第四节调质钢

第四节调质钢调质钢

是指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。钢调质后的性能：具有高的强度、良好的塑性与韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。

在机械制造中最常用的一类钢。如柴油机连杆和连杆螺栓及曲轴、汽车半轴、机床主轴等。1一、化学成分

WC=0.25~0.5%在相同回火温度下，含碳量越高，硬度、强度也越高，但塑性和韧性降低。碳含量过低使硬度不足，过高使韧性不足。所以调质钢的含碳量在中碳范围。（一）调质钢的含碳量合金调质钢中的主加元素有Cr、Ni、Mn、Si等，它们大都溶入铁素体，使铁素体得到强化，并增加钢的淬透性。（二）调质钢的合金化2二、热处理特点下料锻造预备热处理机加工（调质）（表面局部淬火）精加工成品1、退火（合金钢）完全退火、不完全退火和等温退火2、正火（碳素钢或合金元素少的钢）3、（正火+）高温回火（650~700℃）（合金钢）4、调质（对强度和硬度要求较低，调质后进行机加工，加工后不再进行热处理）（二）预备热处理处理后硬度为180~200HBS，便于机加工。（一）生产工艺路线3调质：淬火+高温回火组织：回火索氏体（回火S）性能：强度、塑性和韧性均较高；缺口敏感性小；接触疲劳强度、耐磨性较低。回火S（三）调质处理4加热:在箱式炉（批量较小）或连续炉（大批量）中加热到单相奥氏体（830~880℃）保温。冷却：碳素钢水冷；合金钢油冷或水淬油冷。箱式电阻炉1、淬火5回火是控制其力学性能的关键，一般采用500~600℃回火。回火后采用水冷、油冷（防止第二类回火脆性）或空冷。2、回火6表面局部淬火感应淬火部位对许多零件通过调质处理能满足强韧性要求，但局部对耐磨性要求高，满足不了耐磨性要求。对局部进行感应淬火。78910111213三、常用调质钢及性能特点碳素钢力学性能不高，只适用于尺寸和负荷较小的零件合金钢因钢中含有合金元素，提高了其淬透性和力学性能，故适用于尺寸较大、负荷较重的零件。

各种调质钢的性能特点和用途见表6-6（P146~147）常用的合金调质钢通常包括三种系列：（一）Mn钢、Mn-B钢主要合金元素Mn的作用是强化铁素体和增加淬透性。Si-Mn钢的强度较好，但韧性和塑性较差，退火后硬度偏高。14（二）Cr钢、Cr-Mo钢、Cr-Mn钢、Cr-V钢Cr的加入主要是增加淬透性，强度有所提高，对塑性、韧性影响不大；42CrMo、35CrMo、40CrV钢中的Mo、V不仅能增加淬透性，也能细化组织，防止第二类回火脆性，提高塑性和韧性；Cr-Mn钢中同时加入Cr、Mn两种元素，能更好的提高钢的淬透性和强度。（三）Cr-Ni钢、Cr-Ni-Mo钢钢中同时加入Cr、Ni两种元素，可获得更好的力学性能，高的强度、韧性和塑性，同时也有很好的淬透性，但Cr-Ni钢有回火脆性。15四、典型零件应用举例1汽缸体2活塞3进气阀4排气阀5连杆6曲轴7凸轮8顶杆9齿轮10齿轮213456789109内燃机装配动画内燃机关键零件曲轴、连杆、连杆螺栓齿轮、凸轮轴等16（一）曲轴（１）功用：汇集所有气缸内燃烧气体所做的功，以旋转的形式输出。1、曲轴的功用、工作条件及失效形式17断裂、磨损Ａ.气体压力往复质量惯性力，回转离心力，容易产生很大的交变弯曲应力和扭曲应力。Ｂ.曲轴本身形状复杂，截面变化大，应力集中严重。Ｃ.轴颈表面在高比压下高速运动，而且载荷时冲击的，不容易建立稳定的油膜。轴颈处还承受摩擦力。Ｄ.曲轴为细长轴，若刚度不足，容易产生变形和扭转振动。（２）工作条件(受力分析)（3）失效形式18为提高耐磨性，球墨铸铁进行正火或高频淬火，钢的要调质，高频淬火或氮化。轴颈表面要精磨，抛光，以防出现裂缝。45、球铁40Cr、45Mn2、50Mn235CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA2、材料19下料→锻造→调质→机加工→感应淬火（或化学热处理）→（滚压）→精加工3、加工路线调质安排在锻造和机加工之间；机加工后对轴颈进行感应淬火或化学热处理（渗氮），提高耐磨性；对过度圆角进行滚压提高疲劳强度，防止疲劳断裂。20（二）连杆和连杆螺栓轴瓦巴氏合金衬套铜合金连杆1连杆螺栓23螺帽1、连杆的功用、工作条件性能要求：（１）功用：连接曲轴和活塞，将作用于活塞上的力传给曲轴（２）工作条件：小端往复直线运动质量惯性力，气体压力，摆动惯性力。以上各力大小和方向不断变化易引起连杆疲劳破坏。爆排进压连杆：大压小拉受力分析：212、连杆的失效形式：断裂3、连杆的结构

连杆组包括：连杆，连杆盖，连杆螺栓，连杆轴瓦，小端衬套。

连杆本身又分为：连杆小端，连杆杆身和连杆大端三部分。（３）性能要求：a.强度和刚度。b.尽量减轻连杆质量。c.大端及小端轴承可靠，耐磨性好。d.易于制造，成本低。224、连杆材料：低速船用柴油机：选用优质碳素钢如45钢

高速强载柴油机：选用优质高强度合金钢如42CrMo

中等强度柴油机：选用合金结构钢如40Cr5、连杆加工路线：

下料→锻造→调质→机加工236、连杆螺栓受力分析：7、连杆螺栓材料：40Cr钢拉应力8、连杆螺栓加工路线：9、连杆螺栓及其热处理工艺下料→锻造→退火（或正火）→机加工→调质→检验硬度→加工螺纹→装配24连杆组件用材：铜合金锡基或铅基巴氏合金40C钢45、40Cr、42CrMo45、40Cr、42CrMo45、40Cr、42CrMo25（三）齿轮和凸轮轴1、受力特点：受