工业用钢及热处理8培训讲学

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1、1,教 学 重 点,1、钢的分类。 2、合金元素在钢的作用及应用。 3、 渗碳零件，调质钢，弹簧钢， 轴承钢热处理工艺,教 学 难 点,渗碳零件，弹簧钢，调质钢热处理工艺,本课题重点与难点,2,引言 工业用钢按化学成份分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢为含碳量小于2.11%的铁碳合金，具有较好的力学性能和工艺性能。但由于碳素钢的淬透性低，回火稳定性差，基本相软弱，很多方面不能满足更高的要求，诸如耐腐蚀性，高强度 合金钢定义： 合金钢就是在碳钢的基础上，为改善钢的 性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的所获得的钢。 钢的种类繁多，为了便于生产、使用、管理，可按以下几种方法分类。,工业用钢及

2、热处理,3,1.按化学成分分类按化学成份可将钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢根据含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。合金钢根据合金元素含量分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。2.按质量分类钢的质量是以硫、磷的含量来划分的。根据硫、磷的含量可将钢分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。3.按冶炼方法分类根据冶炼所用炼钢炉不同，可将钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。4.按金相组织分类在退火组织可将钢分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。按正火组织可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。5.按用途分类按用途可将钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。,4,钢中常存杂质元素对性能的影响

3、 钢中常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氢、氧等。这些元素在冶炼时或者由原料、燃料及耐火材料中带入钢中，或者由大气进入钢中，或者脱氧时残留于钢中，它们的存在会对钢的性能产生影响。1.硅和锰的影响硅和锰在钢中均为有益元素，能溶于铁素体中起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。2.硫和磷的影响硫和磷在钢中都是有害元素。硫在钢中以FeS的形式存在，使钢变脆，产生热脆性。控制在0.05以下，MnS对断屑有利。磷可溶于铁素体中，使钢的强度、硬度显著增加。但使钢脆化，产生冷脆性。,6,合金元素在钢中的主要作用 1.合金元素对钢中基本相的影响铁素体和渗碳体是碳素钢中两个基本相，合金元素进入钢中将对这两个基

4、本相的成分、结构和性能产生影响。（1）溶于铁素体，起固溶强化作用加入钢中的非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都将溶于铁素体，形成合金铁素体，起固溶强化作用。从几种合金元素对铁素体硬度和韧性的影响可以看出，Si、Mn的固溶强化效果最显著，但其含量超过一定值后，铁素体的韧性将急剧下降，而Cr、Ni在适当的含量范围内不但能提高铁素体的硬度，而且还能提高其韧性。因此为了获得良好的强化效果，应控制固溶强化元素在钢中的含量。,7,（2）形成碳化物加入到钢中的合金元素，除溶入铁素体外，还能进入渗碳体中，形成合金渗碳体，如铬进入渗碳体形成(Fe,Cr)3C。当碳化物形成元素超过一定量后，将形成这些元素自己

5、的碳化物。合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。合金元素与碳的亲和力越大，所形成化合物越稳定、熔点、分解温度、硬度、耐磨性就越高。在碳化物形成元素中，钛、铌、钒是强碳化物形成元素，所形成的碳化物如TiC、VC等；钨、钼、铬是中碳化物形成元素，所形成碳化物如Cr23C6、Cr7C3、W2C等；锰、铁是弱碳化物形成元素，所形成的碳化物如Fe3C、Mn3C等。碳化物是钢中的重要组成相之一，其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有着重要的影响。,8,合金元素对钢的工艺性能的影响1. 合金元素对钢热处理工艺性能的影响 热处理工艺性能反映钢热处理的难易程

6、度和热处理产生缺陷的倾向。主要包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和氧化脱碳倾向等。合金钢的淬透性高, 淬火时可以采用比较缓慢的冷却方法,可减少工件的变形和开裂倾向。即提高淬透性，提高回火抗力。加入锰、硅会增大钢的过热敏感性。,9, 提高耐回火性（回火抗力）淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回火性（也称回火稳定性）。由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程，使回火时的硬度降低过程变缓，从而提高钢的耐回火性。因此，当回火硬度相同时，合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高，这对于消除内应力是有利的，而当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度要比碳钢高。 产生二次硬化含有高W、Mo、Cr、V

