第3章 機械制造結(jié)構(gòu)鋼課件

第3章機械制造結(jié)構(gòu)鋼主要內(nèi)容概述調(diào)質(zhì)鋼★★非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼★★彈簧鋼低碳馬氏體鋼

合金滲碳鋼氮化鋼、低淬透性鋼

耐磨鋼

零件材料選擇基本原則與思路基本要求：

了解各類鋼的服役條件、對鋼的基本性能要求。掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動軸承鋼等的典型牌號。重點：各類鋼的化學(xué)成分特點、合金元素的作用、強韌化機制及熱處理特點。

教學(xué)要求§3.1概述機械制造結(jié)構(gòu)鋼是指用于制造各種機械零件（軸、齒輪、緊固件、軸承等）的一類鋼種,也稱機器零件用鋼。撥叉變速齒輪變速箱連

桿

軸

§3.1概述電氣機車大軸

磨床主軸

§3.1概述汽輪機轉(zhuǎn)子

汽輪機轉(zhuǎn)子（AETC公司）

§3.1概述葉輪、轉(zhuǎn)子

§3.1概述某軍艦汽輪機主軸

§3.1概述齒輪曲軸汽車萬向節(jié)連桿§3.1概述彈簧拉力彈簧離合器彈簧蝶形彈簧板彈簧§3.1概述滾珠滾珠軸承§3.1概述履帶破碎機顎板挖掘機斗齒一、工作條件與性能要求反復(fù)載荷—較高的疲勞強度。短時超負(fù)荷—較高的區(qū)服強度、抗拉強度以及較高的斷裂抗力。相對滑動或滾動—耐磨性及接觸疲勞強度。形狀復(fù)雜—較高的韌性、低的缺口敏感性。良好的切削加工性能、熱處理工藝性能、一定的耐腐蝕性能§3.1概述§3.1概述二、成分與合金化主要有C素和合金亞共析鋼；合金元素—Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、B等。提高鋼的淬透性—影響鋼的力學(xué)性能。含碳量的選擇和回火溫度的確定—影響零件的使用性能和壽命。提高鋼的切削加工性—加工成型性能。

提高鋼的淬透性—影響鋼的力學(xué)性能。

馬氏體相變及其隨后的回火是綜合利用了固溶強化、晶界強化、位錯強化和第二相強化，獲得馬氏體成為鋼的重要強化手段。

對于淬火高溫回火鋼來說，盡管馬氏體和非馬氏體組織經(jīng)高溫回火后的硬度相近，但非馬氏體組織使鋼的塑性和韌性，特別是冷脆傾向明顯變差，并降低鋼的疲勞強度。機器零件必須具備足夠淬透性。

大截面尺寸零件，合金元素增加淬透性作用更顯著。二、成分與合金化二、成分與合金化含碳量的選擇和回火溫度的確定—影響零件的使用性能和壽命?；鼗饻囟鹊拇_定決定鋼的最后組織狀態(tài)，回火工藝在某種程度上決定了零件的使用性能和壽命。

為了保證鋼有較好的耐磨性和接觸疲勞強度，鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火。

馬氏體的硬度與鋼中含碳量有關(guān)，隨著鋼中含碳量的增多，馬氏體的硬度也隨之提高。二、成分與合金化提高鋼的切削加工性—加工成型性能。常用改善鋼的切削加工性能的合金元素有：S、Pb、Ca、Te（碲）、Se（硒）MnS、CaS、MnTe、PbTe、MnSe、PbSe等一般認(rèn)為，當(dāng)鋼的硬度為179~229HBW時，其切削性能最佳。

低碳鋼，采用正火處理，提高片狀P數(shù)量，改善切削性能；高碳鋼，球化處理，使硬度降低。四種基本強化形式位錯強化細(xì)晶強化固溶強化沉淀強化馬氏體強化

位錯強化+固溶強化+沉淀強化（+細(xì)晶強化）形變熱處理

位錯強化+沉淀強化+馬氏體強化

三、強化方式一般都要通過熱處理（淬火+回火）1）馬氏體回火后比F+P具有較好的綜合室溫機械性能;2）淬透的零件比未淬透的零件具有較好的機械性能。提高鋼的淬透性，要加入合金元素（低）Ni→Si→Cr→Mo→Mn→B

（高）

四、熱處理回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。一、回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。鋼的淬火與回火3、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。鋼的淬火與回火根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類?！翊慊鸺痈邷鼗鼗鸬臒崽幚矸Q作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。

提高e及s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理鋼的淬火與回火五、鋼種調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼低碳馬氏體鋼滲碳鋼氮化鋼低淬透性鋼耐磨鋼概念成分、合金化與分類組織熱處理性能

§3.2調(diào)質(zhì)鋼一、調(diào)質(zhì)鋼概念

結(jié)構(gòu)鋼在淬火與高溫回火（500-650℃）后具有良好的綜合力學(xué)性能，有較高的強度，良好的塑性和韌性。適用于這種熱處理的鋼種稱為調(diào)質(zhì)鋼。二、調(diào)質(zhì)鋼的成分、合金化成分0.25~0.45%C的C鋼或中、低合金鋼。合金化

Mn,Si,Cr,Ni,Mo,V,B,(Nb,Ti,Al)合金元素作用：

提高淬透性（主要作用）；固溶強化；細(xì)晶強化；彌散強化

三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級

常用調(diào)質(zhì)鋼按淬透性大小可分為幾級：

1）40，45，45B2）40Cr，45Mn2,45MnB,35MnSi3）35CrMo,42MnVB,40MnMoB，40CrNi4）40CrMnMo,35SiMn2MoV，40CrNiMo

依據(jù)

不同成分的調(diào)質(zhì)鋼只要其淬透性相當(dāng)，當(dāng)淬火及高溫回火后，其性能相近

低淬透性碳素調(diào)質(zhì)鋼：

45鋼、45B鋼，用于截面尺寸較小或不要求完全淬透的零件。低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：

40Cr、40Mn2、40MnB、35SiMn等，油淬臨界直徑最大為30mm~40mm。通常用于制造一般尺寸的重要零件。三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級

中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：

35CrMo、40CrMn、40CrNi、42CrMo、40CrMnMo等。油淬臨界直徑最大為40mm~60mm。主要用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿、汽輪機轉(zhuǎn)子、葉輪等。三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級

