第5章结构钢

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1、第五章 结构钢,第一节 工程结构钢,主要用途 车辆(底盘大梁）、船舶、桥梁、高压容器、输油管道、大型钢结构,压力容器,南京长江大桥,性能要求 强度高并有足够的塑性和韧性，同时具有良好的焊接性能和冷变形能力，抗大气腐蚀性以及低温韧性。,工程结构钢的种类：铁素体-珠光体类钢、低碳贝氏体钢和低碳马氏体钢,一、铁素体-珠光体类钢 1.合金元素的主要作用是强化，体现在四个方面：固溶强化、细晶强化、沉淀强化以及珠光体强化。 2.性能要求：较低的韧-脆转化温度FATT50 (); 焊接性；耐大气腐蚀性,3.常用的工程结构钢的种类： 1)碳素工程结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275 2)高

2、强度低合金钢： 16Mn：屈服强度为345MPa，Mn含量为1.21.6%，起固溶强化、细化晶粒作用； 15MnTi、16MnNb、15MnV属于390MPa级，Ti、Nb、V起晶粒细化和沉淀强化作用。,二、低碳贝氏体类钢 1.合金元素的主要作用：Mo、B推迟F和P转变而对贝氏体转变推迟较少；Mn、Cr、Ni推迟先共析F转变以及P转变，并使Bs点下降；Nb、Ti、V细化晶粒和沉淀强化。 2.代表钢号：14MnMoV、14MnMoVBRE,三、低碳马氏体类钢 1.合金元素的主要作用：提高淬透性、细化晶粒；低碳为了获得板条马氏体，Ms及Mf较高，淬火后可以自回火。 2. 代表钢号： BHS-1：w

3、(C)=0.10%、w(Mn)=1.8%、 w(M0)=0.45%、 w(Nb)=0.05% Mn-Si-Mo-V-Nb：,一、调质钢 1、主要用途 汽车、拖拉机、机床及其他机器上要求具有优良综合机械性能的重要零件。如：汽车拖拉机传动轴、发动机连杆、连杆螺栓、机床主轴等。,第二节 机器结构钢,2、性能要求 调质钢的基本性能要求是良好的综合机械性能。对调质钢淬透性要求是根据零件受力情况而定。,3、钢号、成分及作用 常用钢号：40Cr 、40CrNi、40Mn2、40CrNiMo,4、热处理及组织 热处理：预先退火或正火淬火高温回火,热处理后的组织：调质处理后获得S回组织。通常硬度为 HRC 30

4、 42。 为了提高零件表面的耐磨性和疲劳强度，调质钢常采用感应加热表面淬火作为最终热处理进行表面强化。,5、调质后的机械性能 获得高强度、高塑性的综合机械性能。,6、典型调质钢介绍 低淬透性调质钢： 40Cr 40MnB,中淬透性调质钢： 35CrMo,40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线,高淬透性调质钢：多半是NiCr钢，并含有钼，少数钢不含钼. 4OCrNiMoA 38CrMoAl,三、渗碳钢,1、主要用途 汽车拖拉机传动齿轮、坦克飞机传动齿轮、机床齿轮、活塞销、涡轮蜗杆等。,2、性能要求： （1）经渗碳、热处理后渗碳层应具有优异的的耐磨性、疲劳抗力及适当的塑性和韧性；心部应获得足够的强

5、度及优良的韧性。 （2）应具有良好的工艺性能，特别是热处理工艺性能，在渗碳温度（900-950）下奥氏体晶粒不易明显长大，并且有良好的淬透性。,3、钢号、成分及作用 常用钢号： 20CrMnTi、 20Cr、 12Cr2Ni4A,含碳量： 成分特点是含碳量低，一般为0.1-0.25。 合金元素：渗碳钢中常加入 Mn(2）、 Cr(2)、Ni(4.5)和 B (0.0010.004)，主要作用是提高淬透性，改善心部的组织与性能，并增加渗碳层的强度和韧性； V、 Ti、 W、 Mo等，主要目的是阻止A晶粒长大，细化晶粒。并形成细小弥散的碳化物以增加强韧性和耐磨性。,4、渗碳工艺、热处理及组织 渗碳

6、钢的渗碳工艺一般是加热到900-950，根据工件渗层的要求渗碳一定时间， 一般为6-8小时。 热处理 淬火+低温回火：可采用预冷直接淬火，一次淬火和二次淬火。采用的淬火方法决定于钢中的合金元素量和对性能的要求。低温回火一般在180-200、1-2小时。,20CrMnTi钢渗碳齿轮加工路线图,组织： 渗碳后缓慢冷却的平衡组织：表面为过共析组织 P+Fe3CII,心部则为原始的亚共析组织F+P。 渗碳后淬火+低温回火的组织： 表层：M回+点状碳化物+少量A HRC 58-60 心部：低碳回火马氏体+F （淬透） HRC 30-45 F+P （未淬透）,5、渗碳钢的性能 渗碳钢经渗碳淬火低温回火后，

7、表层硬度高、耐磨，心部有很高的韧性。,6、典型渗碳钢,低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。,活塞销( 20Cr ),中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。,柴油机凸轮轴,高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。,柴油机曲轴,1、主要用途 弹簧钢是一种专用结构钢，用于制造各种弹簧或要求高弹性的其它零件。 弹

