机械制造结构钢

Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢 主主 要要 内内 容容调质钢弹簧钢滚动轴承钢渗碳钢氮化钢马氏体结构钢特殊用途钢根本要求：了解各类钢的服役条件、对钢的根本性能要求、化学成分特点和热处理特点；掌握常用调质钢、弹簧钢、渗碳钢、滚动轴承钢等的典型牌号。重点与难点：各类钢的化学成分特点、合金元素的作用、强韧化机制及热处理特点。教学要求教学要求Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢 一、应用背景 机械制造结构钢也称机器零件用钢，是在优质碳素结构钢的根底上开展起来的，用于制造各种机械零件所用的钢种，故此得名。如各种齿轮零件、轴杆类零件、弹簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢拨叉拨叉变速齿轮变速齿轮变速箱变速箱3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢齿轮齿轮曲轴曲轴汽车万向节汽车万向节连杆连杆3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢弹簧弹簧拉力弹簧拉力弹簧离合器弹簧离合器弹簧蝶形弹簧蝶形弹簧3.0 引言引言板弹簧板弹簧Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢滚珠滚珠滚珠轴承滚珠轴承3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢履带履带铁轨分道叉铁轨分道叉破碎机颚板破碎机颚板挖掘机斗齿挖掘机斗齿3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.0 引言引言Chapter 3 机器零件用合金结构钢机器零件用合金结构钢 二、机械制造结构钢的服役条件 主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者是它们中的多种载荷的交互作用。服役环境是大气、水和润滑油，温度在-50+100范围之间。机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有适宜的公差配合等。由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢有所不同。3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢 三、机器零件用钢对力学性能要求 要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及平安性好；要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态，即强化态。3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢对钢材的其它工艺性能如冶炼性能、浇对钢材的其它工艺性能如冶炼性能、浇注性能、可锻性能等也有要求，但一般注性能、可锻性能等也有要求，但一般问题不大。问题不大。机器零件用钢通常以力学性能为主，工机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。艺性能为辅。3.0 引言引言Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和机械性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。适用于这种热处理的钢种称为调质韧性。适用于这种热处理的钢种称为调质钢。钢。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢一、一、调质钢的化学成分特点的化学成分特点 碳碳中碳，碳含量一般在中碳，碳含量一般在0.3%0.5%；钢中的碳保中的碳保证有足有足够多的碳化物体多的碳化物体积分数以分数以获得高的得高的强度。度。碳含量碳含量过低低时，淬硬性不，淬硬性不够；碳含；碳含量量过高那么高那么韧性下降。性下降。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2.合金元素合金元素 主加合金元素：主加合金元素：主加合金元素：主加合金元素：CrCr、MnMn、SiSi、NiNi；辅辅辅辅加加加加合金元素：合金元素：合金元素：合金元素：MoMo、WW、V V、TiTi、AlAl、B B等。等。等。等。重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。合金元素合金元素SiMnCrNi含量范围含量范围(wt%)0.6-1.40.8-1.80.8-1.71.0-4.5合金元素MoVWTiAlB含量范围(wt%).0.1-0.50.05-0.20.6-1.20.05-0.10.5-1.20.004Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢合金元素的作用：合金元素的作用：提高淬透性；提高淬透性；Cr、Mn、Si、Ni溶于溶于相，起固溶相，起固溶强强化化作用。作用。Cr、Mo、W、V等阻碍等阻碍相的再相的再结结晶，晶，也可阻碍碳化物在高温回火也可阻碍碳化物在高温回火时时的聚集的聚集长长大，使大，使钢钢保持高硬度。保持高硬度。