调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢

1、主讲人主讲人： 机械零件结构钢在淬火高温回火机械零件结构钢在淬火高温回火（调制处理）（调制处理）后具有后具有 良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和 韧性。这一类钢称作调质钢。韧性。这一类钢称作调质钢。 一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性 能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和 韧性；韧性； 各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中 使用最广泛的一类钢。使用最广泛的一类钢。 调质

2、钢调质钢 调质钢：经调质钢：经淬火加高温回火淬火加高温回火而使用的结构钢而使用的结构钢 组织特点：回火索氏体 性能特点：综合机械性能好 组织特点：回火索氏体 性能特点：综合机械性能好 回火索氏体：是回火索氏体：是马氏体马氏体于回火时形成的，其为铁于回火时形成的，其为铁 素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的 复合组织复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁。它也是马氏体的一种回火组织，是铁 素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基 本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。本无碳的过饱和度，碳化物也为稳

3、定型碳化物。 常温下是一种常温下是一种平衡组织平衡组织。 合金元素作用为：合金元素作用为： 提高淬透性：提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体：强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒：细化晶粒：Ti、V 防止第二类回火脆性：防止第二类回火脆性：W、Mo 2.调质钢的热处理特点 工艺路线：工艺路线： 下料锻造 预备 热处理 粗加工调质 装配精加工 预备热处理：正火或完全退火 改善性能（HB220) 改善组织（细小S） l为提高表面耐磨性，调质后可进行表面感应加热淬为提高表面耐磨性，调质后可进行表面感应加热淬 火及低温回火或氮化。火及低温回火或氮化。 回火温度与调质钢综合机械性能

4、的关系回火温度与调质钢综合机械性能的关系 当调质钢淬火成马氏体， 在450650温度范围内 回火时，随着回火温度的 升高，硬度、抗拉强度， 屈服强度等不断降低，而 延伸率、断面收缩率及冲 击韧性等不断上升。 弹簧钢弹簧钢 弹簧钢弹簧钢：是指由于在淬火和回火状态下的弹是指由于在淬火和回火状态下的弹 性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。 高的强度（屈服强度，弹性极限，屈强比）高的强度（屈服强度，弹性极限，屈强比） 良好的塑性和韧性良好的塑性和韧性 优良的表面状态和疲劳性能优良的表面状态和疲劳性能 均匀性、稳定性均匀性、稳定性（弹减抗力）（弹减抗力） 良好的淬

5、透性、耐蚀性，不易脱碳良好的淬透性、耐蚀性，不易脱碳 性能特点：性能特点： 化学成分特点：化学成分特点： 中、高碳，一般碳素弹簧钢的碳含量为中、高碳，一般碳素弹簧钢的碳含量为0.6-0.6- 0.9%0.9%，合金弹簧钢的碳含量为，合金弹簧钢的碳含量为0.5-0.7%0.5-0.7%。 按照其化学成分分为按照其化学成分分为碳素弹簧钢碳素弹簧钢和和合金弹簧钢合金弹簧钢。 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 细化晶粒：细化晶粒：V 热处理特点：热处理特点： 弹簧成形工艺不同，热处理特点也不同。弹簧成形工艺不同，热处理特点也不同。 减震弹簧

6、减震弹簧 弹簧片弹簧片 汽车板簧汽车板簧 螺旋弹簧螺旋弹簧 热成型弹簧：热成型弹簧： 弹簧直径或簧板厚度大于弹簧直径或簧板厚度大于10mm时，常采用时，常采用 热态下成形，即将弹簧钢加热至比正常淬火热态下成形，即将弹簧钢加热至比正常淬火 温度高温度高50-80热卷成形，然后利用余热热卷成形，然后利用余热淬淬 火火、中温回火中温回火，获得回火托氏体（也称回火，获得回火托氏体（也称回火 屈氏体），硬度为屈氏体），硬度为40-48HRC。 冷成型弹簧：冷成型弹簧： 弹簧直径或簧板厚度小于弹簧直径或簧板厚度小于10mm时时 ，常用冷拉弹簧钢丝或弹簧钢带冷，常用冷拉弹簧钢丝或弹簧钢带冷 卷成形。这种钢丝

