機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼

機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼第1頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月緒論鋼的合金化概論工程結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼工模具鋼不銹鋼耐熱鋼與耐熱合金鑄鐵鋁合金銅合金鈦合金鎂合金第2頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月用于制造軸、齒輪、緊固件、軸承等各種機(jī)械零件汽車、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應(yīng)力，幾種載荷同時(shí)作用；恒載或變載，力的方向是單向或反復(fù)；環(huán)境是大氣、水、潤(rùn)滑油；溫度：-50~100℃；強(qiáng)度、塑性、韌度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性汽車曲軸第3頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第4頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼的分類按強(qiáng)度：Rel<700MPa低強(qiáng)度鋼，大多數(shù)構(gòu)件鋼Rel=700~1400MPa中強(qiáng)度鋼，機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Rel>1400MPa超高強(qiáng)度，宇航/重工業(yè)按熱處理強(qiáng)化工藝特點(diǎn)：

整體強(qiáng)化態(tài)鋼/表面強(qiáng)化態(tài)鋼按鋼的生產(chǎn)工藝和用途：

調(diào)質(zhì)鋼、非調(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、軸承鋼第5頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造鋼的特點(diǎn)與合金化機(jī)器零件用鋼的性能要求（1）具有良好的冷熱加工工藝性如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等（2）具有良好的力學(xué)性能強(qiáng)、塑、韌、疲勞、耐磨性等

一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼零件：區(qū)分易換、不易換；重要、不重要第6頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月合金元素在機(jī)械制造鋼中的作用主加元素Ni,Si,Cr,Mn（由弱到強(qiáng)）主要作用：↑淬透性和力學(xué)性能輔加元素Mo、W、V、B等↓過熱敏感性，↓回脆，↑淬透性合金元素在機(jī)器零件用鋼中的其他作用1）↑回火穩(wěn)定性：韌；2）↓d：強(qiáng)韌3）固溶強(qiáng)化：強(qiáng)；4）防止第二類回火脆性：韌5）改善切削性能<1.2%Si<2%Mn1~2%Cr1~4%Ni<0.5%Mo<0.2%V0.4~0.8%W<0.1%Ti≤0.003%B第7頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月C含量與熱處理工藝的選擇回火溫度↑→K長(zhǎng)大、球化；強(qiáng)度、硬度↓，塑性↑，韌性↑（一類、二類脆性）綜合力學(xué)性能要求不高時(shí)：中碳、正火表面要求耐磨、接觸疲勞抗力→滲碳鋼軸承→軸承鋼調(diào)質(zhì)、彈簧、軸承、滲碳、氮化鋼、耐磨、易切削等可以用不同鋼種制造同一零件；同一鋼種采用不同熱處理制度，獲得不同組織，生產(chǎn)不同零件；某一零件用某一鋼種制造，熱處理制度也可不同第8頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月①低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼，采用淬火+低溫回火為↑耐磨性，可進(jìn)行滲碳處理（實(shí)際上就是復(fù)合材料）；汽車拖拉機(jī)齒輪類為代表②回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火+高溫回火；為↑耐磨性，可進(jìn)行滲氮處理或高頻感應(yīng)加熱淬火等表面硬化工藝方法；軸類零件為典型1、對(duì)于要求良好綜合力學(xué)性能，零件選材料的途徑為：第9頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2、如要求更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌性；可選擇中碳鋼，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3、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；如彈簧鋼4、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+低溫回火；如軸承鋼第10頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第11頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月整體強(qiáng)化態(tài)鋼基本情況

整體強(qiáng)化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交變應(yīng)力，大部分是整體受力；其主要失效形式是疲勞破壞，主要性能指標(biāo)σ-1、AK、KIC等；總體上要求良好的綜合力學(xué)性能；主要應(yīng)用

主要制造軸、桿、軸承類等機(jī)器零件，如連桿、螺栓、主軸、半軸等；這類鋼主要有調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、超高強(qiáng)度鋼等第12頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)質(zhì)鋼組織性能特點(diǎn)F基體＋均勻粒狀K（回火索氏體）組織均勻，↓裂紋的形成，↑塑性、韌性F晶粒細(xì)小，Tk↓化學(xué)成分碳含量：中碳0.25%～0.5%，多為0.4%左右，以保證調(diào)質(zhì)處理后優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性的配合；合金元素：主加Mn、Si、Cr、Ni、B等，輔加Mo、W、V作用：↑淬透性；固溶強(qiáng)化；防止第二類回火脆性；↓d力學(xué)性能指標(biāo)范圍