高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：

34CrNi3MoV、37CrNi3、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等，油淬臨界直徑最大為60mm~100mm。主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動機軸、汽輪機主軸、葉輪等。

三、調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級

四、調(diào)質(zhì)鋼的組織與性能回火S;具有良好綜合力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性。強度（屈強：700-1200MPa）

Cr,Mo,W,V可阻礙K在高溫回火時聚集長大，使鋼保持高強度；阻礙α再結(jié)晶，使α相保持細(xì)??；合金元素的固溶強化、細(xì)晶強化韌性:調(diào)節(jié)溫度可具有不同的韌性；細(xì)化；防止或減輕回火脆性，加入Mo,W,Ti或Ce（+Mo）五、調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用調(diào)質(zhì)鋼的不足：1）沒有利用馬氏體精細(xì)結(jié)構(gòu)強化作用；2）K的彌散強化作用也沒有充分體現(xiàn)。

應(yīng)用：在要求良好的綜合機械性能，尤其是需要較高的（沖擊）韌性時，采用中C鋼的調(diào)質(zhì)處理才正能發(fā)揮其優(yōu)勢。

§3.3非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼1、定義

通過采用微合金化、控制軋制(鍛造)和控制冷卻等強韌化方法，取消調(diào)質(zhì)熱處理，能夠達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼性能的優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量鋼，亦可稱微合金非調(diào)質(zhì)鋼。一、概述2、優(yōu)點省略了調(diào)質(zhì)工序，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。3、發(fā)展非調(diào)質(zhì)鋼先后經(jīng)歷了鐵素體+珠光體、低碳貝氏體、低碳馬氏體組織三個階段的發(fā)展。使用范圍從機械結(jié)構(gòu)鋼擴大到模具用鋼。一、概述(一)F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的強化1、細(xì)化珠光體和鐵素體組織。2、沉淀強化。3、珠光體的數(shù)量。4、鐵素體的固溶強化。5、形變強化。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼(二)F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的韌化1、降低碳含量。2、阻止加熱時奧氏體粗化和形變奧氏體再結(jié)晶晶粒長大。3、獲得細(xì)小的、塊狀的F，減少網(wǎng)狀F。4、使F在奧氏體晶內(nèi)形核，得到晶內(nèi)鐵素體。5、如進(jìn)一步提高韌性，需改變組織類型，得到貝氏體或低碳馬氏體組織。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼5、晶內(nèi)鐵素體(IGF)形成技術(shù)(1)IGF形成的主要原理是：利用氧化物冶金技術(shù)，在奧氏體晶內(nèi)提供大量的鐵素體形核位置，在相變時鐵素體除了可以在晶界上形核以外，也能在奧氏體晶內(nèi)形成，這種在奧氏體晶內(nèi)形成的鐵素體稱之為晶內(nèi)鐵素體。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼(2)晶內(nèi)鐵素體的形核位置：鋼中彌散分布的細(xì)小MnS顆粒是良好的IGF形核位置，同時在MnS周圍形成的貧錳區(qū)因淬透性降低也能起到促進(jìn)鐵素體形成的作用。如鋼中含一定V和N，V(C,N)可成為IGF的形核核心。VN以MnS夾雜顆粒為形核核心，可促進(jìn)IGF的形成。(3)晶內(nèi)鐵素體的作用：細(xì)晶強化并顯著改善韌性。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼MnS+V(C,N)與晶內(nèi)鐵素體(三)F-P型非調(diào)質(zhì)鋼的合金化1、均含有微合金化元素主要為V、Ti、Nb、B，最常用的是0.06-0.13%V。(1)阻止鍛造或軋前加熱時奧氏體晶粒長大。(2)阻止奧氏體形變再結(jié)晶。(3)沉淀強化。(4)使珠光體團(tuán)變小，滲碳體片碎化，片間距減小。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼2、均含有一定量的Mn（0.6-1.5%）(1)固溶強化鐵素體。(2)增加珠光體數(shù)量。(3)降低珠光體形成溫度，細(xì)化片間距。(4)促進(jìn)VC溶解，降低其固溶溫度。含量超過1.5-1.6%時，促進(jìn)形成貝氏體組織。3、Si（0.5-0.7%）(1)固溶強化鐵素體。(2)增加淬透性。二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼二、F-P型非調(diào)質(zhì)鋼(四)典型F-P型非調(diào)質(zhì)鋼：抗拉強度785MPa級1、特點(1)主要用于替代45、50、55、40Cr、40MnB等調(diào)質(zhì)鋼中用量最大的鋼種，多用于制造要求有較高疲勞性能的連桿和軸類零件。(2)顯微組織為F-P+(K)，以P為主。(3)冷速，P。進(jìn)一步快冷會得到B、M組織。2、主要鋼種F35MnVN、F40MnV、F40MnV(Ti）。1、特點(1)在中碳鋼基礎(chǔ)上降碳，并添加擴大貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域的元素，如B、Mo、Cr、Mn等。(2)微合金化元素細(xì)化晶粒，再通過控冷得到貝氏體組織。(3)強度高，又有良好的韌性，特別是低溫韌性好。低碳貝氏體鋼的強韌性超過IGF鋼。三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼2、典型貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼低碳含B貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼(1)含有B，同時含Mn（1.0-2.6%）和Cr（0.80-1.50%）量較高。(2)在很寬冷卻速度范圍內(nèi)都可獲得貝氏體。(3)性能對冷速較敏感。冷速快，強度高，而塑、韌性基本穩(wěn)定；冷速慢，韌性高。（一）低碳貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼1、特點熱加工后直接淬火再回火或熱加工后直接淬火自回火得到細(xì)小均勻的碳化物和板條馬氏體的組織。強韌性達(dá)到合金調(diào)質(zhì)鋼水平。（二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼三、低碳貝氏體和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼2、典型成分0.04%~0.05%C、0.25%Si、1.6%Mn、1.0%Cr、0.07%Nb、0.002%B。(1)0.04%～0.05%C：是從強度、硬度和韌性多方面綜合考慮的結(jié)果；(2)Mn和Cr：提高淬透性。(3)微量B：更加有效地提高了淬透性，加B并降低C含量還有減小焊接裂紋敏感性的效果。（二）低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼

說明下列鋼號的類別、化學(xué)成分、熱處理工藝、使用組織和合金元素的作用。40CrNiMoF40MnV(Ti)思考題40CrNiMo類別：調(diào)質(zhì)鋼（機械制造結(jié)構(gòu)鋼）化學(xué)成分：0.4%C，Cr、Ni、Mo＜1.5%。熱處理工藝：淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）

使用組織：回火索氏體。合金元素作用：合金元素作用：1、提高淬透性：Cr、Mn、Mo。2、提高回火穩(wěn)定性：Cr、Mo。3、固溶強化鐵素體：Mn。(Ni)4、消除高溫回火脆性：Mo。5、提高韌性：Ni。F40MnV(Ti)類別：非調(diào)質(zhì)鋼。化學(xué)成分：0.4%C，Mn＜1.5%。V、Ti:微量熱處理工藝：控制軋制（控鍛）+控制冷卻使用組織：鐵素體+珠光體。

V、Ti:(1)阻止奧氏體晶粒長大。(2)阻止奧氏體形變再結(jié)晶。(3)沉淀強化。(4)細(xì)化珠光體團(tuán)，使?jié)B碳體片碎化。Mn：(1)固溶強化鐵素體。(2)增加珠光體數(shù)量。(3)細(xì)化珠光體片間距。(4)促進(jìn)VC溶解，降低其固溶溫度。機械制造結(jié)構(gòu)鋼：調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼低碳馬氏體鋼滲碳鋼氮化鋼低淬透性鋼耐磨鋼§3.4彈簧鋼彈簧鋼：制造各種彈簧的機械零件結(jié)構(gòu)鋼。1、彈簧的主要作用吸收沖擊能量，緩和機器的振動和沖擊作用，或存儲能量完成事先規(guī)定的動作?！?.4彈簧鋼§3.4彈簧鋼§3.4彈簧鋼§3.4彈簧鋼一、工作條件與性能要求

在動載荷（沖擊、振動、交變應(yīng)力、彎曲、扭轉(zhuǎn)）作用下起到緩和沖擊力，或控制零件某一工作過程的作用。高的彈性極限高的疲勞強度足夠的塑性和韌性導(dǎo)電、無磁、耐高溫和耐腐蝕有一定的淬透性等1．成分與合金化

中、高碳素鋼或低合金鋼(1)提高淬透性：Cr、Mn、Si、Mo

(2)細(xì)化奧氏體晶粒：V、Nb(3)提高抗回火穩(wěn)定性：Cr、Mo、V、Nb

(4)提高彈性極限：Si（強化鐵素體）二、成分、合金化、組織與常用鋼種碳素彈簧鋼C%0.60%~1.05%

65，70，75，80，85具有較高的強度，適當(dāng)?shù)捻g性，但淬透性低；

二、成分、合金化、組織與常用鋼種低合金彈簧鋼1.成分0.45％-0.75％C加入Si、Mn、Cr、V，W，Mo，NbSi

主要提高彈性極限Cr,Mn主要是提高淬透性V,Mo,Nb細(xì)化晶粒,提高淬透性為保證彈簧有高疲勞壽命，要求鋼的純凈度高，非金屬夾雜物少，表面質(zhì)量高

二、成分、合金化、組織與常用鋼種2．組織經(jīng)淬火和中溫回火后得到回火屈氏體組織。3．常用鋼種

1）Mn彈簧鋼：60Mn，65Mn2）MnSi彈簧鋼：55Si2Mn，60Si2MnA3）Cr彈簧鋼：50CrMn，50CrVA,50CrMnVA(使用T<300℃)

4）耐熱彈簧：30W4Cr2VA(可達(dá)500℃）

5）耐蝕彈簧：3Cr13,4Cr13,1Cr18Ni9Ti溫度<400℃

二、成分、合金化、組織與常用鋼種1）Mn彈簧鋼65Mn：(1)價格便宜，強度較低，制作尺寸小的彈簧。(2)有過熱傾向，淬透性較低，有回火脆性向。二、成分、合金化、組織與常用鋼種2）MnSi彈簧鋼55Si2Mn、60Si2Mn：(1)淬透性顯著提高，20~25mm，油淬。(2)鐵素體顯著強化，屈強比0.8-0.9。(3)易脫碳，易石墨化，有回火脆性。制作汽車、拖拉機、鐵路車輛上在高應(yīng)力作用下的彈簧。55SiMnVB：中截面彈簧，降Si并采用硼增加淬透性。二、成分、合金化、組織與常用鋼種3）鉻彈簧鋼50CrV，50CrMn，60Si2Cr：(1)淬透性提高，油中淬透50~80mm。(2)沒有晶粒長大傾向，沒有石墨化傾向，不易脫碳。(3)工作溫度較高，300℃，制作大型高負(fù)荷彈簧。二、成分、合金化、組織與常用鋼種4）無鉻彈簧鋼55SiMnMoV，55SiMnMoVNb：大截面彈簧。淬透性高，無回火脆性?；鼗鸱€(wěn)定性高，晶粒細(xì)化。可用于重載彈簧。5）耐熱彈簧鋼30W4Cr2VA：1050~1100℃淬火，550~650℃回火?？稍?00℃以下使用。二、成分、合金化、組織與常用鋼種三、彈簧鋼的熱處理特點(一)熱軋彈簧鋼的熱處理特點1、采用淬火加中溫回火，得回火屈氏體組織。回火后快冷。2、注意防止表面脫碳。55Si2Mn的疲勞強度σ-1：未脫碳：700MPa；脫碳：410MPa；嚴(yán)重脫碳：320MPa。(二)冷拉（軋）彈簧鋼的熱處理特點1、先通過冷成型或熱處理強化方法獲得強度高、塑性好的易于冷拉的索氏體組織；2、然后再用冷成型方法制造一定形狀的彈簧；3、冷成型后需進(jìn)行200~400℃低溫回火，以去除應(yīng)力。三、彈簧鋼的熱處理特點彈簧的表面質(zhì)量對其壽命影響很大—表面承受的應(yīng)力最大提高表面質(zhì)量的方法:

防止表面脫碳；

避免表面缺陷；

進(jìn)行噴丸處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力,壽命提

高2~6倍。板簧噴丸處理示意圖四、彈簧鋼的表面強化機械制造結(jié)構(gòu)鋼：調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼

彈簧鋼滾動軸承鋼低碳馬氏體鋼滲碳鋼氮化鋼低淬透性鋼耐磨鋼特大型軸承大型圓錐滾子軸承

離合器分離軸承

各類標(biāo)準(zhǔn)軸承

四列圓錐滾子軸承

輪轂軸承

§3.5滾動軸承鋼§3.5滾動軸承鋼軸承工作時,承受接觸應(yīng)力(最大接觸壓應(yīng)力可達(dá)3000~5000MPa)、周期性交變，載荷(頻率達(dá)數(shù)萬次/分)和摩擦。圓柱滾子軸承用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。一、工作特點及性能要求1.受力情況2.破壞形式主要是接觸疲勞破壞，其次是磨損。(1)在接觸表面下0.786b處產(chǎn)生疲勞裂紋。

b-滾動體與套圈接觸帶的寬度。內(nèi)因：此次處切應(yīng)力達(dá)到最大值，使回火馬氏體在切應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。☆強度降低?！畋热轀p小，引起附加張應(yīng)力。一、工作特點及性能要求外因：存在非金屬夾雜和粗大碳化物。(2)疲勞裂紋的擴展裂紋沿切應(yīng)力方向發(fā)展，擴展方向與表面呈45°夾角，沿內(nèi)部組織、成分、應(yīng)力不均勻區(qū)延伸至表面。一、工作特點及性能要求一、工作特點及性能要求⑴高而均勻的硬度和耐磨性。⑵高的b和接觸疲勞強度。⑶足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。⑷尺寸穩(wěn)定性好⑸一定的耐蝕性⑹具有良好的冷、熱加工性3.性能要求1、碳濃度均勻的混合型回火馬氏體(1)回火馬氏體的C含量0.45%，為板條馬氏體和片狀馬氏體混合物時疲勞壽命最高。C量低馬氏體強度低；C量高馬氏體脆性大。(2)馬氏體中碳濃度均勻可阻止裂紋擴展。高碳區(qū)脆性大，低碳區(qū)強度低，裂紋通常沿高碳區(qū)和低碳區(qū)的交界處擴展。二、軸承鋼的顯微組織要求二、軸承鋼的顯微組織要求2、數(shù)量為8%的未溶碳化物(1)均勻分布、顆粒細(xì)小、大小勻稱。(2)提高耐磨性，淬火加熱時細(xì)化奧氏體。3、少量殘余奧氏體可阻礙裂紋形成和擴展(1)吸收應(yīng)變能，減少應(yīng)力集中。(2)產(chǎn)生加工硬化和相變強化。(3)殘奧過多使硬度和耐磨性，并影響尺寸穩(wěn)定性。二、軸承鋼的顯微組織要求4、淬火晶粒度在8-9級(1)細(xì)化馬氏體組織，改善碳濃度均勻性。(2)提高強度和韌性。(3)提高抗裂紋擴展能力。為了滿足軸承鋼的性能要求，對軸承鋼來說，正確的化學(xué)成分、高的冶金質(zhì)量和合理的加工處理工藝是三個關(guān)鍵因素。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量軸承鋼由于冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占65%，疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴展均與冶金質(zhì)量有關(guān)。（一）對軸承鋼冶金質(zhì)量的要求