参加参加Mo、W来防止回火脆性。来防止回火脆性。V、Ti、Al起起细细化晶粒的作用。化晶粒的作用。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢二、对调质钢的淬透性要求调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时经调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时经受应力的类型及大小来确定，并据此来确定对淬透受应力的类型及大小来确定，并据此来确定对淬透性的要求。性的要求。例如：某些轴类零件，它们承受弯曲力，外表受到例如：某些轴类零件，它们承受弯曲力，外表受到最大的张应力，随着离外表的距离增大，应力逐渐最大的张应力，随着离外表的距离增大，应力逐渐减低，所以只要求在淬火轴的减低，所以只要求在淬火轴的1/2半径处到达半径处到达80马氏体即可。马氏体即可。例如：某些重要的销钉或螺栓，在工作时，整个截例如：某些重要的销钉或螺栓，在工作时，整个截面上受到大的剪切力或拉力，因此要求零件在整个面上受到大的剪切力或拉力，因此要求零件在整个截面上淬成马氏体。截面上淬成马氏体。需要根据淬透性曲线来选择钢种。需要根据淬透性曲线来选择钢种。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢三、三、调质钢的的热处理特点理特点 1 预备热处理预备热处理 为了便于切削加工和改善钢件因热加工不为了便于切削加工和改善钢件因热加工不当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进行预备热处理。行预备热处理。合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体，对此类钢一般采用在多半是珠光体，对此类钢一般采用在AC3线线以上加热进行正火。以上加热进行正火。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多为马氏体组织，对此类钢一般采用在多为马氏体组织，对此类钢一般采用在AC3线以上加热进行正火，随后再进行一线以上加热进行正火，随后再进行一次高温回火，使马氏体型钢的强度由次高温回火，使马氏体型钢的强度由HB380550降至降至HB207240，可以顺利，可以顺利地进行切削加工。地进行切削加工。2 最终热处理最终热处理 1淬火淬火将钢件加热至将钢件加热至AC3线以上进行淬火，淬火线以上进行淬火，淬火温度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢温度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢2回火回火 根据所要求的性能来决定回火温度，回火是使调根据所要求的性能来决定回火温度，回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。高温回火时应考质钢的性能定型化的重要工序。高温回火时应考虑钢材的回火脆性问题。虑钢材的回火脆性问题。3外表处理外表处理 某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外，某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外，往往还要求某些部位如轴类零件的轴颈或花键往往还要求某些部位如轴类零件的轴颈或花键局部有良好的耐磨性。为此，经调质处理后，局部有良好的耐磨性。为此，经调质处理后，在局部部位进行高频感应外表淬火。在局部部位进行高频感应外表淬火。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢四、调质钢的合金元素与机械性能 1 1 调质钢的硬度调质钢的硬度 回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和碳化物的弥散强化作用，并可用下式表示：碳化物的弥散强化作用，并可用下式表示：H=HF+S H=HF+S 式中：式中：H H为钢高温回火后的硬度；为钢高温回火后的硬度；HFHF为铁素体的硬度；为铁素体的硬度；为碳化物的强化系数；为碳化物的强化系数；S S为碳化物颗粒的总外表积。为碳化物颗粒的总外表积。上式说明：铁素体的晶粒大小，合金元素在上式说明：铁素体的晶粒大小，合金元素在铁素体中的固溶程度，碳化物的数量和碳铁素体中的固溶程度，碳化物的数量和碳化物的弥散程度与调质钢的硬度有着密切化物的弥散程度与调质钢的硬度有着密切的关系。的关系。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢2 回火温度与调质钢综合机械性能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。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢3 调质钢在高温回火后的韧性调质钢在高温回火后的韧性(1)合金元素与调质钢的韧性合金元素与调质钢的韧性碳：是降低调质钢冲击韧性的元素。碳：是降低调质钢冲击韧性的元素。在保证钢调质后的硬度及强度的前提下，应把钢在保证钢调质后的硬度及强度的前提下，应把钢中碳含量限制在较低的范围内。对于重要的零件，中碳含量限制在较低的范围内。对于重要的零件，一般选用高淬透性的低碳合金钢。一般选用高淬透性的低碳合金钢。