ MPa。 鐵素體中固溶鐵素體中固溶C、N量極小，量極小，Mn和和Si固溶固溶量有限。所以固溶強(qiáng)化相對(duì)是較小的。量有限。所以固溶強(qiáng)化相對(duì)是較小的。 在強(qiáng)化機(jī)制上，不同的成分和工藝是不同在強(qiáng)化機(jī)制上，不同

8、的成分和工藝是不同的，所以使鋼的組織、性能也有很大的差異。的，所以使鋼的組織、性能也有很大的差異。 3.2.3 彈簧鋼彈簧鋼 一、彈簧的服役條件及性能要求一、彈簧的服役條件及性能要求 彈簧功能彈簧功能儲(chǔ)能減振儲(chǔ)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、拉簧和扭簧等二、二、常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝 合金化：合金化： 含碳量在含碳量在0.601.05, ,低合金彈簧鋼在低合金彈簧鋼在0.400.74C。 ? + Si、Mn、Cr、V等合金元素等合金元素. Cr和和Mn主主要是提高淬透性，要是提高淬透性， Si提高彈性極限，提高彈性極限， V提高提高淬透性

9、和細(xì)化晶粒淬透性和細(xì)化晶粒. 60Si2Mn: Si、Mn復(fù)合復(fù)合,強(qiáng)化強(qiáng)化F,e 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(guò)分不過(guò)分,開(kāi)裂傾向小開(kāi)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(guò)熱敏感性較硅鋼、錳復(fù)合，脫碳和過(guò)熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小鋼為小.常用硅錳板簧鋼有常用硅錳板簧鋼有60Si2Mn 、 55Si2Mn等等常用螺旋彈簧鋼有常用螺旋彈簧鋼有50CrVA等。等。 50CrVA : Cr 、V均均回穩(wěn)性回穩(wěn)性, , 韌性好韌性好； Cr提高淬透性提高淬透性和彈性極限和彈性極限 V 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒,

10、 過(guò)熱敏感性過(guò)熱敏感性; ; 含含Si少少, ,脫脫C敏感性敏感性, , 熱處理不易脫熱處理不易脫C; ;回穩(wěn)回穩(wěn) 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； 高高接觸疲勞強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度以免過(guò)早失效以免過(guò)早失效保證材質(zhì)、組織；保證材質(zhì)、組織； 一定一定韌度韌度承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂； 尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定性好性好保證精度；保證精度； 一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤(rùn)滑油腐蝕。大氣、潤(rùn)滑油腐蝕。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 二、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化二、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化冶金冶金質(zhì)量質(zhì)量要求要求 純凈純凈夾雜物

11、要少：主要有各種夾雜物要少：主要有各種氧化物（如氧化物（如A12O3）和硅酸鹽等；）和硅酸鹽等； 危害程度依次遞減：危害程度依次遞減：A12O3、球、球狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽。狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽。接觸面小接觸面小 應(yīng)力集中大應(yīng)力集中大產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻材質(zhì)純凈、組織均勻組組織織均均勻勻 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 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冷卻時(shí)在晶界析出冷卻時(shí)在晶界

12、析出正火正火合金合金化化高碳，加入高碳，加入Cr、Si、Mn等。如等。如GCrl5、GCrl5SiMn。 Cr含量含量 ?組織組織特點(diǎn)特點(diǎn) 經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織：經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織： 細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度58級(jí)；級(jí)；M中中含含0.50.6%C；隱晶；隱晶M基體上分布細(xì)小均基體上分布細(xì)小均勻的粒狀勻的粒狀K，體積分?jǐn)?shù)約，體積分?jǐn)?shù)約78%， 一般可一般可有少量有少量AR。 負(fù)荷較小時(shí)負(fù)荷較小時(shí),為提高為提高-1-1，可設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)M中中約約含含0.45%C0.45%C（疲勞性能最好）（疲勞性能最好），K體積體積分?jǐn)?shù)約分?jǐn)?shù)約5%5%。鋼中總含碳量應(yīng)鋼中總含碳量應(yīng)

