机械工程材料6-2

1、6-1合金结构钢合金结构钢五、五、 弹簧钢弹簧钢（一）弹簧对性能的要求（一）弹簧对性能的要求板簧板簧 ：承受弯曲、剪切应力和微动磨损承受弯曲、剪切应力和微动磨损螺旋弹簧螺旋弹簧 ：承受扭转、剪切应力承受扭转、剪切应力 弹簧主要有螺旋弹簧和板簧两种，它是利用弹性变形来储弹簧主要有螺旋弹簧和板簧两种，它是利用弹性变形来储存能量、缓和振动和冲击的，承受的载荷也属于存能量、缓和振动和冲击的，承受的载荷也属于变动载荷变动载荷。1.1.受力分析受力分析6-1合金结构钢合金结构钢2.2.失效形式：失效形式：主要是疲劳断裂。主要是疲劳断裂。 较高的弹性极限较高的弹性极限 高的疲劳强度高的疲劳强度 具有足够的韧

2、性具有足够的韧性 一定的淬透性一定的淬透性 耐热性和耐蚀性耐热性和耐蚀性3.3.对弹簧的性能要求对弹簧的性能要求6-1合金结构钢合金结构钢(二二)弹簧钢的化学成分弹簧钢的化学成分 (1)提高淬透性提高淬透性 Si、Mn、Cr (2)强化铁素体强化铁素体 Si、Mn、Cr (3)提高回火稳定性提高回火稳定性 Cr、V (4)提高高温强度提高高温强度 Cr、V2.合金元素合金元素合金弹簧钢中主要含有合金弹簧钢中主要含有Si、Mn、Cr、V等等主要作用主要作用1.含碳量（含碳量（WC） 采用较高的含碳量保证高弹性极限和疲劳强度。采用较高的含碳量保证高弹性极限和疲劳强度。 碳素钢：碳素钢： WC 0.

3、6%0.75%合金钢：合金钢： WC 0.46%0.70%6-1合金结构钢合金结构钢(三三)常用弹簧钢常用弹簧钢65Mn钢中锰含量为钢中锰含量为0.90%1.20%，属于较高，属于较高锰含量的优质碳素结构钢，这类钢淬透性较好，锰含量的优质碳素结构钢，这类钢淬透性较好，强度较高，但有脱碳敏感性、过热倾向和回火强度较高，但有脱碳敏感性、过热倾向和回火脆性，淬火时容易开裂。脆性，淬火时容易开裂。 55Si2Mn、60Si2Mn属于硅锰弹簧钢，由于硅含属于硅锰弹簧钢，由于硅含量较高，可显著提高弹性极限和回火稳定性。量较高，可显著提高弹性极限和回火稳定性。 55SiMnMoV为新钢种，有更好的淬透性和更

4、高为新钢种，有更好的淬透性和更高的强度，可替代的强度，可替代55CrVA钢制造大截面汽车板簧钢制造大截面汽车板簧和重型车、越野车的板簧。和重型车、越野车的板簧。6-1合金结构钢合金结构钢(四四)弹簧的生产工艺路线弹簧的生产工艺路线1.热轧弹簧钢热轧弹簧钢淬火淬火+中温（中温（460540 ）回火，得到回火屈氏体）回火，得到回火屈氏体材料选择（材料选择（p182表表7-7）热处理热处理65Mn：淬透性好，强度高，但有脱碳敏感性、淬透性好，强度高，但有脱碳敏感性、过热倾向和回火脆性，淬火时易开裂。过热倾向和回火脆性，淬火时易开裂。硅锰弹簧钢如硅锰弹簧钢如55Si2Mn、60Si2Mn，硅含量高，硅