σb800~1100MPa,σ0.2700~1000MPa,δ:9~15%φ:45~55%αk60~120J/cm2Tk≤-40℃第13頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月曲軸

連桿

第14頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月淬透性原則：淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用

0.25~0.45%C的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后室溫性能變化

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

第15頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來分級(jí)的低淬透性調(diào)質(zhì)鋼:

45、45Mn、40Cr、35SiMn、42Mn2V等中淬透性調(diào)質(zhì)鋼:38CrSi、35CrMo、40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等

高淬透性調(diào)質(zhì)鋼:有37SiMn2MoVA、37CrNi3、25Cr2Ni4WA、40CrNiMo、40CrMnMo等常用調(diào)質(zhì)鋼第16頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月下料→鍛造→預(yù)備熱處理→機(jī)加工(粗加工)→調(diào)質(zhì)→機(jī)加工(半精加工)→表面淬火或氮化→精加工調(diào)質(zhì)鋼零件生產(chǎn)過程第17頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)先熱處理（1）改善切削加工性，改善熱變形過程中的晶粒粗大，帶狀組織（2）合金元素低→正火、退火處理；（3）合金元素高→正火后得到馬氏體，需要高溫回火調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理（1）要求較高的綜合性能：高溫回火（500~600℃）→調(diào)質(zhì)（2）要求強(qiáng)度較高：低溫回火（200~250℃）、中溫回火（450℃）第18頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)質(zhì)鋼的熱處理選擇AK是一次大能量沖擊性能指標(biāo)，小能量多沖條件下工作的，很難正確反映；有些重要零件應(yīng)以斷裂韌度KIC來衡量；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)好；零件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，回火溫度高；沖擊能量較小時(shí)，強(qiáng)度應(yīng)高些，以達(dá)最佳配合，回火溫度低第19頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)質(zhì)機(jī)械制造鋼的發(fā)展動(dòng)向低碳馬氏體鋼組織：高密度位錯(cuò)的板條M+自回火均勻分布碳化物+板條間殘余奧氏體薄膜熱處理：淬火＋低溫回火成分：確保Ms>200℃

特點(diǎn)：具有良好的綜合性能（強(qiáng)韌匹配）應(yīng)用：石油鉆機(jī)提升系統(tǒng)的吊環(huán)、吊卡等中碳微合金化非調(diào)質(zhì)鋼：在中碳鋼（wc=0.30%～0.50%）中加入微量V、Ti、Nb等強(qiáng)化物形成元素（組織為：F+P+彌散K）工藝特點(diǎn)：鍛軋過程中結(jié)合機(jī)加工，改善切削性加S、Pb（微）優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化工序、節(jié)約能源、↓成本第20頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第21頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧鋼組織性能要求彈簧功能儲(chǔ)能減振彈簧類型板簧，螺簧；壓簧、拉簧和扭簧等第22頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧拉力彈簧離合器彈簧蝶形彈簧板彈簧第23頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車板簧火車螺旋彈簧第24頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月板簧彎曲載荷螺簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞破壞彈性減退高的彈性極限、屈強(qiáng)比：保證吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形；高疲勞強(qiáng)度；有足夠的塑性和韌性：以防止沖擊斷裂其他要求:淬透性、冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量；良好的熱處理和塑性加工性能；特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等；過熱敏感性小，不易脫碳彈性減退：長(zhǎng)期在動(dòng)/靜載荷作用下，室溫發(fā)生塑性變形/彈性模量降低裂紋源第25頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧鋼的化學(xué)成分碳：wc＝0.6%-1.05%（碳素彈簧鋼）wc＝0.4%-0.74%（合金彈簧鋼）合金元素：主加Si、Mn、Cr等，輔加Mo、W、V等鉻和錳主要是提高淬透性，硅提高彈性極限，釩提高淬透性和細(xì)化晶粒

硅、錳復(fù)合：高的彈性極限，屈強(qiáng)比可達(dá)到0.8~0.9；硅、錳↑淬透性，硅有效↑回穩(wěn)性；兩者復(fù)合，脫碳（Si）和過熱敏感性（Mn）較硅鋼、錳鋼為小第26頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