7、等元素的钢在淬火后回火加热时，由于析出细小弥散的这些元素碳化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度不仅不下降，反而升高，这种现象称为二次硬化。 防止第二类回火脆性在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性，这对于需调质处理后使用的大型件有着重要意义。P138,10,2.合金元素对钢塑性加工性能的影响 塑性加工分热加工和冷加工。合金元素溶入固溶体中, 或形成碳化物(如Cr、Mo、W等), 都使钢的热变形抗力提高和热塑性明显下降而容易锻裂。一般合金钢的热加工工艺性能比碳钢要差得多。 3. 合金元素对钢焊接性能的影响 合金元素都提高钢的淬透性, 促进脆性组织(马氏体)的形成, 使焊接性能变坏

8、。但钢中含有少量Ti和V, 可改善钢的焊接性能。,11,4. 合金元素对钢切削性能的影响 切削性能与钢的硬度密切相关, 钢是适合于切削加工的硬度范围为170HB230HB。一般合金钢的切削性能比碳钢差。但适当加入S、P、Pb铅等元素可以大大改善钢的切削性能。,12,5. 合金元素对钢铸造性能的影响 固、液相线的温度愈低和结晶温区愈窄, 其铸造性能愈好。合金元素对铸造性能的影响, 主要取决于它们对Fe-Fe3C相图的影响。另外, 许多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在钢中形成高熔点碳化物或氧化物质点, 增大钢的粘度, 降低流动性, 使铸造性能恶化。,13,总之：合金元素在钢中的作用有：提高

9、钢的淬透性，细化晶粒，提高钢的回火稳定性，防止回火脆性，二次硬化，固溶强化，第二相强化（弥散强化），细晶强化，增加韧性，提高钢的耐蚀性或耐热性。不同的合金元素在不同的钢中的作用是不一样。,14,合金钢的分类及牌号 合金钢的分类常用下面的两种分类。 用途分类： a.合金结构钢； b.合金工具钢； c.特殊性能钢。 按合金元素总质量分数分类： a.低合金钢：5% b.中合金钢：5%10% c.高合金钢：10% (P139按硫磷质量分数分类),15,合金结构钢的牌号： 合金结构钢的牌号采用两位数字+元素符号（或汉字）+数字表示。 如：40Cr钢：表示平均含碳量为0.4，含铬约为1的合金结构钢。 60

10、Si2Mn：表示平均含碳量为0.6，含硅约为2，含锰约为1的合金结构钢,16,合金工具钢的牌号： A、含碳量小于1时，用一位数字表示含碳量的千分数。 如：9 SiCr：表示平均含碳量为0.9，含硅约为1，含铬约为1的合金工具钢。 B、含碳量大于1时，在钢牌号前不用数字表示含碳量。 如：Cr12MoV：表示平均含碳量大于1，含铬约为12，含钼约为1，含钒约为1的合金工具钢。 特殊性能钢： A、不锈钢：2Cr13 C=0.2% Cr=13% C=0.03%0.10% 用0，如：0cr18Ni9 C0.03%时，用00 如：00Cr30Mo2 B、专用钢：钢前用汉语拼音字母： 如：GCr15 GCr

11、15SiMn,17,合金结构钢 一、低合金结构钢： 低合金高强度结构钢： 性能：塑性、韧性、耐蚀性和焊接性均比同含碳素的碳钢高。 应用：桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器起重和线等。 牌号：Q295 各种容器、储油罐、低压锅炉造船； Q345 锅炉、车辆等； Q390 起重机等； Q420 高压容器、重型机械等。 低合金耐钢：车辆、塔架 低合金专业用钢,18,结构钢及其热处理,结构钢分类：工程结构钢和机械零件用钢 渗碳刚及其热处理 渗碳用钢是指经渗碳淬火、回火后的用钢。 主要作用：表面承受强烈摩擦和磨损，同时承受交变 载荷和冲击载荷,19,1.化学成分：含碳量0.10-0.25的合金钢，主要加入

