汽车用钢铁材料—合金钢-合金结构钢【严选荟萃】

1、一、常存杂质元素对钢性能的影响,答：钢中常存杂质有锰、硅、硫、磷. 其中：锰、硅是有益元素；硫磷是有害元素。 硫产生热脆；磷产生冷脆。,二、常用碳素钢,2.Q235、08F、45、65Mn、T10A、ZG270-500 分别是哪类钢？,问题回顾碳素钢,1. 钢中常存杂质有哪些？哪些是有益元素？哪些是有害元素？,答：Q235普通碳素结构钢 08F、45、65Mn优质碳素结构钢 T10A高级优质碳素工具钢 ZG270-500 碳素铸钢,1,【案例2-4】,在日常生活中，我们市场上买的低价菜刀或工具容易生锈、磨损或折断，而价格高、质量好的却不易发生上述现象呢,2,任务2.4 合金钢,合金钢的优点,有

2、利于汽车实现轻量化。,（2）高的淬透性及回火稳定性,因其淬透性好，可用油淬，不易变形、开裂，适于形状复杂的零件。,（3）特殊性能：耐高（低）温、耐腐蚀、耐磨损等性能。,缺点：冶炼、加工工艺复杂，成本高.,（1）高强度高韧性,合金钢之所以有以上优点，是合金元素的作用,Q235： s=235 Mpa,16 Mn：S=345 Mpa,45：D0=（10-18）,40Cr：D0=（20-36）,适于制造尺寸大的零件。,汽车上的重要零件大多采用合金钢制造。,3,2.4.1 合金钢的分类及牌号,（1）按用途分类,1)合金结构钢制造各种重要机械零件和工程结构。 2)合金工具钢制造各种重要的加工工具，如刃具、

3、量具和模具等。 3)特殊性能钢制造具有特殊性能要求的结构件和机械零件。,1)低合金钢合金元素总质量分数小于5%。 2)中合金钢合金元素总质量分数为5%10%。 3)高合金钢合金元素总质量分数大于10%。,（2）按合金元素的含量分类,1. 合金钢的分类,（3）按合金元素的种类分,4,Wc的“万”分之几,合金结构钢, Me 数字（ Me 数字 ） A(E),所加合金元素,合金元素 百分含量,例：16Mn 20CrMnTi 38CrMoAlA 40Cr 60Si2Mn,高级优质或特级优质,2.合金钢钢的牌号：,数字 + 元素符号 + 数字 + +A（E）,5,例：9SiCr 5CrMnMo 3Cr2

4、W8V CrWMn Cr12MoV,特殊情况：高速钢中，Wc1%有时也不标出 如：W18Cr4V,数字 Me 数字（ Me 数字 ）,合金工具钢,Wc1% “千”分之几Wc1% 不标,所加合金元素,合金元素 百分含量,2.合金钢钢的牌号：,特例：滚动轴承钢中： 碳含量不标出； “Cr”用其“千”分之几表示。 如：GCr15中，15表示平均Cr含量为1.5%,6,数字 Me 数字（ Me 数字 ）,Wc “千”分之几 Wc 0.1%，以“0”表示 Wc 0.03%，以“00”表示,特殊性能钢,例： 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti,2.合金钢钢的牌号：,7,2.4.2 合金结构钢,1

5、低合金高强度钢 2合金渗碳钢 3. 合金调质钢 4. 合金弹簧钢 5. 滚动轴承钢,用途工作条件性能要求成分处理条件性能,8,带着问题去学习,9,用途用于强度较高的大型金属结构,如：桥梁、船舶、车辆（载重汽车大梁） 压力容器（锅炉），输油、输气管道等。,1低合金高强度钢,10,工作条件, 不作相对运动，长期承受静载荷； 锅炉：使用温度可达250以上； 有一定温度要求 桥梁、载重汽车大梁：冬天要承受低温； 耐腐蚀桥梁、船舶：承受大气和海水的侵蚀。, 较高的强度和良好的塑韧性；S=300460Mpa，而普碳钢S=275Mpa； 低的韧脆转变温度（-40-50）； 耐蚀性好； 良好的焊接性和冷成型性

6、；,性能要求,1低合金高强度钢,11,成分特点：,低合金(WMe 3% ),低C(Wc 0.2% ),保证钢的塑性、韧性，焊接性和冷成形性能,Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re, 产生固溶强化，提高 F 的强度 (Mn、Si) 产生弥散强化，细化晶粒(V、Ti、Nb) ，提高s、b、ak 增加P，并使之细化(Mn) 提高耐蚀性(Cu、P) 脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re),因碳和合金元素的作用，在承受相同载荷的前提下，合金钢可以比碳钢减轻20-30%的重量，有利于汽车的轻量化。,1低合金高强度钢,H He Li Be B (氢 氦 锂 铍 硼),C N O F Ne(