常用的硅錳彈簧鋼有60Si2Mn、55SiMnVB、55Si2Mn等常用彈簧鋼60Si2Mn：（1）Si、Mn復(fù)合，強(qiáng)化F→↑σe，σs/σb可達(dá)0.8~0.9；（2）Si/Mn↑淬透性，Ms點(diǎn)不過分降低，開裂傾向??；（3）Si有效↑回穩(wěn)性，但↑脫C傾向；（4）Si、Mn復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼小50CrVA：（1）Cr、V均↑回穩(wěn)性，韌性好；（2）V細(xì)化晶粒，↓過熱敏感性；（3）含Si少，脫C敏感性↓，熱處理不易脫C；常用于受力高的螺旋彈簧及<300℃工作的閥門彈簧第27頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧鋼常用的熱處理工藝是淬火和中溫回火，得到回火托氏體；具有一定的沖擊韌度，較高的彈性極限、屈強(qiáng)比和最高的疲勞強(qiáng)度；回火工藝主要應(yīng)考慮彈性參數(shù)和韌性參數(shù)之間的平衡或最佳配合60Si2Mn鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系55Si2Mn鋼疲勞強(qiáng)度隨回火溫度的變化第28頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月基本工藝方式熱成形彈簧冷成形彈簧大型彈簧

熱成形后+淬、回火小型彈簧冷變形或熱處理強(qiáng)化+冷成形+低溫退火彈簧鋼生產(chǎn)工序與熱處理第29頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月板簧最適合形變強(qiáng)化：滾壓、噴丸等冷變形強(qiáng)化都能有效地提高板簧使用壽命，如結(jié)合高溫形變熱處理則更好疲勞強(qiáng)度（MPa）板厚/mm未噴丸噴丸應(yīng)力噴丸1339047080011350700850第30頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第31頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)或線接觸，承受很大的壓應(yīng)力（高達(dá)1800MPa－5000MPa）和交變載荷滾動(dòng)軸承鋼第32頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動(dòng)軸承鋼的工作特點(diǎn)及性能要求工作條件高負(fù)荷→最大接觸應(yīng)力可高達(dá)3000~5000MPa高轉(zhuǎn)速→循環(huán)周次高達(dá)每分鐘數(shù)萬次；高靈敏度→精度要求高→磨損、麻點(diǎn)→噪音失效形式

接觸疲勞破壞，麻點(diǎn)、剝落滾動(dòng)軸承的作用是支撐軸，滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體（珠、柱、錐、針）及保持器組成第33頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月性能要求高而均勻的硬度和耐磨性→足夠淬透性和淬硬性（>60HRC）；高接觸疲勞強(qiáng)度→以免過早失效→

保證材質(zhì)、組織；一定韌度→承受沖擊，以免碎裂；高的彈性極限→避免產(chǎn)生永久形變尺寸穩(wěn)定性好→保證精度；一定耐蝕性→大氣、潤(rùn)滑油腐蝕性能要求接觸面小應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻第34頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月高碳軸承鋼的化學(xué)成分為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性，軸承鋼的碳含量很高，一般為0.95%~1.15%，屬于過共析鋼：一部分存在于馬氏體基體中以強(qiáng)化馬氏體；另一部分形成足夠數(shù)量的碳化物以獲得所要求的耐磨性；

過高的碳含量會(huì)增加碳化物分布的不均勻性，且易生成網(wǎng)狀碳化物而降低其性能合金化加入Cr、Si、Mn等如GCrl5、GCrl5SiMnGCrl5成分：0.95~1.05%C，0.2~0.4%Mn，0.15~0.35%Si，≤0.02%S，≤0.027%P，

1.30~1.65%Cr，≤0.1%Mo，≤0.3%Ni，≤0.25%Cu第35頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月冶金質(zhì)量高純凈→夾雜物要少：主要有各種氧化物（如A12O3）和硅酸鹽等；危害程度依次遞減：A12O3、球狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽軸承鋼的性能要求第36頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月組織均勻

