四章结构钢及其选用课件

本章重点：1.各种钢的牌号含义、成分及合金元素的作用2.典型零件的选材、工艺路线、热处理工艺、组织及性能特点7/22/20231第一节概述一、钢的分类1.按用途分类

7/22/202322.按化学成分分类

7/22/202334.按冶炼方法分类

5.按金相组织分类

（1）按退火组织分类（2）按正火组织分类

3.按质量分类

7/22/20234一、碳素结构钢二、合金结构钢第四节结构钢7/22/202351．普通碳素结构钢2．优质碳素结构钢3．碳素铸钢4．易切削钢一、碳素结构钢7/22/202361．普通碳素结构钢

牌号：如Q235B，表示s

≥235MPa，B级质量。

用途

铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。

热处理：热轧空冷组织：S＋F7/22/20237多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁7/22/202382．优质碳素结构钢

牌号：45钢，含C量为45/10000，即ωc%=0.45%用途

较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。

热处理：

淬火、回火、表面热处理等。7/22/20239汽车曲轴7/22/2023103.碳素铸钢钢号：如ZG270-500性能：强度和塑性、韧性高于铸铁，但铸造流动性能差，收缩率大。热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。组织：P＋F用途：形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。7/22/202311轧辊外壳7/22/202312二、合金结构钢1.工程构件用钢（低合金结构钢）2.机械零件用钢1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢7/22/2023131．低合金结构钢成分：ωc＜0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb，如15MnVN性能：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。应用热处理、组织——热轧空冷，S＋F7/22/202314高压容器桥梁船舶车辆7/22/2023152.机械零件用钢1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢7/22/202316渗碳钢的工作条件及性能要求

零件在渗碳热处理后使用。这种零件工作时，除要求较高强度可靠性外，还常常受到较大的表面磨擦和冲击作用，故其性能要求：

(1)有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等变形破坏；(2)要求表面有较高的硬度和耐磨性，以抵抗磨损及表面接触疲劳破坏；(3)有较高的韧性以承受强烈的冲击作用；(4)当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能力。1．渗碳钢7/22/2023171．渗碳钢成分：ωc=0.1～0.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性，细化晶粒。性能：表面硬度高，耐磨性好；心部韧性高。应用：耐磨件。如：15，活塞销 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。

7/22/202318热处理组织：表层：高碳M回+碳化物+Ar；心部：低碳M回（+T+F）

渗碳→淬火→低温回火7/22/2023197/22/2023202．调质钢成分：ωc=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化F。性能：具有良好的综合力学性能应用：45，一般尺寸零件，机床主轴 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。7/22/202321热处理组织：S回表面淬火、低温回火：表层：M回+Ar心部：S回氮化：表层：S回+氮化物心部：S回

调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。

7/22/202322汽车曲轴7/22/2023231、弹簧的使用条件及性能要求零件的主要作用：间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。常用零件：汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等性能要求：(1)高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比；(2)一定的塑性和韧性；(3)保证组织性能均匀，要求材料淬透性好；(4)另外在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定性。3．弹簧钢7/22/2023243．弹簧钢成分：ωc=0.55～0.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能：σe、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。应用

65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。7/22/202325

汽车板簧火车螺旋弹簧热处理热轧弹簧：热成型→淬火+中温回火→喷丸冷轧弹簧：淬火+中温回火→冷成型→去应力→喷丸组织：T回7/22/2023264．滚动轴承钢成分：ωc=0.95～1.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。应用

GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。7/22/202327热处理：球化退火+淬火+低温回火冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。组织：M回＋细碳化物＋少量Ar7/22/202328第六节典型零件的选材及热处理一、热处理工序位置

二、选材及热处理

应用（请链接到工程材料CAI）7/22/202329一、热处理工序位置1.预先热处理的工序位置退火、正火：毛坯生产之后，切削加工之前目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织7/22/2023302.最终热处理的工序位置调质：粗加工之后，精加工或半精加工之前表面热处理：半精加工之后，磨削之前调质件热处理工艺路线：下料——锻造——退火或正火——粗加工——调质——精加工淬火件热处理工艺路线：下料——锻造——正火（退火）——粗加工、半精加工——淬火、回火——磨削表面淬火件热处理工艺路线：下料——锻造——正火（退火）——粗加工——调质——半精加工——表面淬火、低温回火——磨削7/22/202331渗碳件热处理工艺路线：下料——锻造——正火（退火）——粗加工、半精加工——渗碳——淬火、低温回火——磨削渗氮件热处理工艺路线：下料——锻造——正火（退火）——粗加工——调质——精加工——去应力退火——粗磨——渗氮——精磨或研磨7/22/202332二、选材及热处理1.轻载、低速，不重要的轴——Q235、Q255、Q275等碳素结构钢，不进行热处理2.中等载荷而且强度要求一般的轴——优质碳素结构钢，35、40、45。常采用正火或调质处理，轴颈等处要求耐磨时进行表面淬火和低温回火3.较大载荷或要求精度高的轴以及处于强烈摩擦或高、低温等恶劣条件下工作的轴——合金结构钢，20Cr、40MnB、40Cr、38CrMoAl、GCr15，调质、表面淬火、渗碳、渗氮、淬火、低温回火一）轴类零件7/22/202333二）齿轮类零件1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮——中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、50Mn，正火或调质，（软齿面齿轮）2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