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1、表面硬化钢 表面硬化钢适合制造通过某种表面热处理工艺使零件坚硬耐磨而心部韧性适当的零件，由于表层通常还伴有较高的残余压应力，疲劳性能也可明显提高。这类钢通常通过以下三种方法达到表硬里韧的效果。对承受剧烈冲击，接触应力较大且要求耐磨的零件（如汽车齿轮），采用低碳钢淬火工艺；此时的表面硬化钢称为渗碳钢。对精密机床主轴、丝杠和发动机曲轴、凸轮轴等要求尺寸精确的零件，一般采用加热温度低，热处理变形小的渗氮处理工艺；此时的表面硬化钢称为渗氮钢。对圆柱形或形状简单的零件，采用中碳钢感应加热表面淬火工艺；此时的表面硬化钢称为表面淬火钢。渗碳钢渗碳钢是用于制造渗碳零件的钢种。性能要求 许多零件在工作过程中，不
2、但承受冲击载荷，交变应力，而且表面又受到强烈的磨损，例如机床变速齿轮、拖拉机的滑动齿轮、活塞销、花键轴等零件。对这些零件的性能要求为：a. 表层高硬度（58HRC）、高耐磨性和高疲劳强度；b. 心部有足够的强度，较高的韧性和塑性；c. 优良的热处理工艺性能，如较好的淬透性以保证渗碳件的心部性能，在高的渗碳温度（一般930度）和长的渗碳时间下，奥氏体晶粒长大倾向小，以便于渗碳后直接淬火。成分特点a. 低碳 渗碳钢一般采用碳质量分数为0.1%-0.25%的低碳钢，以保证零件心部足够的塑性和韧性。b. 合金元素 在渗碳钢中，主加合金元素为（Cr2.0%、Mn2.0%、B0.004%、Ni4.5%），
3、他们的主要作用是固溶强化铁素体（除B以外），提高钢的淬透性，使心部得到马氏体，提高强度，Ni同时还能提高钢的韧性，从而具有足够的心部强度。热处理特点 为了改善锻造组织，改善切削性能，合金元素质量分数较低的渗碳钢一般以正火作为预备热处理，处理后的硬度值在170-210HBW范围内。而对于这类钢，在生产中常采用空冷后，再进行650-680度的高温回火作为预备热处理，得到回火索氏体组织。 渗碳钢的最终热处理一般是在渗碳后进行淬火+低温回火。 举例：20CrMnTi钢制造变速箱齿轮，其技术要求：渗碳层深度0.8-1.2mm，渗碳层浓度0.8-1.0%；齿表面硬度58-60HRC；心部硬度30-40HR
4、C。工艺路线：下料-锻造-正火-加工齿形-渗碳-预冷淬火-低温回火-喷丸-精磨。常用渗碳钢 a.低淬透性渗碳钢 20 、20MnV、20CrMo适合心部性能要求不高、承受轻载荷的小尺寸耐磨件，如小齿轮、活塞销、链条等。b.中淬透性渗碳钢 20CrMnTi 20CrMnMo大量用于制造承受高速中载、冲击和剧烈摩擦条件下工作的零件，如汽车与拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。c.高淬透性渗碳钢 12Gr2Ni4 18Gr2Ni4WA 20Gr2Ni4A内燃机的主动牵引齿轮、精密机床上控制进刀的蜗轮、飞机、坦克的曲轴和齿轮等。渗氮钢 与渗碳钢相比，渗氮钢的性能特点有：极高的表面硬度和耐磨性，咬合与摩擦倾向
5、小；疲劳性能大副提高，零件缺口敏感性大大将低；有一定的耐热性（在低与渗氮温度下可保持较高的硬度）和一定的耐腐蚀性；由于处理温度较低（470-570度），故热处理变形小，适合于尺寸精度要求较高的零件（如机床丝杠、镗杠等）。 渗氮钢多为碳质量分数偏低的中碳洛钼铝钢（35CrMo 、42GrMo 、38CrMoAlA）。渗氮钢零件一般经过调质处理、切削加工、500-570度之间的氮化处理。调质钢性能要求 调质钢常用于制造汽车，机床上的重要零件，如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴、连杠、高强度螺栓等。这些零件都是多种应力负载下工作的，受力较复杂，有时受到冲击载荷的作用，在轴颈或花键等部位还存在
6、较剧烈摩擦。为 保证零件工作时能承受较大的工作应力，防止由于突然过载等偶然原因造成的破坏，因此，要求调质钢具有下列性能。a. 良好的综合力学性能，即要有高强度，又要有良好的塑性，韧性和高的疲劳强度。b. 良好的工艺成分，主要是淬透性，以保证零件截面力学性能均匀。成分特点a. 中碳 碳质量分数0.25%-0.5%，多为0.4%左右。若碳质量分数过低，则淬火后强度、硬度不能满足性能要求；而碳质量分数过高，钢的塑性、韧性有过低。对于一些以强度为主的调质钢，用上限的碳质量分数，对于一些塑性为主的调质钢，用下限的碳质量分数。b. 合金元素 主加元素是Mn(0.2%),Si(0.2%),Cr(0.2%),
