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1、1,第三章 机器零件用钢,2,主 要 内 容,调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢 特殊用途钢,3,Chapter 5 机械制造结构钢,4,简介,用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。,5,拨叉,变速齿轮,变速箱,齿轮,曲轴,汽车万向节,连杆,3.0 引言,7,弹簧,拉力弹簧,离合器弹簧,蝶形弹簧,板弹簧,8,滚珠,滚珠轴承,9,履带,铁轨分道叉,破碎机颚板,挖掘机斗齿,10,简介,用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。,3.1
2、机械零件用钢的性能要求,力学性能要求,12,简介,用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。 按热处理状态分（使用状态）： 1一般供应或正火状态碳钢或碳素易削钢；,13,2淬火+回火状态: 按回火温度分为： 高温回火调质钢； 中温回火弹簧钢； 低温回火滚动轴承钢、超高强度钢。 3化学热处理： 渗碳钢 氮化用钢 4高频淬火用钢高、中频淬火后低温回火使用,14,3-1 调质钢,1.用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。,汽车万向节,齿轮,连杆,曲轴,
3、轴,螺栓,扩展螺栓,支架螺栓,马车螺栓,连杆,20,一、工作条件、失效方式及性能要求,1工作条件（以轴类零件为例） 作用：传动力矩 受力：主要承受交变扭转、弯曲力； 一定的冲击力 配合处摩擦力。 2失效方式 （1）磨损：由于硬度低，耐磨性差造成的。 （2）疲劳断裂：弯曲疲劳、扭转疲劳 3性能要求 （1）高强度，尤其是高的疲劳强度； （2）高硬度、高耐磨性； （3）塑性韧性好； 即，良好的综合力学性能。,工程材料学,二、调质钢的组织特点,调质钢具有良好的综合力学性能的原因与其在使用状态下组织为中碳回火索氏体有关。具有以下特点： (1)强化相为弥散均匀分布的粒状碳化物，可以保证有较高的塑变抗力和疲
4、劳强度。 (2)组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。 (3)作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，其晶粒细小，使钢的冷脆倾向性大大减小。,3.2 调质钢,22,三.调质钢的化学成分： 碳含量一般在0.30.5%之间； 主加合金元素： 辅加合金元素： 重要的调质钢一般都含有多种合金元素。,23,三调质钢的化学成分及热处理特点 含碳量在0.250.45%。常用合金元素作用：,Mn：淬透性，但过热倾向，回脆倾向；,Cr：淬透性，回稳性，但回脆倾向；,Ni:基体韧度， Ni-Cr复合淬透性，回脆 ；,Mo：淬透性,回稳性，细晶,回脆倾向；,V：有效细
5、晶，(淬透性) ，过热敏感性。,24,总结,合金元素的作用： （1）提高淬透性：Mn Cr Si Ni B （2）提高回火稳定性：Mo Cr Si （3）细化晶粒：V Ti （4）防止第二类回火脆：W （0.8%1.2%） Mo（0.15%0.30%）,工程材料学,四、调质钢的热处理,1. 预备热处理,改善切削加工性以及改善因轧、锻不适当而造成的晶粒粗大和带状组织,对于合金元素含量较低的调质钢可进行正火或退火处理。 对于合金元素含量较高的调质钢，因正火后可得到马氏体组织，尚需正火后再在Ac1以下温度进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体，降低硬度，便于切削加工。,2. 最终热处理,粒状珠光体,
6、层片状珠光体,工程材料学,3.2 调质钢,1. 预备热处理,2. 最终热处理,调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。,调质钢的最终性能取决于回火温度的选择。当要求高塑性、高韧性及一定的强度时，采用500-600回火，即调质处理，获得回火索氏体组织。如零件还要求表面有良好耐磨性时，则再进行表面淬火或化学热处理如氮化处理。 当零件要求较高的强度和适当的塑性和韧性时，采用200-250回火，以获得回火马氏体组织，或采用450左右回火，以获得屈氏体组织。,工程材料学,在小能量多次冲击条件下工作的零件，即高周疲劳时，应适当降低回火温度，以发挥材料的强度潜力；只有对于大能量冲击条件下的零件即低周疲劳时才适宜