锰：调质钢中参加锰：调质钢中参加2%的锰后，钢的冲击韧性有所的锰后，钢的冲击韧性有所改善，但含锰量超高改善，但含锰量超高2后，钢的脆性转化温度反后，钢的脆性转化温度反而升高，冲击韧性恶化。而升高，冲击韧性恶化。镍：可改善钢的冲击韧性，使脆性转化温度不断下镍：可改善钢的冲击韧性，使脆性转化温度不断下降。降。磷：对钢的冲击韧性危害甚大。它提高脆性转化温磷：对钢的冲击韧性危害甚大。它提高脆性转化温度，降低冲击值，因此在高级优质钢中的含磷量度，降低冲击值，因此在高级优质钢中的含磷量限制在限制在0.035%，为了进一步改善钢的韧性，甚，为了进一步改善钢的韧性，甚至应把含磷量降低到至应把含磷量降低到0.02%以下。以下。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢(2)调质钢的高温回火脆调质钢的高温回火脆性性 回火脆性与冷却速度回火脆性与冷却速度关系关系 某些调质钢在高温回某些调质钢在高温回火并以不同速度冷却火并以不同速度冷却后，钢的硬度、拉伸后，钢的硬度、拉伸强度、屈服强度、断强度、屈服强度、断面收缩率和延伸率等面收缩率和延伸率等性能没有明显差异，性能没有明显差异，但是缓慢冷却的试样但是缓慢冷却的试样的冲击韧性却明显低的冲击韧性却明显低于快速冷却的试样，于快速冷却的试样，见表见表3-1。处理条件冷却方式 室温冲击值（J/cm2）40CrNi钢820淬火650回火炉冷 9.640CrNi钢820淬火650回火空冷2440CrNi钢820淬火650回火油冷6140CrNi钢820淬火650回火水冷763.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢表表3-1回火脆性与回火保温时间的关系回火脆性与回火保温时间的关系 在在500550之间回火脆性发生得最快；随着保温之间回火脆性发生得最快；随着保温时间的延长，脆化程度曲线上的温度越来越高。时间的延长，脆化程度曲线上的温度越来越高。回火脆性与钢种的关系回火脆性与钢种的关系 碳素钢高温回火脆性是不敏感的；碳素钢高温回火脆性是不敏感的；钢中参加锰或铬后就成为敏感的了；硅锰钢、铬锰钢钢中参加锰或铬后就成为敏感的了；硅锰钢、铬锰钢回火脆化倾向性更加增大；回火脆化倾向性更加增大；单纯镍钢对高温回火脆性不敏感，而铬钢中加镍那么单纯镍钢对高温回火脆性不敏感，而铬钢中加镍那么明显促进回火脆性；明显促进回火脆性；钼、钨是降低高温回火脆性的元素；钼、钨是降低高温回火脆性的元素；3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢 防止或减轻回火脆性的措施防止或减轻回火脆性的措施a.防止在易发生高温回火脆性的温度范围内防止在易发生高温回火脆性的温度范围内回火；回火；b.尽可能缩短在回火脆性温度内的回火时间；尽可能缩短在回火脆性温度内的回火时间；c.回火后采用快冷的工艺方法；回火后采用快冷的工艺方法；d.采用含钼钢种，并尽可能降低钢中的磷、采用含钼钢种，并尽可能降低钢中的磷、锡、锑含量；锡、锑含量；e.对已感受回火脆的钢，用重新加热到对已感受回火脆的钢，用重新加热到650后快冷的方法来恢复。后快冷的方法来恢复。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢五、常用五、常用调质钢的成分、的成分、热处理、理、机械性能和用途机械性能和用途 表表3-2 常用调质钢的成分和用途常用调质钢的成分和用途 钢钢 号号主要化学成分（主要化学成分（%）用用 途途CMnSiCrNiMo450.42-0.500.50-0.800.17-0.37主轴、主轴、齿轮齿轮40Cr0.37-0.450.50-0.800.20-0.400.80-1.10重要轴重要轴类、重类、重要齿轮要齿轮30CrMnSi0.27-0.340.80-1.100.90-1.200.80-1.10高速高速轮轴轮轴40CrNiMo0.37-0.440.50-0.800.20-0.400.80-0.901.25-1.750.15-0.25航空航空发动机发动机机轴机轴Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢表表3-3 常用调质钢的热处理和机械性能常用调质钢的热处理和机械性能钢钢 号号热热 处处 理理机机 械械 性性 能能淬火淬火回火回火 毛坯毛坯尺寸尺寸mm bMPa sMPa 5%kJ.cm 45850水水600空空1065035017384540Cr850油油500油油2510008009456030CrMnSi880油油520油油25110090010455040CrNiMo850油油600油油3011009001255100Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢n典型典型调质钢及其及其应用：合金用：合金调质钢的的钢种种很多，按淬透性的上下可分很多，按淬透性的上下可分为低、中、高低、中、高淬透性三淬透性三类。n低淬透性合金低淬透性合金调质钢：其油淬：其油淬临界直径最界直径最大大为30mm40mm。典型。典型钢种是种是40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、38CrSi、40MnVB等。等。这类钢的淬透性的淬透性较低，通常低，通常只用于制造一般尺寸的重要零件。只用于制造一般尺寸的重要零件。40MnB、40MnVB是是为节约Cr而开展的代用而开展的代用钢，40MnB的淬透性的淬透性稳定性定性较差，切削加工性差，切削加工性能也差一些。