7、冷卷弹簧只需进卷成形。这种钢丝冷卷弹簧只需进 行一次行一次200-300的去应力退火，的去应力退火， 使弹簧定型即可。使弹簧定型即可。 冷拔冷成型定型处理 弹簧的表面质量：弹簧的表面质量： 板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图 弹簧的表面质量对其寿弹簧的表面质量对其寿 命影响很大。命影响很大。 提高表面质量的方法：提高表面质量的方法： 防止表面脱碳；防止表面脱碳； 避免表面缺陷；避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表进行喷丸处理，使表 面产生压应力。面产生压应力。 C：主要强化元素主要强化元素。含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，塑性含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，塑性 和冲击韧性降低。对钢的和冲

8、击韧性降低。对钢的强度强度贡献最大的元素贡献最大的元素, , 也是影响也是影响弹减抗弹减抗 力力最大的元素。最大的元素。 Si：固溶强化固溶强化。能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 能提高钢的能提高钢的回火稳定性回火稳定性、弹减抗力弹减抗力。 Mn：提高淬透性，固溶强化提高淬透性，固溶强化。 Cr：提高淬透性，阻止提高淬透性，阻止Si-CrSi-Cr钢球化退火的石墨倾向，减轻脱碳钢球化退火的石墨倾向，减轻脱碳 倾向倾向。 Ni：改善韧性，提高淬透性，抑制腐蚀环境下蚀坑的萌生和扩展改善韧性，提高淬透性，抑制腐蚀环境下蚀坑的萌生和扩展 。 S,P：

9、一般是有害元素，一般是有害元素，P P增加冷脆性，增加冷脆性，S S增加热脆性增加热脆性。 Cu：能提高强度和韧性、腐蚀性能。缺点是增加热脆性能提高强度和韧性、腐蚀性能。缺点是增加热脆性。 合金元素的作用合金元素的作用60Si2MnA（合金）（合金） 强度较高，但强度较高，但淬透性较低、淬火变形大淬透性较低、淬火变形大，抗松，抗松 弛性能和耐蚀性能差。弛性能和耐蚀性能差。 多用作弹簧钢丝。适宜于制造截面较小多用作弹簧钢丝。适宜于制造截面较小(15mm)、 工作温度较低工作温度较低(120)的弹簧。的弹簧。 典型成分典型成分1 70钢（碳素）钢（碳素） 统一统一 数字数字 代号代号 牌号牌号 化

10、学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/% CSi MnCrNiCuP S 不大于不大于 U2070 2 70 0.620. 75 0.170. 37 0.500. 80 0.250.250.250.0350.035 典型成分典型成分2 60Si2MnA（合金）（合金） 用量最大的弹簧钢。淬透性好，具有较高的强度和弹用量最大的弹簧钢。淬透性好，具有较高的强度和弹 性极限、较高的屈强比、抗松弛能力及回火稳定性。但性极限、较高的屈强比、抗松弛能力及回火稳定性。但 脱碳倾向大，冷变形塑性低。脱碳倾向大，冷变形塑性低。 主要用于主要用于250以下工作的厚度小于以下工作的厚度小于10mm、 25mm 的

11、各种板簧、螺旋弹簧、安全阀弹簧、减振弹簧、仪表的各种板簧、螺旋弹簧、安全阀弹簧、减振弹簧、仪表 弹簧等弹簧等。 统一统一 数字数字 代号代号 牌号牌号 化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/% CSi MnCrNiCuP S 不大于不大于 A1160 3 60Si2 MnA 0.560. 64 0.602. 00 0.701. 00 0.350.350.250.0250.025 滚动轴承钢滚动轴承钢 滚动轴承钢是用滚动轴承钢是用 于于制造滚动轴承制造滚动轴承 的滚动体的滚动体和和内外内外 套圈套圈的钢，通常的钢，通常 在淬火状态下使在淬火状态下使 用。用。 滚动轴承钢的概念：滚动轴承钢的概