5、含量高，提高弹性极限和回火稳定性。提高弹性极限和回火稳定性。7-1合金结构钢合金结构钢回火回火T6-1合金结构钢合金结构钢板簧加工路线板簧加工路线（1）淬火加热温度为）淬火加热温度为830880 ，加热时不容许脱碳，以，加热时不容许脱碳，以免降低钢的疲劳强度，严格控制炉内气氛，缩短加热时间。免降低钢的疲劳强度，严格控制炉内气氛，缩短加热时间。注意：注意：（2）弹簧热处理后要进行喷丸处理，使其表面强化，并且）弹簧热处理后要进行喷丸处理，使其表面强化，并且使表层产生残余压应力，提高弹簧的疲劳寿命。使表层产生残余压应力，提高弹簧的疲劳寿命。喷丸喷丸扁钢剪断扁钢剪断加热压弯成型后淬火加热压弯成型后淬火

6、中温回火中温回火烤漆烤漆7-1合金结构钢合金结构钢板簧加热炉板簧加热炉板簧淬火线板簧淬火线板簧回火炉板簧回火炉板簧喷丸机板簧喷丸机板簧疲劳试验机板簧疲劳试验机板簧烤漆线板簧烤漆线6-1合金结构钢合金结构钢2.冷拉（轧）弹簧钢冷拉（轧）弹簧钢材料选择材料选择碳钢（碳钢（65、65Mn、75）或合金钢（）或合金钢（ 55Si2Mn、60Si2Mn ）制造过程制造过程（1）“索氏体化索氏体化”：奥氏体化后在：奥氏体化后在500 550 的铅浴中等温处理得到索氏体组织（加少的铅浴中等温处理得到索氏体组织（加少 量屈氏体）。量屈氏体）。（2）冷拉成细丝或冷轧成薄带。）冷拉成细丝或冷轧成薄带。（3）加工成

7、型后进行去应力退火。）加工成型后进行去应力退火。6-1合金结构钢合金结构钢六、六、 滚动轴承钢滚动轴承钢（一）滚动轴承工作条件及性能要求（一）滚动轴承工作条件及性能要求（1）内圈）内圈 （2）外圈）外圈（3）滚动体）滚动体（4） 保持架保持架（1）、（）、（2）、（）、（3）均为滚动轴承钢）均为滚动轴承钢保持架为低碳钢（球轴承）和有色金属（滚柱轴承）保持架为低碳钢（球轴承）和有色金属（滚柱轴承）6-1合金结构钢合金结构钢2、对于尺寸较大的轴承，承受的力也很大，并且、对于尺寸较大的轴承，承受的力也很大，并且 还会有一定的冲击还会有一定的冲击1、高的接触应力、高的接触应力 （可高达（可高达3000

8、3500MPa）并且有滚动和滑动）并且有滚动和滑动表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度选材：选材：高碳钢高碳钢失效形式失效形式: 磨损和接触疲劳磨损和接触疲劳选材：选材：渗碳钢渗碳钢失效形式失效形式: 断裂断裂大的轴承要有较高的韧性大的轴承要有较高的韧性6-1合金结构钢合金结构钢（二）滚动轴承钢的化学成分（二）滚动轴承钢的化学成分1、0.95%1.1%C 2、0.4%1.65%Cr 淬透性和耐磨性（淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、0.45%0.75%Si 0.95%1.25%Mn 提高淬透性提高淬透性4、P0.025% S0.025 % 减少夹杂物，提高

9、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6-1合金结构钢合金结构钢（三）滚动轴承钢的热处理（三）滚动轴承钢的热处理目的：目的：如果终锻温度比较高和锻造如果终锻温度比较高和锻造后冷却速度比较慢，会出现网状碳化后冷却速度比较慢，会出现网状碳化物的缺陷。这种网状碳化物在球化退物的缺陷。这种网状碳化物在球化退火时不易被消除，需要在球化退火前火时不易被消除，需要在球化退火前用正火工艺进行消除。用正火工艺进行消除。1.正火和球化退火正火和球化退火（1 1）正火）正火900950空冷或风冷空冷或风冷6-1合金结构钢合金结构