能也差一些。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢连连 杆杆 3.1 调质钢调质钢轴轴 Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢中淬透性合金调质钢：中淬透性合金调质钢：其油淬临界直径最大其油淬临界直径最大为为40mm60mm。l典型钢种是典型钢种是35CrMo、40CrMn、40CrNi、30CrMnSi等。这类钢含有较多的合金元素。等。这类钢含有较多的合金元素。l主要用于制造截面较大的零件，例如曲轴、主要用于制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等。连杆等。35CrMo、40CrMn等钢可用于等钢可用于500以下的较高温度下服役的零件如汽轮机以下的较高温度下服役的零件如汽轮机转子、叶轮等。转子、叶轮等。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢电气机车大轴电气机车大轴 磨床主轴磨床主轴 3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢汽轮机转子汽轮机转子 汽轮机转子汽轮机转子 AETC公司公司 3.1 调质钢调质钢叶轮、转子叶轮、转子 3.1 调质钢调质钢高淬透性合金调质钢：高淬透性合金调质钢：其油淬临界直径最其油淬临界直径最大为大为60mm100mm。l典型钢种是典型钢种是37CrNi3A、40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。这类钢多等。这类钢多半是铬镍钢，较多的半是铬镍钢，较多的Cr和和Ni的适当配合可的适当配合可大大提高钢的淬透性，并获得优良的机械大大提高钢的淬透性，并获得优良的机械性能。性能。l40CrNiMoA钢主要用于制造大截面、重载钢主要用于制造大截面、重载荷的重要零件，如航空发动机轴、汽轮机荷的重要零件，如航空发动机轴、汽轮机主轴、叶轮等。主轴、叶轮等。3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.1 调质钢调质钢某军舰汽轮机主轴某军舰汽轮机主轴 3.1 调质钢调质钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 3.2 弹簧簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢一、一、弹簧的工作条件簧的工作条件 弹簧的主要作用是吸收冲簧的主要作用是吸收冲击能量，能量，缓和和机器的振机器的振动和冲和冲击作用，或作用，或储存能量存能量使机件完成事先使机件完成事先规定的定的动作，保作，保证机机器和器和仪表的正常工作。表的正常工作。弹簧按其外形可分簧按其外形可分为板板弹簧和螺旋簧和螺旋弹簧。簧。板板弹簧主要用于机簧主要用于机车、汽、汽车、拖拉机上，、拖拉机上，起着起着车轮和和车架之架之间联结的作用。受的作用。受力那么以反复弯曲力那么以反复弯曲应力力为主。提高板主。提高板簧的使用寿命主要提高其疲簧的使用寿命主要提高其疲劳强度。度。螺旋螺旋弹簧不管是受簧不管是受压或受拉，其承受的或受拉，其承受的应力主要是扭力主要是扭转应力。螺旋力。螺旋弹簧的主簧的主要破坏方式是疲要破坏方式是疲劳。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢二、对弹簧的性能要求二、对弹簧的性能要求1 具有高的强度极限，特别是弹性极限具有高的强度极限，特别是弹性极限e，还要求，还要求有高的屈强比有高的屈强比s/b，以提高强度的利用率。，以提高强度的利用率。2 具有高的疲劳极限。具有高的疲劳极限。3 具有良好的外表状态具有良好的外表状态 疲劳性能对于外表状态很敏感。所以要求弹簧钢疲劳性能对于外表状态很敏感。所以要求弹簧钢的外表不应有裂纹、折叠、斑疤、发裂、气泡、的外表不应有裂纹、折叠、斑疤、发裂、气泡、夹杂和压入的氧物铁皮等，这就要求注意冶金质夹杂和压入的氧物铁皮等，这就要求注意冶金质量，在加热处理过程中，尽量预防外表缺陷和减量，在加热处理过程中，尽量预防外表缺陷和减轻外表脱碳。采用喷丸处理可显著改善弹簧的外轻外表脱碳。采用喷丸处理可显著改善弹簧的外表状态，大大提高弹簧的使用寿命。表状态，大大提高弹簧的使用寿命。4 具有较好的工艺性能具有较好的工艺性能 具有一定的塑性和淬透性，过热敏感性要小，不具有一定的塑性和淬透性，过热敏感性要小，不易脱碳。弹簧用钢在卷成型以前要有一定的塑性，易脱碳。弹簧用钢在卷成型以前要有一定的塑性，以便于成型。以便于成型。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢三、三、弹簧簧钢的化学成分特点的化学成分特点 1 碳含量碳含量l碳素弹簧钢碳素弹簧钢的碳含量一般为的碳含量一般为0.8%0.9%，l合金弹簧钢合金弹簧钢的碳含量为的碳含量为0.45%0.7%。碳含量过碳含量过低低，达不到高强度的要求；，达不到高强度的要求；碳含量过碳含量过高高，钢的脆性很大。，钢的脆性很大。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2 参加参加Si、Mn Si和和Mn是弹簧钢中经常采用的合金元素，是弹簧钢中经常采用的合金元素，目的是提高淬透性、目的是提高淬透性、固溶强化铁素体、提固溶强化铁素体、提高钢的回火稳定性。高钢的回火稳定性。