13、 三、高碳鉻軸承鋼的熱處理三、高碳鉻軸承鋼的熱處理 工藝特點(diǎn)是簡(jiǎn)單而要求高。工藝特點(diǎn)是簡(jiǎn)單而要求高。（工藝路線見(jiàn)書(shū)）（工藝路線見(jiàn)書(shū)）熱熱處處理理特特點(diǎn)點(diǎn) 球化退火球化退火為最終淬火作組織準(zhǔn)備為最終淬火作組織準(zhǔn)備（見(jiàn)書(shū)圖）（見(jiàn)書(shū)圖）淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大影響淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大影響（見(jiàn)書(shū)圖）（見(jiàn)書(shū)圖）一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱160保溫保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度或更長(zhǎng)回火，硬度6266HRC 如要求消除如要求消除AR 淬火后立即冷處理淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。而后立即低溫回火。思考題思考題: : 軸承鋼在淬火熱處理后軸承鋼在淬火熱處理后

14、, ,硬硬度檢驗(yàn)時(shí)不允許有明顯的軟點(diǎn)度檢驗(yàn)時(shí)不允許有明顯的軟點(diǎn), ,為什么為什么? ? 如出現(xiàn)軟點(diǎn)如出現(xiàn)軟點(diǎn), ,可能有哪些因可能有哪些因素造成的素造成的? ?3.2.5 3.2.5 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體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(zhǎng)率；伸長(zhǎng)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。 沒(méi)有獨(dú)立鋼類，有專門(mén)開(kāi)發(fā)的低碳沒(méi)有獨(dú)立鋼類，有專門(mén)開(kāi)發(fā)的低碳M鋼。

15、鋼。 低碳結(jié)構(gòu)鋼采用淬火低碳結(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、韌度和塑性的最佳配合1 成分工藝特點(diǎn)成分工藝特點(diǎn) 0.150.25%C，以保證淬火后獲得板以保證淬火后獲得板M + Cr、Mo、Si、Mn、V等等 淬透性等性能淬透性等性能 15MnVB、20SiMn2MoV等是我國(guó)研制開(kāi)發(fā)的等是我國(guó)研制開(kāi)發(fā)的 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(lái)應(yīng)根據(jù)零件的尺寸大小來(lái)選擇相應(yīng)淬透性的鋼選擇相應(yīng)淬透性的鋼（表（表3.1）成成分分特特點(diǎn)點(diǎn)工工藝藝特特點(diǎn)點(diǎn)高溫加熱高溫加熱較長(zhǎng)

16、較長(zhǎng)t保溫保溫高速冷卻高速冷卻2 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)中得到了廣泛的應(yīng)用實(shí)實(shí)例例 石油鉆機(jī)吊環(huán)石油鉆機(jī)吊環(huán)(卡卡) 20SiMn2MoV代代35鋼鋼 材料材料 工藝工藝 重量重量kg b /MPa AK /J 35 正火正火 137.4 550 5020SiMn2MoV 淬火淬火 29 1600 110120局局限限性性 工作溫度工作溫度200;強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工強(qiáng)化后難以進(jìn)行冷加工焊接焊接等工序等工序; 只能用于中小件只能用于中小件;淬

17、火時(shí)變形大淬火時(shí)變形大,要求嚴(yán)要求嚴(yán)格的零件慎用格的零件慎用.3.3 表面強(qiáng)化態(tài)鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼 零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作應(yīng)力、摩擦等工況下工作 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞是主要失效形式是主要失效形式 表面應(yīng)具有高硬度、高接表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性，觸疲勞抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韌性而心部有一定塑韌性 滲碳鋼、滲氮滲碳鋼、滲氮鋼、感應(yīng)加熱淬鋼、感應(yīng)加熱淬火鋼等火鋼等 這類這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過(guò)某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌過(guò)某種工藝使零件表面

18、硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等3.3.1 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 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 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