1.純凈：雜質(zhì)元素和夾雜物含量要低。

2.組織均勻：非金屬夾雜物和碳化物應(yīng)當(dāng)細(xì)小和均勻分布。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(二)軸承鋼中的非金屬夾雜物1.危害破壞了金屬的連續(xù)性，在交變應(yīng)力作用下，易于引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋源，顯著降低疲勞壽命。2.影響與數(shù)量、類型、大小、形態(tài)和分布有關(guān)，需綜合考慮。(1)雜物的尺寸越大，危害也越大。<6~8μm，不影響疲勞壽命。>20~30μm，急劇降低疲勞壽命。(2)夾雜物的熱塑性及熱膨脹系數(shù)小，危害大。危害程度：剛玉＞點狀夾雜物＞半塑性夾雜物＞塑性硅酸鹽。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化夾雜物的塑性低，熱膨脹系數(shù)小將導(dǎo)致：鋼變形時不能隨之發(fā)生塑性變形，在鋼發(fā)生熱塑性流動時會劃傷基體，造成夾雜物邊緣出現(xiàn)裂紋或空洞。交變應(yīng)力作用下基體變形，夾雜物不易變形，可導(dǎo)致夾雜物與基體界面脫開而開裂。夾雜物熱膨脹系數(shù)小于基體，冷卻時使基體產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，易產(chǎn)生裂紋。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(3)夾雜物的數(shù)量越多，壽命越低。(4)夾雜物的形態(tài)及分布形態(tài)：細(xì)條狀塑性夾雜物危害較小，棱角鋒銳的脆性夾雜物危害最大。分布：分布均勻危害小。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量3、消除(1)鋼液徹底脫氧，減少夾雜物。(2)使產(chǎn)生的夾雜物上浮。用Al脫氧，生成Al2O3界面張力大，上浮比Mn，Si脫氧快。(3)保留合適的殘余Al量。殘余0.02%Al時，夾雜物最少。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(4)采用真空熔煉，電渣重熔，爐外精煉，真空脫氣等新冶煉技術(shù)和工藝。(5)利用硫化物夾雜減弱Al2O3夾雜的影響。適當(dāng)提高鋼中含S量，在鋼液凝固前，以懸浮于鋼液中的細(xì)小剛玉(Al2O3)晶體為核心，析出MnS，相當(dāng)于用塑性夾雜物把脆性夾雜物包圍起來。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量(三)軸承鋼的碳化物不均勻性1、網(wǎng)狀碳化物(1)形成終軋溫度過高；軋后冷卻速度過慢。是從奧氏體晶界析出的二次碳化物。(2)預(yù)防：控制軋制工藝參數(shù)。(3)消除：正火處理。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量網(wǎng)狀K2、帶狀碳化物(1)形成鋼錠有枝晶偏析，在各枝晶之間富集C和Cr，熱加工時枝晶偏析區(qū)被拉長，富C和富Cr的偏析區(qū)域析出較多的碳化物，沿著軋制方向呈帶狀分布，形成帶狀碳化物。是從奧氏體中析出的二次碳化物。(2)消除：擴散退火。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量帶狀K3、液析碳化物(1)形成鋼液在凝固時產(chǎn)生嚴(yán)重枝晶偏析，使局部地區(qū)達(dá)到共晶成分。當(dāng)共晶液量很少時，產(chǎn)生離異共晶，粗大的共晶碳化物從共晶組織中離異出來，經(jīng)軋制后被拉成條帶狀。由于是由液態(tài)共晶反應(yīng)形成的，故稱液析碳化物。(2)消除：高溫擴散退火。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量液析K4、碳化物不均勻的危害(1)淬火組織和硬度不均勻；(2)機械性能呈各向異性；(3)降低接觸疲勞強度。三、軸承鋼的冶金質(zhì)量GCr15鋼淬火回火態(tài)，隱晶M＋K網(wǎng)狀K帶狀K液析K(一)高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分GCr15在國內(nèi)外廣泛使用，占總量90%以上。1、高碳：0.95~1.05%C保證馬氏體的碳含量和未溶碳化物的數(shù)量。2、以鉻作為基本的合金元素：1.65%以下。(1)提高淬透性。(2)Cr溶于滲碳體中形成比較穩(wěn)定的細(xì)小且均勻分布的(Fe,Cr)3C顆粒，加熱時溶解慢。四、高碳鉻軸承鋼3、Mo，Mn，Si，V進(jìn)一步增加淬透性，用以制作大型軸承。4、嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素S、P和殘余元素Ni、Cu的含量。四、高碳鉻軸承鋼（二）高碳鉻軸承鋼的熱處理1.軸承鋼的球化退火1）目的獲得均勻細(xì)粒狀珠光體組織。(1)降低硬度，便于切削加工；(2)為淬火作組織準(zhǔn)備；(3)消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和沖壓加工。四、高碳鉻軸承鋼2）球化退火工藝(1)加熱溫度：780-810℃。控制加熱溫度是控制碳化物形態(tài)的關(guān)鍵。溫度過高：碳化物溶解過多，奧氏體成分均勻，得到粗片珠光體或大塊聚集碳化物。溫度過低：碳化物沒完全溶解和團(tuán)聚，奧氏體中成分極不均勻，得到片狀或細(xì)小鏈狀碳化物。四、高碳鉻軸承鋼(2)保溫時間：2-6h，依具體情況而定。(3)冷卻速度連續(xù)冷卻：20-30℃/h；等溫冷卻：700℃等溫2-4h；冷卻速度是控制碳化物彌散度的關(guān)鍵。冷速快：大量細(xì)密的碳化物。冷速慢：碳化物顆粒粗大。合適硬度：HB205-215。四、高碳鉻軸承鋼2.軸承鋼正火1）正火目的(1)消除網(wǎng)狀碳化物；(2)返修退火不合格品。2）正火工藝(1)930~950℃加熱：消除粗大網(wǎng)狀K。(2)850~870℃加熱：返修，消除細(xì)網(wǎng)狀K。(3)冷卻：速度≥50℃/min。四、高碳鉻軸承鋼3.軸承鋼的淬火和回火1）淬火加熱溫度：830-860℃是控制淬火質(zhì)量的重要因素。(1)溫度過高：碳化物溶解得過多，馬氏體粗大，殘余奧氏體過多，未溶碳化物少。(2)溫度過低：碳化物溶解過少，馬氏體含碳低，出現(xiàn)非馬氏體組織，未溶碳化物多。四、高碳鉻軸承鋼2）防止脫C采用真空淬火或者保護(hù)氣氛加熱。3）冷卻(1)650~250℃必須快冷，不發(fā)生B和P轉(zhuǎn)變。(2)250℃以下必須慢冷，減少變形開裂。(3)冷卻方式：D<12mm，油冷；D>12mm，蘇打水。薄壁套圈：分級淬火：120-180℃，2-5min四、高碳鉻軸承鋼4）回火(1)160℃，3h或更長。(2)消除殘余應(yīng)力，提高韌性，提高組織尺寸穩(wěn)定性。5）穩(wěn)定化處理(1)淬火后立即冷處理（-40~-70℃）。(2)消除殘余奧氏體，保證尺寸穩(wěn)定。四、高碳鉻軸承鋼6）磨削后回火(1)120~150℃，3~5h。(2)消除磨削應(yīng)力，防止尺寸變化和龜裂熱處理：球化退火+淬火+低溫回火四、高碳鉻軸承鋼組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo最高工作溫度不超過180℃，含抗回火穩(wěn)定性元素Si、Mo、V、Al的低合金軸承鋼工作溫度也不超過260℃。五、典型軸承鋼2、Cr4Mo4V、Cr15Mo4、Cr14Mo4V高溫軸承鋼。含大量W、Mo、Cr、V等碳化物形成元素，回火穩(wěn)定性高，高溫回火產(chǎn)生二次硬化，能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞強度。使用溫度大于300℃。低碳（合金）鋼經(jīng)淬火并低溫回火，以低碳馬氏體為應(yīng)用狀態(tài)，并用作結(jié)構(gòu)零件的鋼。一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能(一)顯微組織低碳（合金）回火馬氏體（碳的過飽和α固溶體+與α相共格的ε-FexC沉淀相+AR）§3.6低碳馬氏體鋼(二)強度1、碳的固溶強化；2、馬氏體相變的冷作硬化3、板條束的細(xì)晶強化（效果小于固溶強化和相變冷作硬化，但對低溫韌性有利）；4、沉淀強化。一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能(三)韌性1、碳含量(1)<0.25%，板條M，塑性和韌性好于片狀M。分布均勻的位錯；AR薄膜；板條束是脆性斷裂的最小單元，寬度越小，脆化溫度越低；板條束平行，撞擊機會少。(2)>0.25%，片狀M，塑性和韌性低于板條M。出現(xiàn)孿晶，可用形變系統(tǒng)少。馬氏體針非平行，撞擊機會多。一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能2、合金元素(1)合金元素固溶提高韌性1%Mn；1~4%Ni；1.5%Cr；0.5%Mo。Mn，Ni：擴大γ相區(qū)，含量低時形成位錯馬氏體，并有利于形成AR薄膜，韌性。Cr，Mo，V：縮小γ相區(qū)，有助于形成位錯馬氏體，韌性。(2)細(xì)化晶粒提高韌性V：0.05-0.20%。一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能(四)低溫回火脆性1、避免在250~350℃回火。2、降低雜質(zhì)元素含量。3、加入Si，提高低溫回火脆性的產(chǎn)生溫度。一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能(一)特點1、高強度、塑性和韌性好，可替代調(diào)質(zhì)鋼。2、和調(diào)質(zhì)鋼比，冷成型和焊接性好，熱處理脫碳傾向小，缺口敏感性低。(二)合金化1、含C量0.15~0.25%C。二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用2、合金元素Mn、Cr、Ni、Mo、V、Si等，和調(diào)質(zhì)鋼基本相同。(1)提高淬透性比調(diào)質(zhì)鋼要求更高。含C量比調(diào)質(zhì)鋼低，淬透性差。以回火馬氏體狀態(tài)使用，如淬不透，達(dá)不到強度。二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用(2)提高回火穩(wěn)定性適當(dāng)提高回火溫度，同時避開低溫回火脆性區(qū)。(3)降低Ms點，防止自回火低碳鋼Ms點高（0.2%C時Ms=~450℃），淬火后所得馬氏體易發(fā)生自回火現(xiàn)象，使硬度和強度下降。加入合金元素使Ms點下降，防止自回火。二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用(三)低碳馬氏體鋼的應(yīng)用15MnVB