碳化物要細(xì)小均布，主要有三類K：

K液析→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；

帶狀K→軋制時(shí)二次碳化物偏析→高溫?cái)U(kuò)散退火；

網(wǎng)狀K→冷卻時(shí)在晶界析出→控制終軋溫度、冷卻控制、正火第38頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)及其熱處理軸承鋼的種類高碳鉻軸承鋼滲碳鋼高溫軸承鋼第39頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月高碳鉻軸承鋼的熱處理熱處理特點(diǎn)

球化退火→為最終淬火作組織準(zhǔn)備磨削后進(jìn)行一次附加回火→穩(wěn)定組織和尺寸一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱（防止脫碳）160℃保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度61~66HRC要求消除Ar（殘余奧氏體）→淬火后立即進(jìn)行冷處理，而后立即低溫回火鍛（軋）→球化退火→機(jī)加工→淬火、回火→磨第40頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月球化退火GCr15鋼的球化退火加熱溫度范圍為770～810℃，790℃被認(rèn)為是最適宜的加熱溫度；加熱溫度過高，奧氏體中未溶碳化物量過少，奧氏體成分進(jìn)一步均勻化，冷卻后得到的是粗片層珠光體，或有大塊聚集碳化物，這是不合格的過熱組織；加熱溫度不足，片狀珠光體溶解得不充分，奧氏體成分很不均勻，冷卻過程中碳化物沿著原片層析出，或呈細(xì)小的鏈狀特征第41頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承鋼的最終熱處理是淬火加低溫回火；對(duì)GCr15鋼，淬火加熱溫度為830℃-860℃；溫度過高會(huì)引起過熱，晶粒長(zhǎng)大，使鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻和碳的含量不夠，鋼淬火后硬度不足；馬氏體中的碳含量在0.45%-0.5%時(shí)，軸承鋼既具有高硬度，又有良好的韌性，還具有最高的接觸疲勞壽命最終熱處理（1）第42頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月淬火后應(yīng)立即回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，提高韌性、穩(wěn)定組織和尺寸；回火溫度一般為（150~160）℃，保溫時(shí)間為2－4h。為使回火性能均勻一致，回火溫度也要嚴(yán)格控制，最好在油中進(jìn)行；軸承鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的細(xì)粒狀碳化物以及少量的殘余奧氏體，硬度為62－66HRC最終熱處理（2）第43頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承在淬火及回火后的磨削加工過程中，還會(huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，因此通常還要進(jìn)行一次附加回火（回火溫度為120~150℃，回火時(shí)間為2~3h）以穩(wěn)定組織和尺寸對(duì)于精密軸承，為了保證能長(zhǎng)期存放和使用中不變形，在淬火后要立即進(jìn)行“冷處理”（-70~-80℃），以使鋼中未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，淬火和冷處理之間的間隔不超過4h，冷處理后立即低溫回火；最終熱處理（3）第44頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月回火溫度對(duì)GCr15力學(xué)性能的影響第45頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月鉻軸承鋼典型代表是GCr15，使用量占軸承鋼的絕大部分；由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型軸承；添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼；在鉻軸承鋼中加入Mn、Si可提高淬透性，如GCr15SiMn鋼等，主要用于制造大型軸承；為了節(jié)約Cr，可以加入Mo、V，得到不含鉻的軸承鋼，如GSiMnMoV等，其性能和用途與GCr15相近滾動(dòng)軸承鋼的應(yīng)用實(shí)例第47頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械、建筑機(jī)械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的軸承，不僅要求其表面硬度高、耐磨性好，具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，還要求心部有一定的韌性、足夠的強(qiáng)度和硬度，可以選用滲碳鋼制造；滲碳軸承鋼，采用合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法，另在牌號(hào)頭部加符號(hào)“G”。例如：G20CrNiMo高級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼，在牌號(hào)尾部加“A”。例如：“G20CrNiMoA”。滲碳軸承鋼第48頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月用滲碳軸承鋼制造軸承，加工工藝性能好，可以采用冷沖壓技術(shù)，提高材料的利用率，再經(jīng)滲碳、淬火及回火處理后，在零件的表面形成有利的殘余壓應(yīng)力，提高軸承的使用壽命第49頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月采用不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)表示方法，牌號(hào)頭部不加符號(hào)“G”。例如：高碳鉻不銹軸承鋼“9Cr18”和高溫軸承鋼“10Cr14Mo”；不銹軸承鋼：對(duì)于在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造，如9Cr18等高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼第50頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月燃汽輪機(jī)、航空及航天工業(yè)用軸承的工作溫度已超過300℃以上，因此對(duì)所用軸承的材料要求有足夠的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蝕性能、良好的尺寸穩(wěn)定性和高溫下的壽命；GCr15軸承鋼的最高工作溫度不超過180℃；常用的高溫軸承鋼有Cr4Mo4V、Cr14Mo4；高溫軸承鋼第51頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第52頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月表面強(qiáng)化態(tài)鋼零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作磨損和接觸疲勞是主要失效形式表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性而心部有一定塑韌性滲碳鋼、滲氮鋼、感應(yīng)加熱淬火鋼等