19、大切應(yīng)力深度。 2 2、常用滲碳鋼及熱處理、常用滲碳鋼及熱處理 按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類。按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類。 20Cr鋼：不宜滲碳后直接淬火。鋼：不宜滲碳后直接淬火。20CrV鋼可鋼可20CrMnTi鋼特點(diǎn)鋼特點(diǎn): Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，復(fù)合，淬透性好，D油油約約40mm； 較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好； 滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接淬火，變形也比較小。淬火，變形也比較小。 廣泛制造汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離廣泛制造汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的傘齒

20、輪及主動(dòng)軸等。合器軸和車輛上的傘齒輪及主動(dòng)軸等。 滲碳后的熱處理工藝有直接淬火滲碳后的熱處理工藝有直接淬火一次淬火一次淬火二二次淬火次淬火 .細(xì)晶粒鋼可用直接淬火細(xì)晶粒鋼可用直接淬火. 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A：高淬透性滲碳鋼。：高淬透性滲碳鋼。 由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得 的組織性能也較復(fù)雜。的組織性能也較復(fù)雜。（工藝曲線見(jiàn)書(shū)）（工藝曲線見(jiàn)書(shū)） 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼， 也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主也可

21、作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主 要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要 件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪等。件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪等。（工藝曲線見(jiàn)書(shū)）（工藝曲線見(jiàn)書(shū)）3.3.2 氮化鋼氮化鋼 服役條件服役條件： 有些零件工作時(shí)載荷不大，基本上無(wú)沖有些零件工作時(shí)載荷不大，基本上無(wú)沖 擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，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。這一類零件重同時(shí)也受到交變的疲勞應(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。進(jìn)行滲氮處理。 氮化鋼氮化鋼：多

22、為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼 。 國(guó)內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼，獲得鋼，獲得 最高氮化層硬度，達(dá)到最高氮化層硬度，達(dá)到9001000HV。僅要求高。僅要求高 疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的CrMo型氮化型氮化 鋼，如鋼，如35CrMo、40CrV、40Cr等，其氮化層的等，其氮化層的 硬度控制在硬度控制在500800HV。 工藝工藝：氮化前，要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)：氮化前，要經(jīng)過(guò)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用性定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性 能和使用過(guò)程中

23、的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)也為獲得好能和使用過(guò)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。的氮化層作組織準(zhǔn)備。合金元素對(duì)氮化層深度和表面硬度的影響（550氮化24h） 思考題思考題: 某精密鏜床主軸用某精密鏜床主軸用38CrMoAlA鋼制鋼制,某重型齒輪銑床主軸用某重型齒輪銑床主軸用20CrMnTi制造制造,某普通車床主軸某普通車床主軸用用40Cr鋼制造鋼制造.試分析比較說(shuō)明它試分析比較說(shuō)明它們各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工們各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織和性能特點(diǎn)藝及最終的組織和性能特點(diǎn)3.3.3 3.3.3 低淬透性鋼低淬透性鋼感應(yīng)加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點(diǎn)有：感應(yīng)加熱淬火與滲

24、碳和氮化相比，特點(diǎn)有： 不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；然保持較高的塑性和韌度； 表面局部加熱，零件的淬火變形??；表面局部加熱，零件的淬火變形?。?加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象； 在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。 與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其耐磨性耐磨性和疲勞抗力不如滲碳工藝。和疲勞抗力不如滲碳工藝。 概念概念是指淬透性比一般碳素鋼的

25、淬透性還要低是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低專門(mén)用于中、小模數(shù)（專門(mén)用于中、小模數(shù)（m=38）的齒輪）的齒輪應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn)得到沿著輪廓分布硬化層得到沿著輪廓分布硬化層 “仿形硬化仿形硬化” 感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)鋼和低淬透性鋼。這里介紹鋼和低淬透性鋼。這里介紹低淬透性鋼低淬透性鋼 硬化層分布硬化層分布(右為仿形硬化右為仿形硬化) 降低鋼淬透性措施降低鋼淬透性措施:Mn、Si; 加入加入Ti 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有55 Ti 、 60 Ti 、 70 Ti等等.3.4 高錳耐磨鋼高錳耐磨鋼 一、高錳鑄鋼的化學(xué)成分及性能一、高錳鑄鋼的化學(xué)成分及