10、钢目的：目的： a、便于切削加工便于切削加工 207229HBS b、 为淬火作组织准备为淬火作组织准备 粒状珠光体在加热时渗碳体不容易溶解，粒状珠光体在加热时渗碳体不容易溶解，得到得到 C=0.45%0.6%的的A+Fe3C，Fe3C呈细小球状均匀分布在呈细小球状均匀分布在A的基体的基体上，上，A晶粒非常细小，淬火后得到隐针晶粒非常细小，淬火后得到隐针M和均匀分布在和均匀分布在M上的未溶碳化上的未溶碳化物，硬度、接触疲劳强度和耐磨性都很高。物，硬度、接触疲劳强度和耐磨性都很高。（2 2）球化退火）球化退火780810 12h710720 34h6-1合金结构钢合金结构钢2.淬火和回火淬火和回

11、火淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。当加热温度高于当加热温度高于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：(1)(1)加热温度对组织和性能的影响加热温度对组织和性能的影响a、A中的含碳量中的含碳量b、残余奥氏体、残余奥氏体c、晶粒、晶粒A中的含碳量不断升高，马氏中的含碳量不断升高，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，残余奥氏体含量不断升高，导致淬火后硬度略有降低。导致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变为粗大透镜状变为

12、粗大透镜状M，强度和韧性降低。，强度和韧性降低。6-1合金结构钢合金结构钢64HRC约约0.5%约约5%Ac1Accm温度温度马氏体中含碳量马氏体中含碳量残余残余A6-1合金结构钢合金结构钢820840油油冷冷温温度度时间时间150170 回火回火13次次(2)(2)淬火、回火工艺淬火、回火工艺3.冷处理冷处理对于精密轴承，要求残余对于精密轴承，要求残余A要少，否则在使用过要少，否则在使用过程中因残余程中因残余A转变为转变为M而使尺寸变化。而使尺寸变化。淬火后立即冷到淬火后立即冷到-79-80 保持保持12h，回火后可，回火后可使残余使残余A减少到减少到5%左右。冷处理后可使硬度提左右。冷处理

13、后可使硬度提高高2HRC左右。左右。多次回火也可以使尺寸稳定。多次回火也可以使尺寸稳定。对精密轴承，磨削后还要进行时效处理，在低对精密轴承，磨削后还要进行时效处理，在低于回火温度的温度下保温于回火温度的温度下保温510h，消除内应力，消除内应力，稳定尺寸。稳定尺寸。4.时效处理时效处理6-1合金结构钢合金结构钢对于高速铁路轴承和矿山、冶金机械上使用的轴对于高速铁路轴承和矿山、冶金机械上使用的轴承，承受载荷大，对韧性要求高。为了提高韧性，承，承受载荷大，对韧性要求高。为了提高韧性，可以采用等温淬火方法进行处理。可以采用等温淬火方法进行处理。硝盐等温硝盐等温时间根据时间根据B下下量而定量而定空冷空

14、冷回火回火5.等温淬火等温淬火等温温度选在等温温度选在Ms点附近，得到点附近，得到M+B下下+A+K。A1MS时间时间温度温度6-1合金结构钢合金结构钢(四四)轴承零件的生产工艺路线轴承零件的生产工艺路线棒料棒料（球化退火状态）（球化退火状态）冷镦冷镦粗磨粗磨淬火淬火加低温回火加低温回火磨磨研磨（抛光）研磨（抛光）无缝管无缝管（球化退火状态）（球化退火状态）机加工机加工淬火加淬火加低温回火低温回火粗磨粗磨研磨（抛光）研磨（抛光）锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火加低温回火淬火加低温回火粗磨粗磨研磨（抛光）研磨（抛光）1钢球、滚柱钢球、滚柱2微型、小型套圈微型、小型套圈3小型、中型、大型小

15、型、中型、大型6-1合金结构钢合金结构钢6-2合金工具钢合金工具钢刃具钢：刃具钢：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具 工模具钢是用于制造各类切削工具、模具和量具的钢种。工模具钢是用于制造各类切削工具、模具和量具的钢种。按化学成分可分为按化学成分可分为:碳素工具钢碳素工具钢、合金工具钢合金工具钢和和高速钢高速钢；按退火组织可分为按退火组织可分为:亚共析钢亚共析钢、过共析钢过共析钢和和莱氏体钢莱氏体钢；按用途可分为按用途可分为:刃具钢刃具钢、模具钢模具钢和和量具钢量具钢。模具钢：模具钢：制造冲压、模锻、挤压、压铸等模具制造冲压、模锻、挤压、压铸等模具量具钢：量具钢

