金属材料第三章-1课件

1、第三章 机器零件用钢概 述调质钢非调质钢弹簧钢易切削钢滚动轴承钢低碳马氏体钢渗碳钢氮化钢低淬透性钢高锰钢本章思路：首先讨论典型机器零件的服役条件、失效形式和机器零件用钢的合金化、热处理和力学性能特性，即成分-组织-性能的关系；然后讨论发挥材料性能潜力的途径。第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第一节 概述 用于制造各种机器零件所用的钢种称为机器零件用钢，主要包括渗碳钢、调质钢、滚动轴承用钢和弹簧钢，是在机械制造行业中广泛使用的钢种。 零件用钢以力学性能为主，工艺性能为辅。第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第一节 概述一、服役条件及对力学性能的要求v承

2、受交变载荷长时间作用 高的疲劳强度或耐久强度v承载大且有短时超载 高的屈服强度、抗拉强度、高断裂抗力v零件之间有相对运动 高的耐磨性和高的接触疲劳强度v形状复杂，有缺口或台阶 高韧性、低的裂纹敏感性二、工艺性能要求通常机器零件的生产工艺是：型材 改锻 毛坯热处理 切削加工 最终热处理 磨削v零件的成形主要是机加工 切削加工性能好v零件需要热处理 热处理工艺性能好三、机器零件用钢的分类v按用途分为调质钢、非调质钢、弹簧钢、易切削钢、轴承钢、低碳马氏体钢、渗碳钢、氮化钢、低淬透性钢和高锰钢；v按含碳量分为低碳钢（wC=0.2%)、中碳钢（wC=0.4%0.6)和高碳钢（wC=1%) ；v按回火温度

3、分为淬火低温回火钢、淬火中温回火钢和淬火高温回火钢。含碳量、回火温度及合金元素的种类和数量机器零件用钢力学性能的主要影响因素第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第二节 调质钢v 为什么首先介绍调质钢？ 综合性能好，用量大，占机 械行业中零件用钢的30%v 什么叫调质处理？ 淬火加高温回火的热处理方法称为调 质处理。高温回火是指在500-650 之间进行回火。v 什么叫调质钢？指的是一类中碳的碳素或低合金结构 钢。这类钢通常是经过调质处理以后 使用，故称为调质钢v 调质处理和调质钢的差别？v 用调质钢制作的典型零件机床主轴、汽车后桥半轴、 曲轴、连杆、高强度螺栓等第三章第三章 机器零件用钢机器

4、零件用钢第二节 调质钢一、工作条件及对性能的要求以汽车后桥半轴为例来分析工作条件：高速转动、载荷交变、传递扭矩、承受弯矩、 时有冲击、相对滑移性能要求：高疲劳强度、高屈服强度，高韧性、局部耐磨性高。 总的来讲是要有良好的综合性能（既强且韧）问题：什么样的组织能保证具有良好的的综合性能？中碳回火索氏体组织。v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劳强度。v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。v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，使钢的冷脆倾向性减小。二、调质钢的组织特点第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢

5、第二节 调质钢三、调质钢的化学成分1.含碳量：中碳（0.30.5%）2. 主加元素：Cr, Mn, Ni, Siv 主要作用是提高钢的淬透性（强碳化物形成元素和非及弱碳化物形成元素共同作用可成倍乃至10倍地提高淬透性）v 起到一定的固溶强化作用不利作用：Cr, Mn, Ni会促进第二类回火脆性3. 辅加元素：Mo, W, V, Tiv 它们是强碳化物形成元素，可提高钢的回火稳定性及细化晶粒v Mo, W可抑制第二类回火脆第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第二节 调质钢合金元素对珠光体转变孕育期的影响第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第二节 调质钢四、调质钢的热处理v 通常是淬火+高温回