(1)替代40Cr調(diào)質(zhì)鋼，制作汽車用高強度螺栓。(2)880℃加熱，10%NaCl淬火，200℃回火，HRC38~41，σ0.2=1133MPa，ak=70~80J/cm2。(3)強度比40Cr高1/3，塑性和韌性好，生產(chǎn)工藝簡單，頭部由熱鍛改為冷鐓，螺紋有利輥壓。20SiMn2MoV(1)900℃加熱，油淬，250℃回火，σ0.2=1238MPa。替代35鋼正火，強度提高3倍。(2)具有較高的綜合力學(xué)性能，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低，-40℃的沖擊吸收值ak=52J/cm2

。二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用一、用途

采用表面滲碳工藝，制作工作時受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲，并有相對摩擦和高的接觸應(yīng)力的工件。用于齒輪、軸、凸輪等制造滲碳零件的鋼種?！?.7合金滲碳鋼經(jīng)滲碳處理后使用的鋼種二、性能要求和組織1、表面(1)性能：高彎曲、疲勞強度，高硬度、高耐磨性。(2)組織：高C回火馬氏體、細(xì)小未溶碳化物。2、心部(1)性能：高的屈服強度、高的沖擊韌性。(2)組織：低碳的回火馬氏體?！?.7合金滲碳鋼三、合金化含量范圍：Mn<3.3%；Cr<2%；Ni<4%；Mo<0.6%；W<1.2%；V<0.3%；Ti<0.12%；B<0.001-0.005%。（Si<1.2%）(一)根據(jù)心部性能要求1、含C量0.10~0.25%C。低碳馬氏體保證高的強韌性。§3.7合金滲碳鋼2、提高淬透性心部淬火應(yīng)得到低碳馬氏體。3、細(xì)化奧氏體0.05~0.30%V，0.06~0.12%Ti。(1)滲碳溫度高，時間長（930℃，幾～幾十個小時）。(2)滲碳后熱處理溫度不一定高于心部Ac3，心部組織不一定可重新細(xì)化?！?.7合金滲碳鋼(二)根據(jù)滲碳層性能要求1、滲碳層表面有適宜的含碳量（0.8~1.05%C）(1)Cr、Mo、W：增大鋼表面吸收碳原子的能力，增加滲層的碳濃度。但不能含量過高（特別是Cr），避免鋼表面碳濃度過高，塊狀碳化物增多，降低滲碳層性能。(2)Ni、Si：降低鋼表面吸收碳原子的能力，降低滲層的碳濃度。§3.7合金滲碳鋼2、滲碳速度快(1)Mn、Cr、Mo、W：促進(jìn)滲層厚度增加。(Cr、Mo、W：增加表面C濃度，促進(jìn)C擴散)(Mn：不過多增加滲層碳濃度，不在滲層中形成大塊碳化物)。(2)Si、Ni：阻礙滲層厚度增加。（降低表面碳濃度）3、滲層中殘余奧氏體不能多Mn、Cr、Ni含量不能過高?！?.7合金滲碳鋼四、常用滲碳鋼(一)低淬透性滲碳鋼1、20Cr：常用滲碳鋼，受力較小的工件。(1)表層：滲碳后奧氏體晶粒粗大，滲碳層碳含量高，易形成網(wǎng)狀碳化物。(2)心部：淬透性低。2、20Mn2，20Mn2B，20Mn2V替代20Cr。3、20CrV：晶粒細(xì)化，可直接淬火?！?.7合金滲碳鋼(二)中淬透性滲碳鋼1、20CrMnTi(1)表層：奧氏體晶粒不易粗大，過渡層均勻，表面碳濃度適中。(2)心部：淬透性較好。2、20Mn2TiB，20MnVB，25MnTiBRe3、20SiMnVB：用于替代20CrMnTi?！?.7合金滲碳鋼20CrMnTi制作汽車變速齒輪1、正火。2、滲碳：920℃，6-8h。3、直接淬火：滲碳后預(yù)冷至870-880℃，油冷。4、低溫回火：200℃，2-3h。5、組織(1)表層：M回+K+A殘。(2)心部：低碳M回+F。§3.7合金滲碳鋼20CrMnTi齒輪的加工工藝：下料→正火→加工齒形→滲碳→預(yù)冷淬火→低溫回火。改善鍛造組織；調(diào)整硬度便于加工。減少淬火變形。預(yù)冷過程中滲碳層析出部分二次滲碳體，油淬后可減少滲層中殘留奧氏體，提高耐磨性和接觸疲勞強度。(三)高淬透性滲碳鋼18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A1、合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)<7.5%，淬透性較高。2、淬火+低溫回火后心部強度很高，制作重載大型齒輪、軸等。3、AR多，必須消除合金元素較多，滲碳層表面含碳量又高，導(dǎo)致Ms大幅度降低。若滲碳后直接淬火，滲碳層中殘留大量AR，降低表面硬度，必須降低AR。§3.7合金滲碳鋼4、降低AR

的措施(1)滲碳正火后+600~620℃高溫回火；(2)淬火后-60~-80℃的冷處理?！?.7合金滲碳鋼工作狀況

載荷不大，基本無沖擊；有摩擦，磨損比齒輪輕；

承受交變載荷，受到交變的疲勞應(yīng)力?！?.8氮化鋼§3.8氮化鋼一、概念與用途：適用于采用氮化處理，以提高工件疲勞強度、耐磨性、抗腐蝕能力的結(jié)構(gòu)鋼。制造要求疲勞強度高，耐磨性好，尺寸精度高的機器零件，如精密機床（鏜床、磨床）的主軸等。二、性能要求1、氮化工藝性能