Si含量高时增大含量高时增大C石墨化的倾向，且在加热石墨化的倾向，且在加热时易于脱碳；时易于脱碳；Mn那么易于使钢过热。那么易于使钢过热。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3 参加参加Cr、W、V、Nb克服硅锰弹簧钢的缺克服硅锰弹簧钢的缺乏乏 Cr、W、V、Nb为碳化物形成元素，它们为碳化物形成元素，它们可以防止过热细化晶粒和脱碳，从而可以防止过热细化晶粒和脱碳，从而保证重要用途弹簧具有高的弹性极限和屈保证重要用途弹簧具有高的弹性极限和屈服极限。服极限。4 弹簧钢的纯度对疲劳强度有很大影响，因弹簧钢的纯度对疲劳强度有很大影响，因此，弹簧钢均为优质钢此，弹簧钢均为优质钢P0.04%，S0.04%或高级优质钢或高级优质钢P0.035%，P0.035%。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢四、四、弹簧簧钢的的热处理特点理特点1 冷成形弹簧冷成形弹簧 通过冷变形或热处理，使钢材具备一定性能之后，通过冷变形或热处理，使钢材具备一定性能之后，再用冷成形方法制成一定形状的弹簧。再用冷成形方法制成一定形状的弹簧。冷成形的弹簧在冷成形之后要进行冷成形的弹簧在冷成形之后要进行200400的的去应力退火。去应力退火。由于冷成形弹簧在成形之前，钢丝已具备了一定的由于冷成形弹簧在成形之前，钢丝已具备了一定的性能，即已处于硬化状态，所以通常只能制造小型性能，即已处于硬化状态，所以通常只能制造小型弹簧。弹簧。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢2 热成形弹簧热成形弹簧一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹簧。钢材在热成形之前并不具备弹簧簧。钢材在热成形之前并不具备弹簧所要求的性能，在热成形之后，进行所要求的性能，在热成形之后，进行淬火及中温回火，以获得所要求的性淬火及中温回火，以获得所要求的性能。能。在成形及热处理过程中，要特别注意防在成形及热处理过程中，要特别注意防止外表产生氧化脱碳及伤痕。止外表产生氧化脱碳及伤痕。弹簧在热处理后通常还要进行喷丸处理，弹簧在热处理后通常还要进行喷丸处理，使外表强化并在外表产生剩余压应力使外表强化并在外表产生剩余压应力以提高疲劳强度。以提高疲劳强度。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢五、典型五、典型弹簧簧钢及及应用用实例例1 碳素碳素弹簧簧钢65、70、75和和85钢。碳素。碳素钢经热处理理后可以得到后可以得到较高的高的强度和适当的塑度和适当的塑性，但其淬透性性，但其淬透性较低。低。65Mn为高高锰碳素碳素弹簧簧钢。和其他碳。和其他碳素素弹簧簧钢比比较，具有稍高的淬透性，具有稍高的淬透性，脱碳脱碳倾向小，但容易向小，但容易过热并有回火并有回火脆性的脆性的倾向。故使用于制造截面尺向。故使用于制造截面尺寸稍大的普通寸稍大的普通弹簧。簧。3.2 弹簧钢弹簧钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2 合金弹簧钢合金弹簧钢60Si2Mn 主要用于制造汽车、拖拉机和机主要用于制造汽车、拖拉机和机车上的板簧车上的板簧1012mm厚和螺厚和螺旋弹簧直径为旋弹簧直径为2025mm等，等，淬透性和性能高于淬透性和性能高于65Mn。硅显著提高弹性极限和屈服比；略硅显著提高弹性极限和屈服比；略提高淬透性，但又不使提高淬透性，但又不使Ms点下降，点下降，不致增加淬火开裂倾向；可以防止不致增加淬火开裂倾向；可以防止氧化，但却促进脱碳倾向，故应特氧化，但却促进脱碳倾向，故应特别注意防护。别注意防护。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢各式汽车板簧各式汽车板簧 各类汽车用变截面钢板弹簧各类汽车用变截面钢板弹簧12/14/16Ton车轴用钢板弹簧车轴用钢板弹簧50CrV 这类钢这类钢可用于制造可用于制造350-400下承受重下承受重载载的大型的大型弹弹簧，如簧，如阀门弹阀门弹簧、高速柴油机的簧、高速柴油机的汽汽门弹门弹簧等。簧等。Cr和和V的复合参加，不的复合参加，不仅仅提高提高弹弹簧簧钢钢的淬透的淬透性，而且有性，而且有较较高的高温高的高温强强度、度、韧韧性和性和较较好的好的热处热处理工理工艺艺性能。性能。表表3-4 常用常用弹弹簧簧钢钢的化学成分和用途。的化学成分和用途。表表3-5常用常用弹弹簧簧钢钢的的热处热处理和力学性能。理和力学性能。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢表表3-4 典型弹簧钢的成分和用途典型弹簧钢的成分和用途钢钢 号号主要化学成分主要化学成分(%)用用 途途C Mn Si Cr V65 0.620.700.500.800.170.37截面小于截面小于12-15mm的小弹簧的小弹簧65Mn0.620.700.901.200.170.37截面小于截面小于25mm的各种螺旋弹簧、的各种螺旋弹簧、板弹簧板弹簧60Si2Mn0.570.650.600.901.502.00截面小于截面小于25mm的各种螺旋弹簧、的各种螺旋弹簧、板弹簧板弹簧50CrVA0.460.540.500.800.170.370.801.100.100.20截面小于截面小于30mm强度要求较高的强度要求较高的弹簧弹簧Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢表表3-5 典型弹簧钢的热处理和机械性能典型弹簧钢的热处理和机械性能钢钢 号号 热处理热处理 机械性能机械性能淬火淬火 回火回火 bMPa 0。