26、性能 特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄件使用。特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄件使用。 常用高錳鑄鋼為常用高錳鑄鋼為ZGMn13ZGMn13型。鑄態(tài)組織一般是型。鑄態(tài)組織一般是 奧氏體、珠光體、馬氏體加碳化物復(fù)合組織，力奧氏體、珠光體、馬氏體加碳化物復(fù)合組織，力 學(xué)性能差，耐磨性低，不宜直接使用。經(jīng)過(guò)水韌學(xué)性能差，耐磨性低，不宜直接使用。經(jīng)過(guò)水韌 處理（即固溶處理）后的顯微組織是單相奧氏處理（即固溶處理）后的顯微組織是單相奧氏 體，軟而韌。體，軟而韌。二、高錳鋼的熱處理二、高錳鋼的熱處理 1、水韌處理加熱、水韌處理加熱T應(yīng)應(yīng)Acm，一般為，一般為1050 1100，在一定保溫時(shí)間下，在一定保溫時(shí)間下，K全部溶入全部溶

27、入A中中 2、高錳鋼導(dǎo)熱性較差，僅為碳素鋼的、高錳鋼導(dǎo)熱性較差，僅為碳素鋼的1/41/5，熱膨脹系數(shù)比普通鋼大，熱膨脹系數(shù)比普通鋼大50%，而且鑄件尺，而且鑄件尺寸往往又較大，所以要寸往往又較大，所以要緩慢緩慢加熱，以避免產(chǎn)生加熱，以避免產(chǎn)生裂紋；裂紋； 三、高錳鋼的耐磨性及應(yīng)用三、高錳鋼的耐磨性及應(yīng)用耐耐磨磨機(jī)機(jī)理理 大形變?cè)诖笮巫冊(cè)贏基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)、基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)、形變孿晶、形變孿晶、和和馬氏體而硬化。表面馬氏體而硬化。表面硬度從原來(lái)硬度從原來(lái)200HB左右可左右可到到500HB以以上，硬化深度可達(dá)上，硬化深度可達(dá)1020mm，而心部仍，而心部仍保持保持A，所以能承受較大沖擊載荷而

28、不，所以能承受較大沖擊載荷而不破裂。在表層逐漸被磨掉的同時(shí)，硬化破裂。在表層逐漸被磨掉的同時(shí)，硬化層不斷地向內(nèi)發(fā)展層不斷地向內(nèi)發(fā)展 “前赴后繼前赴后繼”。 在低應(yīng)力和低沖擊載荷下，耐磨性往在低應(yīng)力和低沖擊載荷下，耐磨性往往不一定好。往不一定好。 3、鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以、鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以 避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。 水冷前水溫不宜超過(guò)水冷前水溫不宜超過(guò)30，水冷后水溫應(yīng)小，水冷后水溫應(yīng)小 于于60； ？ ？ 4、水韌處理后不宜再進(jìn)行、水韌處理后不宜再進(jìn)行250350的回的回 火處理，也不宜在火處理，也不宜在25035

29、0以上溫度環(huán)境中以上溫度環(huán)境中 使用。使用。 ？ ？應(yīng)應(yīng)用用 廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機(jī)的襯板、顎板、磨球，各式碎石機(jī)的襯板、顎板、磨球，挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等。挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等。 保險(xiǎn)箱保險(xiǎn)箱 ? ?思思考考題題 高錳鋼經(jīng)水韌處理能得到全部高錳鋼經(jīng)水韌處理能得到全部A，而緩冷卻得到大量而緩冷卻得到大量M。為什么為什么? ? 四、典型零件材料選擇與工藝分析四、典型零件材料選擇與工藝分析 1 1、齒輪類零件、齒輪類零件 不同機(jī)械的齒輪，其工作條件差別很大，所不同機(jī)械的齒輪，其工作條件差別