在盡可能短時間里獲得所需的表面硬度，氮化層厚度和金相組織。

氮化層厚度：0.3-0.5mm。

表面硬度：高耐磨性HV900-1000。高疲勞強度HV500-800。§3.8氮化鋼2、淬透性氮化前需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，得到穩(wěn)定的回火索氏體，使心部HV200-300。3、抗回火穩(wěn)定性經(jīng)510~570℃，3~100h氮化，心部保持強度不下降。4、不發(fā)生明顯的高溫回火脆性510~570℃氮化后緩冷。§3.8氮化鋼§3.8氮化鋼三、合金化

在中碳調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上，添加某些合金元素，以提高或改善其氮化性能和其他力學(xué)性能。1、碳含量0.25-0.45%，保證回火索氏體的強韌性。2、合金元素(1)氮化物形成元素能在α相中形成超顯微的氮化物顆粒，起彌散強化作用。非氮化物形成元素阻礙N原子吸收，降低表面氮濃度，減少氮化層深度。(2)Al、V、Ti、Nb彌散強化作用大，但減少氮化層深度。Cr、W、Mo彌散強化作用較弱，但氮化層較厚?！?.8氮化鋼§3.8氮化鋼合金元素對氮化層深度和表面硬度的影響對碳化層深度的影響對表面硬度的影響§3.8氮化鋼3、鋼的淬透性—Cr、Mo、Mn

4、回火穩(wěn)定性—Mo、V、Nb、Ti

5、消除高溫回火脆性—0.2~0.5%Mo四、氮化工藝方法：氣體氮化、離子氮化溫度：500~565℃氮化往往是零件加工的最后一道工序§3.8氮化鋼五、氮化強化原理在表面形成高硬度的相γ相（Fe4N）和ε

相(Fe3-2N)形成彌撒分布的合金氮化物體積膨脹，表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力六、常用鋼號38CrMoAl，氮化時生成AlN，MoN，CrN。‘§3.9低淬透性鋼一、低淬透性鋼淬透性比一般碳鋼還要低的鋼。二、使用條件采用感應(yīng)加熱淬火法生產(chǎn)中、小模數(shù)齒輪，以替代滲碳和氮化工藝。中碳鋼感應(yīng)加熱淬火與滲碳、氮化相比：1、優(yōu)點(1)表面局部加熱，零件淬火變形??；(2)加熱速度快，表面無氧化、脫碳；(3)表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞壽命。2、不足中、小模數(shù)齒輪在感應(yīng)加熱淬火時，整個齒基本熱透，淬火后芯部也產(chǎn)生硬化，易發(fā)生斷齒和崩角，造成零件失效?！?.9低淬透性鋼3、解決辦法降低鋼的淬透性，比一般的碳鋼還低。即使芯部加熱奧氏體化，也得不到馬氏體，只能得到沿著齒輪廓表層的硬化層?！?.9低淬透性鋼三、合金化原理1、降低增加淬透性的合金元素含量；2、鋼中形成大量難溶的碳、氮化物質(zhì)點，既

細(xì)化奧氏體，又降低淬透性。§3.9低淬透性鋼§3.9低淬透性鋼四、化學(xué)成分1、含碳量0.5-0.65%。碳量太低，淬火后硬度偏低，耐磨性不好。碳含量太高，淬火后脆性大，易開裂。2、嚴(yán)格限制增加淬透性的元素如嚴(yán)格控制Mn、Si、Cr、Ni、Cu等含量?！?.9低淬透性鋼3、添加0.04-0.12%Ti(1)在鋼中形成TiN、TiC，在感應(yīng)加熱時難溶于奧氏體，降低淬透性，同時也細(xì)化奧氏體晶粒。(2)如果加Nb、V，在細(xì)化晶粒的同時又增加了淬透性?！?.9低淬透性鋼五、常用鋼種1、55Ti、60Ti淬透性分別為J53=1.5~2.0mm，J53=2.0~2.6mm。制作強度要求不高的模數(shù)5以下的齒輪。2、70Ti：制作模數(shù)6-8的齒輪。履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔破碎機牙板§3.10耐磨鋼§3.10耐磨鋼顎式破碎機挖掘機球磨機1、機械的失效形式

過量變形失效，其中包括過量彈性變形失效和過量塑性變形失效

斷裂失效，其中包括韌斷、低應(yīng)力脆斷、疲勞斷裂、蠕變斷裂。表面損傷失效，其中包括磨損失效、接觸疲勞失效、腐蝕失效。

磨損是機械的主要失效形式之一§3.10耐磨鋼不同的工況，磨損的機理也不同，影響的因素有很多，過程也是非常復(fù)雜。磨損機理一般有磨粒磨損、黏著磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損等。其中，磨粒磨損最普遍，在零件磨損失效中約占50%,黏著磨損約占15%,腐蝕磨損約占8%。2、磨損機理§3.10耐磨鋼耐磨鋼目前還沒有系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有獨立的鋼類，但制造耐磨零件所選用的鋼比較廣泛，一部分結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼及合金鑄鐵常用來制造各種耐磨零件。這里主要介紹高錳鋼和低合金耐磨鋼?！?.10耐磨鋼一、鋼的耐磨性及影響因素1.鋼的耐磨性鋼的耐磨性是指在一定工作條件下抵抗磨損能力影響耐磨性的主要因素:磨損工況和摩擦副材質(zhì)。2.影響因素

對于一定的磨損工況，影響鋼耐磨性的內(nèi)在因素主要有化學(xué)成分、組織、性能等?；瘜W(xué)成分

C含量：經(jīng)淬火回火后的亞共析鋼，隨C↑耐磨性↑碳含量不同的鋼經(jīng)熱處理得到相同的硬度時，隨C↑耐磨性↑

合金元素:當(dāng)Cr↑時，其耐磨性隨之↑.原因在于Cr和C形成Cr7C3、Cr23C6硬質(zhì)相，Cr↑，硬質(zhì)相↑，鋼的耐磨性↑。隨W含量的增加，其相對耐磨性隨之增加，這是因為一方面W具有固溶強化的作用，另一方面還形成了WC、W2C硬質(zhì)相，從而提高了金屬的耐磨性。一、鋼的耐磨性及影響因素