2MPa 10%75 820 480 1080 880 7 3065Mn 830 480 980 780 8 3060Si2Mn 870 460 1270 1180 5 25 55SiMnMoV880520-5801370127073550CrV850 520 1270 1080 10 45 Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.2 弹簧钢弹簧钢一、一、滚动轴承的工作条件承的工作条件 滚动轴承的作用是支撑承的作用是支撑轴。滚动轴承承通常由内套、外套、通常由内套、外套、滚动体如体如滚珠、珠、滚轮、滚针和保持架四局部和保持架四局部组成。其中除保持架用低碳成。其中除保持架用低碳钢08钢薄板冲制而成，其余三个局部薄板冲制而成，其余三个局部均由均由轴承承钢制造。制造。滚动轴承内外套圈与承内外套圈与滚动体之体之间呈点呈点或或线接触，承受很大的接触，承受很大的压应力高力高达达1800MPa5000MPa和交和交变载荷。荷。3.3 滚动轴承承钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢n滚动体与套圈之间不但有滚动摩擦，而且滚动体与套圈之间不但有滚动摩擦，而且有滑动摩擦，有时在强大的冲击载荷作用有滑动摩擦，有时在强大的冲击载荷作用下，轴承也可能产生破碎；对在特殊条件下，轴承也可能产生破碎；对在特殊条件条件下工作的轴承，常与大气、水蒸气及条件下工作的轴承，常与大气、水蒸气及腐蚀介质相接触，进而产生腐蚀。腐蚀介质相接触，进而产生腐蚀。n滚动轴承损坏的正常形式是：疲劳剥落，滚动轴承损坏的正常形式是：疲劳剥落，即接触疲劳破坏。即接触疲劳破坏。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢二、滚动轴承的性能要求1 高的淬硬性和必要的淬透性；高的淬硬性和必要的淬透性；2 高的耐磨性；高的耐磨性；3 高的接触疲劳性能；高的接触疲劳性能；4 高的弹性极限和一定的冲击韧性；高的弹性极限和一定的冲击韧性；5 尺寸要精确而经久稳定；尺寸要精确而经久稳定；6 一定的抗腐蚀能力；一定的抗腐蚀能力；7 良好的工艺性能。良好的工艺性能。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢三、三、滚动轴承承钢的化学成分特点的化学成分特点 1 高碳高碳 为了保了保证轴承承钢有高的硬度和耐磨有高的硬度和耐磨性，性，轴承承钢的碳含量很高，一般的碳含量很高，一般为0.95%1.15%，属于，属于过共析共析钢。一局部存在于一局部存在于马氏体基体中以氏体基体中以强化化马氏体；氏体；另一局部形成足另一局部形成足够数量的碳化物以数量的碳化物以获得所要求的耐磨性。得所要求的耐磨性。过高的碳含量会增加碳化物分布的高的碳含量会增加碳化物分布的不均匀性，且易生成网状碳化物不均匀性，且易生成网状碳化物而降低其性能。而降低其性能。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2 参加主加合金元素铬参加主加合金元素铬 Cr的作用是提高钢的淬透性和钢的耐的作用是提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能。腐蚀性能。钢中局部铬形成的合金渗碳体钢中局部铬形成的合金渗碳体(Fe,Cr)3C在淬火加热时溶解较慢，可在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织；碳化物能以细小质点均较细的组织；碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。适宜的铬含量为适宜的铬含量为0.40%1.65%。3.4 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l当铬含量高于当铬含量高于1.65%以后，那么会使剩余以后，那么会使剩余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性。降低钢的韧性。l3 参加硅、锰、钒等以进一步提高淬透性。参加硅、锰、钒等以进一步提高淬透性。l大型轴承用钢中还需参加更多的合金元大型轴承用钢中还需参加更多的合金元素以提高淬透性，通常参加素以提高淬透性，通常参加Mn、Si提高提高淬透性，适量的淬透性，适量的Si0.40%0.60%还还能明显地提高钢的强度和弹性极限；能明显地提高钢的强度和弹性极限；3.4 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l参加参加V一局部溶于奥氏体，提高淬透性，一局部溶于奥氏体，提高淬透性，另一局部形成碳化钒另一局部形成碳化钒VC，提高钢的耐磨，提高钢的耐磨性并防止过热。通常无铬钢中都含有钒。性并防止过热。通常无铬钢中都含有钒。l4 降低降低S、P含量，减少氧化物、硅酸盐夹含量，减少氧化物、硅酸盐夹杂物的数量，提高冶金质量。杂物的数量，提高冶金质量。l由于轴承钢的接触疲劳性能对钢材的微小由于轴承钢的接触疲劳性能对钢材的微小缺陷十分敏感，所以要求缺陷十分敏感，所以要求S0.02%，P0.027%，一般采用电渣重熔、电炉冶，一般采用电渣重熔、电炉冶炼及真空冶炼等技术以减少夹杂物数量。炼及真空冶炼等技术以减少夹杂物数量。