7、Ni(4.5%),B(0.004%)等。主要目的是提高淬透性，次要作用是除了B以外能溶入固溶体（铁素体）起固溶强化作用。热处理特点a. 预备热处理 调质钢预备热处理的主要目的是保证零件切削加工性能，可依据其碳质量分数和合金元素的种类，数量不同选择预备热处理。合金元素质量分数低的调质钢，预备热处理一般采用正火（碳及合金元素质量分数低，如40钢）或退火（碳及合金元素质量分数较高，如42CrMo）细化锻造组织，改善切削性能。合金元素质量分数高的调质钢（如40CrNiMo）空冷后得到马氏体，硬度高，不利于切削，需在空冷后进行650-700度的高温回火，得到回火索氏体组织，使硬度降至200HBW左右。b
8、. 最终热处理 最终热处理为淬火+高温回火，具体的工艺规范视不同的成分及使用要求有些区别。淬火介质和方法根据钢的淬透性和零件的形状尺寸选择确定。回火温度取决于调质零件的硬度要求，由于零件硬度可间接反映强度与韧性，故技术文件上一般仅规定硬度数值，只有很重要的零件才规定其他力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、生产批量特点及形状尺寸等因素。常用调质钢a.低淬透性调质钢 这类钢合金元素质量分数低。 常用钢号有40Cr 40MnB 35SiMn只要用于制造中等负荷，中等速度工作条件下的零件，如汽车的转向节，机床的齿轮、轴、蜗杠等。b.中淬透性调质钢 这类钢合金元素质量分数较
9、多。常用钢号有40CrNi、 40CrMn、40CrMnTi、35CrMo，只要用于制造截面较大、承受重载荷的零件，如大型电动机轴、汽车发动机主轴、大截面齿轮等。c.高淬透性调质钢 这类钢合金元素质量分数多。 常用的钢号有40CrMnMo、30CrNi3、45CrNiMoV等。主要用于制作承受冲击载荷的高强度、大截面零件，如卧式锻压机的传动偏心轴、锻压机的曲轴、高强度连接螺栓等不锈钢不锈钢通常是不锈钢和耐热钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学介质腐蚀的钢。常用不锈钢不锈钢的种类很多，性能各异，通常按钢的组织结构分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥
10、氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等。马氏体不锈钢 这类钢的碳质量分数范围较宽，为WC=0.1-1.0%，烙质量分数WCr=12%-18%。由于合金元素单一，故此类钢只在氧化介质（如大气、海水、氧化性酸）中耐腐蚀，而在非氧化性介质（如盐酸、碱溶液等）中耐腐蚀性很低。钢的耐腐蚀性随烙质量分数的降低和碳质量分数的增加而降低，但钢的强度、硬度和耐磨性则随碳质量分数的提高。与其他类型的不锈钢相比，马氏体不锈钢具有价格最低、可热处理强化（即力学性能较好）的优点，但其耐腐蚀性较低，塑性加工与焊接性能较差。常见的马氏体不锈钢有低、中碳的Cr13型（1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13）和高碳
11、的Cr18型（9Cr18、9Cr18MoV）。此类钢的淬透性良好，空冷或油冷便可得到马氏体，锻造后须经退火处理来改善其切削性能。铁素体不锈钢 这类钢的碳质量分数较低WC0.15%，烙质量分数较高WCr=12%-30%,因而耐腐蚀性能优于马氏体不锈钢。 不可进行热处理强化，强度与硬度低于马氏体不锈钢，而塑性加工、切削加工和焊接性较优。铁素体不锈钢成本虽略高于马氏体不锈钢，但因其不含贵金属Ni，故价格远远低于奥氏体不锈钢。常见的铁素体不锈钢：0Cr13 1Cr17 1Cr28奥氏体不锈钢 这类刚具有低碳和较高Ni、高烙的成分特点。具有最佳的耐腐蚀性，但相应价格也较高。Ni的存在使得钢在室温下为单相奥氏体组织，这不仅可进一步改善钢的耐腐蚀性，而且还赋予了奥氏体不锈钢优良的低温韧性、高的冷变形强化能力、耐热性和无磁性等特性，其冷塑性加工性和焊接性能较好，但切削性能稍差。常见的奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：a.固溶处理 将钢加热至1050-1150度使碳化物充分通解，然后水冷，获得单向奥氏体组织，提高耐腐蚀性。b.稳定化处理 主要用于含钛或铌的钢，一般在固溶处理后进行。c.消除应力退火 将钢加热到300-350度消除冷加工应力；加热到850度以上，消除残余应力。