12、能提高淬透性的Mn、Cr、Ni等元素；2.性能特点：经热处理后表硬里韧、耐磨性及抗疲劳性好；3.渗碳件一般的工艺路线：渗碳工序位置 (1)整体渗碳的工艺路线一般为： 下料锻造退火（正火）粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回火磨削。 (2)局部渗碳的工艺路线一般为： 下料锻造退火（正火）粗加工、半精加工保护非渗碳部位渗碳切除防渗余量淬火、低温回火磨削。,渗碳钢及其热处理,20,用 途应用很广，主要用于制造渗碳零件，如变速齿轮、内燃机凸轮轴等各种表面耐磨件。 常用的渗碳钢 低淬透性渗碳钢：15Cr、20Cr等，心部强度低，尺寸和载荷小的齿轮和滑块； 中淬透性渗碳钢：20CrMnTi、20CrMn等，心

13、部强度较高，用于制造中等强度的耐磨零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、齿轮轴等； 高淬透性渗碳钢：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等，淬透性很高。用来制造承受重载荷和强烈磨损的重要零件，如飞机、坦克中的曲轴及重要齿轮等。,21,以20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮为例：下料毛坯锻造正火切削加工(加工齿形) 渗碳(930)+预冷淬火(830)低温回(200) 喷丸磨削加工,22,喷丸处理：是一种表面强化处理.是用砂粒（石英砂、钢砂和铁砂）高速撞击在材料表面,使其表面产生形变强化层. 常用的表面强化处理方法有以下几种: 1.表面覆盖层强化法，使材料表面获得特殊性能的覆盖层，如气相沉积层、镀

14、覆层、喷涂层等，以达到提高强度、耐磨、耐蚀、耐疲劳等目的。2.表面形变强化法，表面通过喷丸、滚压、挤压等产生形变强化层，从而获得较高的疲劳强度的工艺方法。3.表面热处理强化法。通过化学热处理(如渗碳、渗氮、渗硼等)、表面淬火(感应加热、火焰加热表面淬火)等方法使表面强化。,23,调质钢及其热处理 在调质处理后使用的钢种，主要用于制造受力复杂的汽车、拖拉机、机床及其他各种重要零件。 1.性能要求：良好的综合力学性能；良好的淬透性。 化学成分与热处理特点 1.成分特点：中碳：含碳量为0.25%-0.50%；主加合金元素为Mn、Si、Cr、Ni、B主要提高淬透性。2.热处理特点：预备热处理+最终热处

15、理（淬火+高温回火） 3.调质件一般的工艺路线：,24,典型调质零件的热处理工艺合金调质钢 低淬透性调质钢：45、40Cr，用于制造尺寸较小的齿轮、轴、螺栓等。 中淬透性调质钢：40CrNi，用于制造截面较大的零件，如曲轴、齿轮等 高淬透性调质钢：40CrNiMo，用于制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机等。,25,弹簧钢及其热处理 用途：用来制造弹簧（缓和冲击、吸收振动、存能） 要求：高的弹性极限和屈强比、高的疲劳强度、足够的塑性和韧性、其他性能（热处理、耐热、耐腐蚀） 弹簧钢的化学成分与热处理性能 1.化学成分：中、高碳含碳量在0.6%0.9%的合金钢。由于合金元素使共

16、析点s左移，因此含碳量可减少为0.45%-0.75%。低合金主要加入元素是硅和锰锘，提高淬透性和屈强比；2.热处理及成形特点：热成形与冷成行，淬火+中温回火；3.组 织：回火屈氏体；4.热处理特点： 冷成形弹簧：对于钢丝直径小于10mm的弹簧，通过冷拔(或冷拉)、冷卷成型；冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250300，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用。,26,热成形弹簧：直径大于10-15mm，在高于淬火温度热卷成形，然后淬火+中温回火(350500)，得到回火屈氏体组织。 典型钢种（碳素弹簧钢、合金弹簧钢） 碳素弹簧钢：Si、Mn弹簧钢：代表性钢种65Mn、60SiMn，主要用于制造较大截面的弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等； 合金弹簧钢：Cr、V弹簧钢：代表性钢种50CrV，主要用于大截面、大载荷、耐热的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等。 弹簧工艺P147 气阀螺旋弹簧:1、性能要求 2、工作条件 下料绕簧去应力淬火+中温回火表面强化压缩校正二次去应力检查 热处理：淬火+中