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢四、滚动轴承承钢的的原始组织要求 1 原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和过烧；过烧；2 严格控制非金属夹杂物；严格控制非金属夹杂物；3 严格控制疏松级别；严格控制疏松级别；4 改善碳化物不均匀性网状、带状和液析改善碳化物不均匀性网状、带状和液析。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢五、五、滚动轴承承钢的的热处理特点理特点 由于由于轴承承钢是是过共析共析钢，并且，并且对碳化物的碳化物的形状和分布要求形状和分布要求较高，因此其高，因此其预先先热处理通常采用球化退火。理通常采用球化退火。1 球化退火球化退火 GCr15钢的球化退火加的球化退火加热温度范温度范围为770810，790被被认为是最适宜的加是最适宜的加热温度。温度。加加热温度温度过高，奥氏体中未溶碳化物量高，奥氏体中未溶碳化物量过少，奥氏体成分少，奥氏体成分进一步均匀化，冷却后一步均匀化，冷却后得到的是粗片得到的是粗片层珠光体，或有大珠光体，或有大块聚集聚集碳化物，碳化物，这是不合格的是不合格的过热组织；加加热温度缺乏，片状珠光体溶解得不充分，温度缺乏，片状珠光体溶解得不充分，奥氏体成分很不均匀，冷却奥氏体成分很不均匀，冷却过程中碳化程中碳化物沿着原片物沿着原片层析出，或呈析出，或呈细小的小的链状特状特征。征。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢碳化物的形状取决于加热温度，而碳化物碳化物的形状取决于加热温度，而碳化物的弥散度取决于冷却速度。冷却速度越大，的弥散度取决于冷却速度。冷却速度越大，碳化物的弥散度也越大，其硬度也越高。碳化物的弥散度也越大，其硬度也越高。球化退火冷却方式有两种，一种是连续冷球化退火冷却方式有两种，一种是连续冷却，按冷却速度却，按冷却速度20-30/h冷到冷到650出炉；出炉；或者在或者在700等温等温2-4h，再炉冷到，再炉冷到650出出炉。炉。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢2 最终热处理最终热处理 轴承钢的最终热处理是淬火加低温回火。轴承钢的最终热处理是淬火加低温回火。对对GCr15钢，淬火加热温度为钢，淬火加热温度为820-840。温度过高会引起过热，晶粒长大，使钢温度过高会引起过热，晶粒长大，使钢的韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和的韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和变形；温度过低，那么奥氏体中溶解变形；温度过低，那么奥氏体中溶解的铬和碳的含量不够，钢淬火后硬度的铬和碳的含量不够，钢淬火后硬度缺乏。缺乏。马氏体中的碳含量在马氏体中的碳含量在0.45%-0.5%时，轴时，轴承钢既具有高硬度，又有良好的韧性，承钢既具有高硬度，又有良好的韧性，还具有最高的接触疲劳寿命。还具有最高的接触疲劳寿命。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢轴承零件淬火后一般要满足以下要求：轴承零件淬火后一般要满足以下要求：1细小均匀的奥氏体晶粒细小均匀的奥氏体晶粒(58级级)；2显微组织是隐晶马氏体基体上分布着显微组织是隐晶马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物；未溶碳化物数量应占均匀细小的碳化物；未溶碳化物数量应占78%左右，剩余奥氏体量不大于左右，剩余奥氏体量不大于8左右，左右，固溶体的碳含量在固溶体的碳含量在0.500.60%之间；之间；3淬火组织硬度为淬火组织硬度为HRC6466；4淬火后零件外表不应有氧化脱碳及软淬火后零件外表不应有氧化脱碳及软点。点。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢l淬火后应立即回火，以消除内应力，提高淬火后应立即回火，以消除内应力，提高韧性、稳定组织和尺寸；韧性、稳定组织和尺寸；l回火温度一般为回火温度一般为150160，保温时，保温时间为间为24h。为使回火性能均匀一致，回火。为使回火性能均匀一致，回火温度也要严格控制，最好在油中进行。温度也要严格控制，最好在油中进行。l轴承钢经淬火及回火后的组织为极细的回轴承钢经淬火及回火后的组织为极细的回火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物以及火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物以及少量的剩余奥氏体，硬度为少量的剩余奥氏体，硬度为6266HRC。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l轴承在淬火及回火后的磨削加工过程中，轴承在淬火及回火后的磨削加工过程中，还会产生磨削应力，因此通常还要进行一还会产生磨削应力，因此通常还要进行一次附加回火回火温度为次附加回火回火温度为120150，回火，回火时间为时间为23h以稳定组织和尺寸。以稳定组织和尺寸。