由于V是強碳化物形成元素，形成了VC（HV2000~2996）硬質(zhì)相.且VC的高溫性能穩(wěn)定，在磨損情況下不易變形和破裂，高溫下還具有抑制長晶性能.所以隨V↑，金屬的耐磨性↑。加入Mo后，可以細(xì)化晶粒，提高強度與韌性，降低回火脆性。Mo所形成的硬質(zhì)相不僅熔點高，而且彌散分布，有利于提高耐磨性。

基體組織不同基體的耐磨性：F<P<M<BP片比P球耐磨性高10%左右。P片越細(xì)，耐磨性越好。一、鋼的耐磨性及影響因素鋼若具有A和B組織，其耐磨性要優(yōu)于相同硬度的具有P和M組織的鋼，換句話說，硬度較低的A和B組織可以比硬度較高的P和M具有相當(dāng)?shù)哪湍バ阅?。鋼鐵材料的基體組織與耐磨性的關(guān)系一、鋼的耐磨性及影響因素碳化物細(xì)小均勻分布，耐磨性↑。在硬度相當(dāng)?shù)那闆r下，碳化物量越多則相對耐磨性越↑。一般來說，晶粒細(xì)化會伴隨著耐磨性的改善。

性能不同成分的鋼經(jīng)熱處理達(dá)到相近硬度時其耐磨性是不同的。不同碳含量的碳鋼，在低溫回火馬氏體狀態(tài)下，耐磨性隨硬度增加而明顯提高。在一定硬度范圍內(nèi)相對耐磨系數(shù)隨硬度增加而明顯提高，但有時硬度過高耐磨性反而下降，如圖所示一、鋼的耐磨性及影響因素不同材料淬火回火后硬度和相對耐磨系數(shù)關(guān)系一、鋼的耐磨性及影響因素另外，材料表層的夾雜、空間、微裂紋、鍛造央層等缺陷也將使磨損加劇。材料表面結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，如過大的界面變化、過小的圓角半徑。表面加工質(zhì)量以及各種熱加工缺陷，如網(wǎng)狀、帶狀組織、脫碳，氧化等，都是對耐磨性不利的。一、鋼的耐磨性及影響因素1）高錳鑄鋼的類型常用高錳鑄鋼的類型為ZGMn13型，主要有

ZGMn13-1、ZGMn13-2等牌號2）高錳鑄鋼的成分及合金元素

高錳鑄鋼化學(xué)成分的特點是高C、高M(jìn)n（10%~14%Mn，0.9%~1.4%C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），還加入了Cr、Mo、Ni、Ti等元素

1、高錳鑄鋼的化學(xué)成分二、高錳鑄鋼二、高錳鑄鋼C：C↑，耐磨性↑，韌度↓，鑄件的裂紋敏感性↑Mn：使A1溫度降低到600℃左右，而Ms點在室溫以下Cr：強度、耐磨性↑，塑性↓Mo：改善塑性，提高了溫度強度Cr或適量的Mo和V：能細(xì)化K，使屈服強度、沖擊韌性和耐磨性↑Re：鋼液的流動性↑，鋼液填充鑄型的能力↑，減少熱裂傾向；細(xì)化A晶粒；延緩鑄后冷卻時在晶界析出K；冷作硬化效應(yīng)和韌性↑；提高使用壽命高錳鋼中主要元素的影響：2、高錳鑄鋼的熱處理水韌處理的定義：為了改善某些奧氏體鋼的組織以提高韌性，將鋼件加熱到高溫使過剩相溶解，然后水冷的熱處理工藝。鑄態(tài)的鋼必須經(jīng)過水韌處理。水韌處理是一種固溶處理,常用于高錳鋼高錳鋼的鑄態(tài)組織：A，K及少量相變產(chǎn)物P，沿奧氏體晶界析出的K降低鋼的韌性，水韌處理能消除K。鑄態(tài)高錳鋼鋼加熱至奧氏體區(qū)溫度（1050-1100℃，視鋼中碳化物的細(xì)小或粗大而定）每25mm壁厚保溫1h，鑄態(tài)組織中的K基本上都固溶到γ中加熱保溫水冷單一的A組織的高錳鋼2、高錳鑄鋼的熱處理水韌處理應(yīng)注意

緩慢加熱，以避免產(chǎn)生裂紋鑄件出爐至入水時間應(yīng)盡量縮短，以避免K析出常用水冷，水冷前水溫不宜超過30℃，水冷后水溫應(yīng)小于60℃

水韌處理后不宜再進(jìn)行250~350℃的回火處理，也不宜在250~350℃以上溫度環(huán)境中使用2、高錳鑄鋼的熱處理3、高錳鑄鋼的組織

鑄態(tài)組織：奧氏體、碳化物、少量相變產(chǎn)

物P。

水韌處理后：單一的奧氏體組織。4、高錳鑄鋼的性能高錳鑄鋼的力學(xué)性能：硬度≤300HBS；沖擊吸收能量KU2在150J左右；屈服強度ReL為250~400MPa；抗拉強度ReL一般為700~1000MPa；斷后伸長率A5一般為30%~55%。高錳鋼的耐磨性耐磨機理：大變形在A基體中產(chǎn)生大量層錯、形變孿晶、ε馬氏體和α馬氏體，阻礙位錯運動。經(jīng)強烈沖擊后，耐磨件表面硬度大幅度提高，硬化層深度可達(dá)10~20mm，而芯部仍保持A晶粒，所以能承受強有力的沖擊載荷而不破。隨著表面層逐漸被磨損，硬化層不斷向內(nèi)發(fā)展。5、高錳鑄鋼的應(yīng)用

在低應(yīng)力磨損和低沖擊載荷下，由于不能產(chǎn)生足夠的加工硬化，這時高錳鋼的耐磨性不一定比相當(dāng)硬度的其他鋼種好。因此它被廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強烈磨損的工作情況下零件。應(yīng)用：各種碎石機的襯板、顎板、磨球挖掘機斗齒坦克的履帶板

碎石機的顎板

襯板采用的是高錳鑄鋼

磨球減速帶三、低合金耐磨鋼及石墨鋼低合金耐磨鋼低合金耐磨鋼的應(yīng)用舉例石墨鋼的簡單介紹低合