16、：制造样板、直尺、塞规、块规等制造样板、直尺、塞规、块规等6-2合金工具钢合金工具钢6-2合金工具钢合金工具钢一、一、 刃具钢刃具钢（一）刃具工作条件和性能要求（一）刃具工作条件和性能要求 刃具在切削加工零件时，受到零件及切屑的摩擦力，切削刃具在切削加工零件时，受到零件及切屑的摩擦力，切削速度越高，摩擦越严重，刃部温度越高速度越高，摩擦越严重，刃部温度越高(500600)，加工对，加工对象不同时还受到冲击和震动。故刃具失效形式主要是磨损，但象不同时还受到冲击和震动。故刃具失效形式主要是磨损，但有时也会因突然加载或强度、韧性不足而折断。有时也会因突然加载或强度、韧性不足而折断。 因此，刃具钢经适

17、当热处理后应具有高的硬度、耐磨性和因此，刃具钢经适当热处理后应具有高的硬度、耐磨性和热硬性，足够的强度，一定的韧性，以及良好的加工工艺性。热硬性，足够的强度，一定的韧性，以及良好的加工工艺性。 用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、板牙、钻头等刃具用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、板牙、钻头等刃具的钢统称为刃具钢。的钢统称为刃具钢。6-2合金工具钢合金工具钢1. 高硬度高硬度 刃具的硬度必须高于被加工零件才能使零件刃具的硬度必须高于被加工零件才能使零件 被加工成形，一般刃口部位的硬度在被加工成形，一般刃口部位的硬度在60HRC以上。以上。2. 高耐磨性高耐磨性 是影响刃具使用寿命和工作效率的主要因是影

18、响刃具使用寿命和工作效率的主要因 素之一，取决于钢的硬度、韧性和碳化物的种类、数素之一，取决于钢的硬度、韧性和碳化物的种类、数 量、尺寸、分布等。量、尺寸、分布等。3. 高红硬性高红硬性 是指钢在高温度下保持高硬度的能力。刃是指钢在高温度下保持高硬度的能力。刃 具工作时刃部受到严重摩擦而产生高温，故红硬性具工作时刃部受到严重摩擦而产生高温，故红硬性 的高低是衡量刃具钢的重要指标之一，红硬性高低的高低是衡量刃具钢的重要指标之一，红硬性高低 与钢的回火稳定性和合金碳化物弥散沉淀有关。与钢的回火稳定性和合金碳化物弥散沉淀有关。4. 良好配合的强度、塑性和韧性良好配合的强度、塑性和韧性 能使刃具在冲击

19、或震能使刃具在冲击或震 动载荷等作用下正常工作，防止脆断、崩刃等破坏。动载荷等作用下正常工作，防止脆断、崩刃等破坏。5. 良好的加工工艺性良好的加工工艺性 通过热、冷加工易获得满足使用通过热、冷加工易获得满足使用 要求的各种形状的刃具。要求的各种形状的刃具。6-2合金工具钢合金工具钢含碳量：含碳量：WC = 0.75%1.5%热处理：热处理：淬火淬火+ 低温回火低温回火刃具淬火加热时，为防止其氧化与脱碳，要用盐刃具淬火加热时，为防止其氧化与脱碳，要用盐浴炉或真空炉加热。浴炉或真空炉加热。金相组织：金相组织：M回回 + K（碳化物）（碳化物）+ A少少刃具钢中的含碳量、热处理特点及金相组织刃具钢中的含碳量、热处理特点及金相组织6-2合金工具钢合金工具钢（二）碳素及低合金刃具钢（二）碳素及低合金刃具钢冲头冲头（1） 碳素刃具钢碳素刃具钢 钢号钢号T7、T8A、T10A、T12A随含碳量增加，耐磨性增加。随含碳量增加，耐磨性增加。 用途用途：用于制造手用工具、低速及小走刀量的机用刀具凿子、：用于制造手用工具、低速及小走刀量的机