7、碳 氮 氧 氟 氖),Na Mg Al Si P (钠 镁 铝 硅 磷),S Cl Ar K Ca (硫 氯 氩 钾 钙),Sc Ti V Cr Mn (钪 钛 钒 铬 锰),Fe Co Ni Cu Zn (铁 钴 镍 铜 锌),12,1低合金高强度钢,Q235,Q345,Q420,Q460E,110mm厚的Q460E钢材4.2万吨！,13,14,表2-15 常用低合金高强度结构钢在汽车上的应用,五菱荣光前保险杠,15,用途,载重汽车变速箱齿轮,汽车、拖拉机的变速齿轮，汽车后桥齿轮，工程机械的传动齿轮、凸轮轴、活塞销、气门挺杆,2合金渗碳钢,汽车后桥齿轮,16,表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳

8、强度 心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度 在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性,表面受强烈磨损 承受冲击载荷及交变应力作用,性能要求,工作条件,2合金渗碳钢,17,低碳：0.100.25%C 加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn、B 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、W、Mo,成分特点,热处理,预先热处理正火：提高硬度，改善切削加工性； 最终热处理渗碳：提高表面含碳量（WC=0.85-1.05%） 淬火+低回：提高表面硬度和耐磨性， 心部仍有较高的强韧性。,2合金渗碳钢,18,低淬透性合金渗碳钢15Cr、20Cr、20MnV 用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮

9、轴 中淬透性合金渗碳钢20CrMnTi、20MnVB 用于中等载荷的耐磨件，如汽车变速箱齿轮。 高淬透性合金渗碳钢18Cr2NiWA 20Cr2Ni4A 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,活塞销( 20Cr ),变速箱齿轮,常用牌号及应用,汽车半轴齿轮,气门挺杆,柴油机曲轴,2合金渗碳钢,19,用途汽车、机床和某些机器上受力复杂的重要零件,如：汽车后桥半轴、发动机连杆，机床齿轮、机床主轴，高强度螺栓等,奔驰连杆,汽车后桥半轴,机床齿轮,机床主轴,高强度螺栓,3合金调质钢,20,具有良好的综合力学性能,在多种载荷复合作用下工作的，受力比较复杂；,性能要求,工作条件,中 碳 （0.25%0.50

10、%） 低合金（3.5 % ）,成分特点,保证钢的综合力学性能,3合金调质钢,21,加工工艺路线： 下料锻造预备热处理粗加工调质 精加工 最终热处理 装配 调质目的： 获得综合力学性能好的回火索氏体 为表面淬火作组织准备；,正火或退火,淬火+高温回火,表面淬火+低回,回火索氏体,3合金调质钢,22,低淬透性（40Cr、40MnB） 用于小尺寸的重要件，如齿轮、轴、螺栓 中淬透性（ 40CrNi 、35CrMo ） 用于大中型重要件，如曲轴、连杆。 高淬透性（ 40CrNiMo、38CrMoAlA) 用于大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮,常用牌号及应用,连杆,螺栓,汽车曲轴,汽轮机主轴,汽轮机叶

11、轮,螺杆,3合金调质钢,机床齿轮,23,用途制造机器和仪表中各种弹性元件 。,如：汽车、火车上的减震板簧、螺旋弹簧；钟表的发条；弹性挡圈,4合金弹簧钢,钟表发条,弹性挡圈,重型汽车板簧,24, 弹簧具有足够弹性变形能力，并承受较大的载荷。 弹簧在长期的振动和交变应力作用下不产生疲劳破坏。 足够的塑、韧性，以便于弹簧在冷态下成型和防止脆性断裂；,利用弹性变形来吸收能量和缓冲振动的； 在冲击、振动和交变应力作用下工作,性能要求,工作条件,4合金弹簧钢,25,4合金弹簧钢,成分特点, 中高碳：（WC=0.50-0.70%），以保证足够的弹性； Me：Mn、Si、Cr提高强度、弹性极限和淬透性； Mo

12、、W、V 细化晶粒，提高韧性。,热轧弹簧(10mm大截面弹簧)： 热成型淬火+中温回火喷丸 冷轧弹簧(10mm弹簧）： 淬火+中温回火冷成型去应力喷丸,热处理特点,大型热卷弹簧,冷卷螺旋压缩弹簧,26,低淬透性（65Mn） 用于气门弹簧、制动室复位弹簧、 离合器压紧弹簧等 中淬透性（ 60Si2Mn) 用于汽车钢板弹簧、牵引钩弹簧,常用牌号及应用,4合金弹簧钢,汽车板簧,一辆汽车上装有5060种、100多件弹簧， 用于悬架、发动机、离合器、制动器等重要部位.,27,高而均匀的硬度和耐磨性 高的b和接触疲劳强度 足够的韧性、淬透性和耐蚀性,工作条件 承受高接触应力(达30003500MPa) 周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦,用途用于制造轴承套和滚动体的专用钢 汽车的油泵柱塞、喷油嘴、针阀等,向心 球轴承,滚针轴承,圆柱滚子轴承,性能要求,5滚动轴承钢,28,成分特点 高碳：0.951.10%C，以满足高硬度，高耐磨性要求 主加元素Cr（0.4-1.65%），提高淬透性。 辅加元素Mn、Si，提高淬透性,热处理特点,球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理(-60 -80) ，时效（120140,1020h）,减少A、稳定尺寸、去应力,5滚动轴承钢,29,5滚动轴承钢,常用牌号及应用, GCr9、GCr15用于中小型