12、念： 性能要求：性能要求： 滚动轴承钢必须有高而均匀的硬度、滚动轴承钢必须有高而均匀的硬度、 耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度， 足够的韧性和淬透性，同时在大气和润滑足够的韧性和淬透性，同时在大气和润滑 剂中具有一定的抗腐蚀能力。剂中具有一定的抗腐蚀能力。 (轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦) 化学成分：化学成分： 1、0.951.1%C （高碳）（高碳） 2、0.41.65%Cr 淬透性、耐磨性和耐蚀性淬透性、耐磨性和耐蚀性 3、0.450.75%Si 0.951.25%Mn 提高淬透性提高淬透性 4、P0.025% S0

13、.025 % 减少夹杂物，提高疲劳寿命减少夹杂物，提高疲劳寿命 GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn 常用钢号常用钢号 淬透性增加淬透性增加 淬透性：钢在淬火时获淬透性：钢在淬火时获 取淬硬层深度的能力取淬硬层深度的能力 热处理特点：热处理特点： 滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。 目的：目的： 1、 降低锻造后轴承钢的硬度，便于切削加工降低锻造后轴承钢的硬度，便于切削加工 2、 为最终热处理做组织准备为最终热处理做组织准备，粒状珠光体在加热，粒状珠光体在加热 时渗碳体不容易溶解，得到含碳量为时渗碳体不容易溶解，得到含碳量为0.450.6%左右左右 的的A+未溶

14、渗碳体，渗碳体呈细小球状均匀分布在奥未溶渗碳体，渗碳体呈细小球状均匀分布在奥 氏体基体上，奥氏体晶粒非常细小，淬火后得到隐氏体基体上，奥氏体晶粒非常细小，淬火后得到隐 针针M和均匀分布在和均匀分布在M上的未溶碳化物，硬度、接触上的未溶碳化物，硬度、接触 疲劳强度和耐磨性都很高。疲劳强度和耐磨性都很高。 1 1、球化退火、球化退火 热处理特点：热处理特点： 淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。当加热淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。当加热 温度高于温度高于Ac1后，随加热温度升高，会发生如下变化：后，随加热温度升高，会发生如下变化： 2 2、淬火、淬火 1、奥氏体的含碳量、奥氏体的

15、含碳量 2、残余奥氏体、残余奥氏体 3、晶粒、晶粒 随随A含碳量不断升高，马氏含碳量不断升高，马氏 体硬度不断升高，韧性降低。体硬度不断升高，韧性降低。 残余奥氏体含量不断升高，导致残余奥氏体含量不断升高，导致 淬火后硬度略有降低。淬火后硬度略有降低。 晶粒不断长大，淬火后组织由隐针晶粒不断长大，淬火后组织由隐针M变变 为粗大透镜状为粗大透镜状M，强度和韧性降低。，强度和韧性降低。 热处理特点：热处理特点： 3 3、低温回火、低温回火 820840 油油 冷冷 温度温度 时间时间 150170 回火回火13 次次 淬火和低温回火后，组淬火和低温回火后，组 织为细回火马氏体，均织为细回火马氏体，均 匀分布的细粒状碳化物匀分布的细粒状碳化物 和少量残留奥氏体，硬和少量残留奥氏体，硬 度为度为61-65HRC。 常用钢号及用途：常用钢号及用途： 滚针轴滚针轴 承承 滚柱轴滚柱轴 承承 滚珠轴滚珠轴 承承 大型轴大型轴 承承 应用最广的是应用最广的