6、火v 典型的热处理工艺为：850C加热淬火（油冷或水冷） +500650 C回火（油冷或空冷）v 如何提高局部的耐磨性？采用表面处理v 表面淬火 高频感应加热、激光表面加热等v 化学热处理 渗氮处理第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第二节 调质钢四、调质钢的性能1. 调质钢的典型性能v 经过调质处理后，调质钢的力学性能大致为： s = 8001200 MPa, b = 10001400 MPa, 10%, 45%, K 60 J/cm22. 合金调质钢的高温回火脆v碳钢高温回火脆倾向小v冷却速度对回火脆影响很大vW, Mo及稀土元素可减轻高温回火脆冷却方式 K炉冷9.4空冷23.5油冷59

7、.8水冷74.6一种Cr-Ni调质钢650 C回火冷却速度对K的影响第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第二节 调质钢v 45和40Cr是用途最广泛的调质钢v 40CrNiMoA是高淬透性调质钢的代表，可以制作直径大于250 mm的轴类第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢调质钢的成分及性能第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢调质钢的成分及性能六、调质零件用钢的发展动向1、低碳马氏体钢低碳马氏体是具有高密度位错的板条马氏体，在板条内部有自回火和回火析出的均匀分布的碳化物，板条间存在少量残余奥氏体薄膜。低碳（合金）钢淬火成低碳马氏体充分利用了钢的强化和韧化手段，使钢不仅强度高而且塑性和韧性好

8、。2、中碳微合金非调质钢中碳微合金非调质钢是作为调质零件（汽车拖拉机曲轴、连杆）用钢的新型结构钢。优点是在锻造或热轧冷却后就可以达到曲轴、连杆等零件所要求的强度和韧性，即可将锻（轧）材直接加工成零件，而省去调质处理及随后的热处理变形矫正等工序。第二节第二节第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第三节 弹簧钢一、弹簧的工作条件及性能要求v 弹簧是用来通过弹性变形吸收能量的 高的弹性极限 缓和机械振动和冲击作用v 所承受的载荷是交变的 高的疲劳极限v 需要成型和承受冲击载荷 一定的塑性和韧性高的抗拉强度高的表面质量钢中夹杂物少用以制造弹簧或类似弹簧性能的零件的钢种称为弹簧钢。根据使用场合和结构外形

9、的不同：板弹簧和螺旋弹簧。高温和易腐蚀条件下工作的弹簧还应具有良好的耐热性和抗蚀性。第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第三节 弹簧钢二、弹簧钢的化学成分v 含碳量：碳素钢0.80.9%; 合金钢0.50.7%。v含碳量太低，强度不能满足，太高对屈服极限无作用反而会因碳化物的增多而降低钢的疲劳极限v 主加元素：Si, Mnv提高淬透性v提高钢的弹性极限v提高钢的回火稳定性Si促进钢的石墨化倾向，并使钢在加热时易于脱碳Mn增加钢的过热敏感性v 辅加元素：Cr, W, Vv主要是为了克服Si, Mn带来的缺点1.Cr还可进一步提高淬透性，W, V等提高回火稳定性第三章第三章 机器零件用钢机器零件

10、用钢第三节 弹簧钢三、常用弹簧钢的化学成分、热处理、力学性能及用途第三章第三章 机器零件用钢机器零件用钢第三节 弹簧钢四、弹簧钢的成形及热处理v 弹簧钢的典型热处理工艺弹簧钢的典型热处理工艺v淬火+中温回火，得到回火屈氏体组织，具有高的弹性极限和疲劳极限。v 冷成型弹簧的热处理冷成型弹簧的热处理v对于小型弹簧，如丝径小于8mm，可在热处理强化或冷变形强化后成型，即用冷拔钢丝冷卷成型。v铅浴等温淬火冷拔钢丝：冷拔到一定尺寸，奥氏体化，450550铅浴中等温，多次冷拔至所需尺寸，低温回火v冷拔钢丝：多次冷拔至所需尺寸，冷卷成形，低温回火（250300 C）v淬火回火钢丝：对已达到使用尺寸的钢丝进行淬火+中温回火，冷卷成形，低温回火问题：为什么最后进行低温回火？消除应力、稳定尺寸，并提高弹性极限。3.热成型弹簧的热处理热成型弹簧的热处理热成型弹簧一般是将淬火加热与热成型结合起来。v一般是加热，热成型，余热