這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過某種工藝使零件表面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、凸輪等第53頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳鋼的合金化一般含碳量在0.12~0.25％

保證得到強(qiáng)韌性好的板條M常用合金化元素Mn、Cr、Ni主要↑淬透性

Ti、V、W、Mo細(xì)化晶粒

滲碳層性能: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，原則上滲碳層深度應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度合金滲碳鋼第55頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于一般零件:(1)滲碳層的含碳量限制為0.8～1.1%C；(2)滲碳層的深度控制在0.6～2.0mm之內(nèi)碳化物形成元素的作用：增大鋼表面吸收碳原子的能力；增大滲碳層表面碳濃度；阻礙碳在奧氏體中的擴(kuò)散。

前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，而后一因素不利于滲碳層的加厚；合金元素對(duì)滲碳層性能參數(shù)的影響第56頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月總的效果是鉻、錳、鉬等元素加大滲碳層的厚度，鈦減小滲碳層的厚度；鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚；碳化物形成元素含量過多，將在滲碳層中產(chǎn)生許多塊狀碳化物，造成表面脆性，所以合金元素的含量要適當(dāng)；Mn是一個(gè)較好的合金元素，既可以加速滲碳層增厚，又不過多提高滲碳層的含碳量；但增大過熱敏感性，應(yīng)和Ti、V配合加入；第57頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月常用滲碳鋼按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類低淬透性：20Cr鋼：不宜滲碳后直接淬火；20CrV鋼可中淬透性：20CrMnTi鋼特點(diǎn):①Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，D油約40mm；②較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；③滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接淬火，變形也比較小制造汽車變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的傘齒輪及主動(dòng)軸等高淬透性：18Cr2Ni4WA，20Cr2Ni4A第58頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳鋼的熱處理直接淬火、一次淬火、二次淬火直接淬火：滲碳熱處理溫度一般為930℃，滲碳結(jié)束后冷至淬火溫度淬火一次淬火：滲碳后緩冷，重新加熱淬火滲碳層與心部分屬不同含碳量的鋼種18Cr2Ni4W的熱處理工藝表層Ms：80℃心部Ms：310℃第59頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼表面強(qiáng)化態(tài)鋼滲碳鋼氮化鋼耐磨鋼第60頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月氮化鋼服役條件：有些零件工作時(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。第61頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月氮化鋼的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)明顯提高零件疲勞強(qiáng)度和耐磨性；具有對(duì)水、油等介質(zhì)的耐腐蝕的能力；零件的變形量很小；氮化層在較高的溫度仍能保持其硬度缺點(diǎn)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高第62頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月氮化處理后的性能1表面硬度要求高耐磨性的零件，表面硬度高達(dá)HV900～1000；僅要求高疲勞強(qiáng)度的零件，表面硬度可以為HV500～8002心部硬度在氮化處理前零件經(jīng)受調(diào)質(zhì)處理，零件硬度為HV200～300，為回火索氏體組織，經(jīng)氮化處理后，心部還具有良好的綜合機(jī)械性能第63頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月氮化鋼：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼；國內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼，獲得最高氮化層硬度，達(dá)到900~1000HV；僅要求高疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的CrMo型氮化鋼，如35CrMo、40CrV、40Cr等，氮化層的硬度控制在500-1000HV；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)備一般采用氣體氮化、離子氮化，氮化溫度500~565℃，表層形成γ’（Fe4N）、ε（Fe3-2N），氮化層形成Cr、Mo、W、V、Al的氮化物，5nm，與基體共格，彌散強(qiáng)化第64頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼概述分類特點(diǎn)與合金化原則零件工藝選擇概論整體強(qiáng)化態(tài)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