30、很大，所 以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。機(jī)機(jī)床床齒齒輪輪 載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如45、40Cr、42SiMn等鋼，等鋼， 熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火一般工藝路線為：一般工藝路線為： 備料備料 鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 半精加工半精加工 高頻淬火高頻淬火+ + 回火回火 磨削磨削汽汽拖拖齒齒輪輪 汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪屬于重載荷齒汽車、拖拉機(jī)上的變

31、速箱齒輪屬于重載荷齒輪。一般都采用滲碳鋼，如輪。一般都采用滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，等，進(jìn)行滲碳熱處理。進(jìn)行滲碳熱處理。一般工藝路線為：一般工藝路線為： 備料備料鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 滲碳滲碳+ +淬火淬火+ +回火回火 噴丸噴丸 磨削磨削重重載載齒齒輪輪 航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承受高速和重載，一般多采用高淬透性滲碳鋼，受高速和重載，一般多采用高淬透性滲碳鋼，如如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等鋼。等鋼。工藝路線較復(fù)雜：工藝路線較復(fù)雜： 備料備料 模鍛模鍛 正火正火+ +高溫回火高溫回火 機(jī)械加工機(jī)械加工 滲

32、碳滲碳 高溫回火高溫回火 機(jī)械加工機(jī)械加工 淬火淬火+ +回火回火 精加工精加工 檢驗(yàn)。檢驗(yàn)。2 2、軸類零件、軸類零件 軸是各類機(jī)械中最基本零件，也是關(guān)鍵軸是各類機(jī)械中最基本零件，也是關(guān)鍵零部件。它直接影響精度和使用壽命。零部件。它直接影響精度和使用壽命。 各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸直徑在直徑在0.5mm以下，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑以下，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑可達(dá)可達(dá)1m以上。以上。服役條服役條件主要件主要共同點(diǎn)共同點(diǎn) 傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受 彎曲、拉壓負(fù)荷；彎曲、拉壓負(fù)荷； 都有軸承支承，軸頸處受磨損，都有軸承支承，軸頸處

33、受磨損， 需要較高的硬度，耐磨性好；需要較高的硬度，耐磨性好； 大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載。大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載。主要失主要失效方式效方式 斷裂、疲勞斷裂和過(guò)量磨損。斷裂、疲勞斷裂和過(guò)量磨損。軸軸類零件主要是按強(qiáng)度來(lái)選材的，并考類零件主要是按強(qiáng)度來(lái)選材的，并考慮一定韌度和耐磨性。慮一定韌度和耐磨性。 目前常用軸的材料及工藝如下：目前常用軸的材料及工藝如下：（1 1）輕載主軸輕載主軸。如普通車床主軸，負(fù)荷小，沖。如普通車床主軸，負(fù)荷小，沖 擊力不大，磨損也不嚴(yán)重，一般采用擊力不大，磨損也不嚴(yán)重，一般采用4545鋼，鋼， 整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加 熱淬火。熱淬火。（2）中載主軸中載主軸。如銑床，中等負(fù)荷，有一定沖。如銑床，中等負(fù)荷，有一定沖 擊力，磨損也較重，一般用擊力，磨損也較重，一般用40Cr等制造，進(jìn)等制造，進(jìn) 行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如 沖擊力較大，也可用沖擊力較大，也可用20Cr等鋼進(jìn)行滲碳淬火等鋼進(jìn)行滲碳淬火（3）重載主軸。如組合機(jī)床的主軸，負(fù)荷較）重載主軸。如組合機(jī)床的主軸，負(fù)荷較 大，沖擊力大，磨損嚴(yán)重，可用大，沖擊力大，磨損嚴(yán)重，可用20CrMnTi 鋼制造，滲碳淬火。鋼制造，滲碳