7、采用较高的回火温度，以保证有足够的塑性和韧性。,3.2 调质钢,28,五常用调质钢,1低淬透性的调质钢： DC 60HRC； 高接触疲劳强度以免过早失效 保证材质、组织； 一定韧度承受冲击，以免碎裂； 尺寸稳定性好保证精度； 一定耐蚀性大气、润滑油腐蚀。,关键因素,化学成分、冶金质量和加工工艺,79,2工艺性能,（1）高的淬硬性和必要的淬透性，以保证热处理后获得高而均匀的硬度； （2）良好的加工艺性，冷、热成型性、切削、磨削性； （3）良好的尺寸稳定性，在长期保存和使用过程中能保持尺寸精度。 3冶金质量 要求高纯度、非金属夹杂少、偏析、疏松、夹杂物分布不均匀尽可能避免。,80,滚动轴承钢的化学
8、成分特点,1碳：0.95-1.15%，属于过共析钢 2铬：0.4-1.65%，目的是提高淬透性，提高回火稳定性，提高耐蚀性，细化K，形成合金渗碳体，提高耐磨性。 对于大型轴承，为提高淬性加入Mn、Si等，另外加入Mo、V、RE细化晶粒，减少疲劳裂纹源。 3纯度要求高，P小于0.027%，S小于0.02%，属于高级优质钢。,工程材料学,三、滚动轴承钢的牌号及其热处理,应用最广的是GCr15钢，约占轴承用钢的90左右。国外所用轴承钢的成分，大体与GCr15钢相同。,3.5 滚动轴承钢,滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,工程材料学,1轴承钢的种类,轧钢机械、矿山挖掘机械和其他一些受冲击负荷较
9、大的机械使用的轴承，要求表面硬度高、耐磨性好，高的接触疲劳强度，心部有一定的韧性、强度和硬度，选用渗碳钢。常用的钢号有20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，经渗碳淬火低温回火处理。,3.5 滚动轴承钢,工程材料学,250以上(航空发动机轴承有的达380)的轴承，由于温度高，使材料的硬度、耐磨性等性能显著下降，此时必须采用高温轴承钢。我国已试验和使用的高温轴承钢有Cr4Mo4V、W6Mo5Cr4V2、Cr14Mo4V、9Cr18Mo等。,3.5 滚动轴承钢,工程材料学,石油机械、造船工业及食品工业中的轴承常在酸、碱、盐等腐蚀介质中工作，要求具有
10、良好的化学稳定性，因此需要采用不锈钢制造轴承，如9Cr18及9Cr18Mo钢等。,3.5 滚动轴承钢,工程材料学,2. GCr15轴承钢的热处理,轴承钢一般要经过球化退火处理和淬火加低温回火处理，球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，同时获得均匀分布的细粒状珠光体，为最终热处理做好组织上的准备。 轴承钢的淬火温度应严格控制，GCr15钢淬火温度控制在(84010)范围内，淬火组织为隐晶马氏体。淬火后应立即回火，以消除内应力、提高韧性、稳定组织和尺寸。其回火温度为150-160，回火时间为2-3 h。,3.5 滚动轴承钢,工程材料学,为了消除零件在磨削时产生的磨削应力，以及进一步稳定组织和尺
11、寸，在磨削加工后再进行一次附加回火，回火温度为120-150，回火时间为2-3 h。 对于精密轴承，为了保证尺寸的稳定性，淬火后立即进行冷处理，然后再回火，磨削加工后再进行一次尺寸稳定性处理，在120-150保温5-10 h。 GCr5钢经淬火回火处理后，钢的组织为：马氏体(80)+残余奥氏体(10)+碳化物(10)，其硬度为61-65HRC。,3.5 滚动轴承钢,88,思考题: 轴承钢在淬火热处理后,硬度检验时不允许有明显的软点,为什么? 如出现软点,可能有哪些因素造成的?,89,3-6 特殊用途结构钢,特殊用途结构钢有多种，如低温用钢、耐磨钢、无磁钢、易削钢、钢轨钢、大锻件用钢等。 一低温
12、用钢 1低温用钢的性能要求 （1）足够的低温强度，特别是屈服强度，可减轻结构重量； （2）足够的刚度和韧性，尤其是低温韧性，一般要求ak60J/cm2。 （3）良好的焊接性和冷加工性。低温用钢大部分是板材，需焊接或冷成型。要求良好的延伸率，一般碳钢不低于16%，合金钢不低于14%。 （4）较好的耐蚀性。,90,2低温用钢分类,（1）奥氏体型低温用钢 奥氏体型低温用钢合金元素含量高，使用时应注意成本。 最早使用的是18-8不锈钢，因为这种钢低温韧性较好（0Cr18Ni9和1Cr18Ni9）。但是，-200以下奥氏体不稳定，研制了25Cr-20Ni是最稳定的奥氏体可用于-268.9(液氮)，价格高。目前，为降低成本，15Mn26Al4钢已开始使用。 （2）低碳马氏体型低温用钢 这类钢是低碳，同时用大量的Ni提高低温韧性，含9%Ni。 热处理淬火+高温回火。可用于-196(制取液氮设备)。 （3）铁素体型低温用钢 这类钢是降低碳及S、P含量，提高低温韧性。热处理是正火或热轧，组织F+少量P。16MnRE、09MnV2RE等。,