8、簧起缓冲、消震和储能的作用。例：汽车板簧,四 弹簧钢,汽车板簧,热卷大弹簧,碳素弹簧钢,合金弹簧钢,化学成分,热处理后的组织,Wc = 0.60.9 %,Wc = 0.50.7 %,合金元素: Si、Mn、 Cr、V、W、Mo等。,T回,制造尺寸小于 815mm的 小型弹簧。,T回,制造尺寸在2025 mm左右的弹簧。,6.冷成形弹簧生产工艺特点,5.热成型弹簧钢的热处理后的组织: 回火屈氏体,用于生产尺寸小于815mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有: T组织冷成型+200300去应力退火。60、75、 85、65 Mn。 T回组织冷成型+去应力退火。 退火组织冷成型+淬

9、火+中温回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。,五.易切削钢( fee cutting steel ),Y 40 Mn,第三节 超强韧钢,超强韧钢,低合金超强韧钢 ：40CrNiMo、35Si2Mn2MoVA,高合金超强韧钢,中低碳二次硬化型超强韧钢： 9Ni-4Co系、基体钢,金属化合物脱溶型超强韧钢：25Ni、20Ni、18Ni、15Ni,相变诱起范性超强韧钢：C0.2-0.3、Si2、Mn2、Cr9、Ni8、Mo4,一、低合金超高强韧钢 C：0.3-0.45%，保证钢的强度 Cr、Mn、Ni、Mo等：提高钢的淬透性 Si：增加淬透性，增加钢的抗回火稳定性，推迟低温回火脆

10、性 常用的钢号：40CrNiMo、300M、35Si2Mn2MoV 热处理工艺：淬火+低温回火或等温淬火+低温回火 组织：回火马氏体或下贝氏体,二、高合金超高强韧钢 1、中、低碳二次硬化型高合金超强韧钢 强化机理：利用回火时析出的特殊合金碳化物实现沉淀强化 韧化机理：高Ni、高Co改善韧性,2、金属化合物脱溶强化型超强韧钢 合金元素：Ni、Co、Ti、Al、Mo、Be、Nb等 合金元素的作用：Ni提高淬透性；Co提高Ms点；Ni、Ti、Al、Mo、Nb、Be等形成金属间化合物(A3B或Laves相)实现沉淀强化,分类：25Ni、20Ni、18Ni、15Ni 热处理工艺：18Ni,3、相变诱起范

11、性型超强韧钢 C0.2-0.3、Si2、Mn2、Cr9、Ni8、Mo4,第四节 轴承钢,性能要求：高的接触疲劳强度、高的耐磨性、高的淬透性、耐蚀性、尺寸稳定性以及良好的冶金质量,滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,一、轴承钢的分类,1、高碳低Cr轴承钢：GCr15、GCr9Si 2、高碳Si-Mn系：GSiMnV 3、低碳高合金渗碳轴承钢：18Cr2Ni4WA、12Cr2Ni4A,二、合金元素的作用,C：保证淬火后获得的马氏体的硬度，获得一定数量的耐磨碳化物，0.951.05%； Cr：增大淬透性、使过剩碳化物增多以增大耐磨性； Si：提高钢的弹性极限；增大淬透性；提高马 氏体的抗回火稳

12、定性 Mn:增加淬透性，和基体的强度 Mo、V：增加耐磨性；细化晶粒；与Mn配合，进一步增加淬透性 RE：改善钢中夹杂物的分布，改善钢的范性和韧性,三、轴承钢中的非金属夹杂物 氮化物、硅酸盐、Al2O3、MnS 非金属夹杂物的危害性：氮化物硅酸盐Al2O3,四、轴承钢中的碳化物 1. 液析碳化物：非平衡结晶时从钢液中直接析出的共晶碳化物。形成条件是，钢液凝固时产生了严重的枝晶偏析，使局部区域C和Cr的成分达到了共晶成分，当这种液体量很小时，发生离异共晶，从共晶组织中离异出粗大的共晶碳化物。尺寸较大，硬度高、脆性大暴露在工件表面容易剥落，加速轴承的磨损；同时液析碳化物还增大零件淬火开裂的倾向，造

13、成淬火硬度不均匀和机械性能的各向异性。,2.带状碳化物：从奥氏体中析出的先共析碳化物在轧制过程中呈带状分布。形成原因：钢液凝固时产生了枝晶偏析在富C、Cr的区域析出较多的碳化物，在热加工时被拉长，使得其沿轧向分布。带状碳化物的存在直接降低轴承的疲劳寿命，增加淬火变形与开裂的倾向，降低加工表面的光洁度。,3.网状碳化物：停轧温度较高，轧后缓慢冷却形成的。轴承钢属于过共析钢，在热轧或缓慢冷却过程中，由于碳在奥氏体中溶解度的降低，二次碳化物沿奥氏体晶界呈网状析出，随后的淬火不能完全消除它。残留在钢中的网状碳化物显著增加零件的脆性和淬火开裂倾向，使零件易沿晶界破坏。因此，轴承钢中的网状碳化物必须加以控

14、制。 4.粒状碳化物：碳化物呈颗粒状，细小均匀分布在铁素体基体上。有利于提高耐磨性，加热时阻止奥氏体晶粒的长大。,轴承钢球化退火工艺： 一般退火与等温退火 五、成品热处理 淬火+低温回火 组织：回火马氏体+粒状碳化物+少量的残余奥氏体,球化退火+ 淬火+ 低温回火,GCr15：C 0.951.05%，Cr1.301.65%，Si0.150.35%，Mn 0.20.4% 淬火加热温度：820850，回火温度：120130 常用的轴承钢：GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GSiMnV,六、铬轴承钢制造轴承的工艺路线,锻造 球化退火机加工 淬火 + 冷处理 ( 60 80;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定化处理 ( 120 130；5 10h ),