l对于精密轴承，为了保证能长期存放和使对于精密轴承，为了保证能长期存放和使用中不变形，在淬火后要立即进行用中不变形，在淬火后要立即进行“冷处冷处理，以使钢中未转变的剩余奥氏体进一理，以使钢中未转变的剩余奥氏体进一步发生转变；再在磨削加工后进行附加回步发生转变；再在磨削加工后进行附加回火温度为火温度为120150，时间为，时间为510h。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢六、六、滚动轴承承钢的的应用用实例例 3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢1 常用轴承钢常用轴承钢 根据其合金元素的种类分为两类：根据其合金元素的种类分为两类：铬轴承钢铬轴承钢 典型代表是典型代表是GCr15，使用量占轴承钢的，使用量占轴承钢的绝大局部。由于淬透性不是很高，因此绝大局部。由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型轴承。多用于制造中小型轴承。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l添加添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢。的轴承钢。l在铬轴承钢中参加在铬轴承钢中参加Mn、Si可提高淬透可提高淬透性，如性，如GCr15SiMn钢等，主要用于制钢等，主要用于制造大型轴承；造大型轴承；l为了节约为了节约Cr，可以参加，可以参加Mo、V，得到，得到不含铬的轴承钢，如不含铬的轴承钢，如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE钢等，其性能和用途与钢等，其性能和用途与GCr15相近。相近。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢特大型轴承特大型轴承大型圆锥滚子轴承大型圆锥滚子轴承 离合器别离轴承离合器别离轴承 各类标准轴承各类标准轴承 四列圆锥滚子轴承四列圆锥滚子轴承 轮毂轴承轮毂轴承 3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢必须指出的是高碳铬轴承钢也可用于制造必须指出的是高碳铬轴承钢也可用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。滚珠丝杠副滚珠丝杠副 丝杠丝杠3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2 其它类型的轴承钢其它类型的轴承钢 渗碳轴承钢：轧钢机械、矿山挖掘机械、建筑渗碳轴承钢：轧钢机械、矿山挖掘机械、建筑机械等一些受冲击负荷较大的机械使用的轴机械等一些受冲击负荷较大的机械使用的轴承，不仅要求其外表硬度高、耐磨性好，具承，不仅要求其外表硬度高、耐磨性好，具有较高的接触疲劳强度，还要求心部有一定有较高的接触疲劳强度，还要求心部有一定的韧性、足够的强度和硬度。可以选用渗碳的韧性、足够的强度和硬度。可以选用渗碳钢制造。钢制造。渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法，渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法，另在牌号头部加符号另在牌号头部加符号“G。例如：。例如：“G20 CrNiMo。高级优质渗碳轴承钢，在牌号。高级优质渗碳轴承钢，在牌号尾部加尾部加“A。例如：。例如：“G20CrNiMoA。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l可用于制造轴承钢的渗碳钢，如可用于制造轴承钢的渗碳钢，如20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，并开展了一些新钢种，等，并开展了一些新钢种，如如G10CrNi3Mo、G20CrMo、G20Cr2Mn2Mo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo及及G20Cr2Ni4等。等。l用渗碳轴承钢制造轴承，加工工艺性能好，用渗碳轴承钢制造轴承，加工工艺性能好，可以采用冷冲压技术，提高材料的利用率，可以采用冷冲压技术，提高材料的利用率，再经渗碳、淬火及回火处理后，在零件的外再经渗碳、淬火及回火处理后，在零件的外表形成有利的剩余压应力，提高轴承的使用表形成有利的剩余压应力，提高轴承的使用寿命。寿命。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法，牌号头部锈钢和耐热钢的牌号表示方法，牌号头部不加符号不加符号“G。例如：高碳铬不锈轴承。例如：高碳铬不锈轴承钢钢“9Cr18和高温轴承钢和高温轴承钢“10Cr14Mo。不锈轴承钢：对于在酸、碱、盐等腐蚀介不锈轴承钢：对于在酸、碱、盐等腐蚀介质中使用的轴承，要求具有良好的化学稳质中使用的轴承，要求具有良好的化学稳定性，故而常采用高碳高铬不锈钢制造，定性，故而常采用高碳高铬不锈钢制造，如如9Cr18等。等。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢水下轴承水下轴承 外球面轴承外球面轴承 3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l高温轴承钢：高温轴承钢：燃汽轮机、航空及航天工业用燃汽轮机、航空及航天工业用轴承的工作温度已超过轴承的工作温度已超过300以上，因此对以上，因此对所用轴承的材料要求有足够的高温硬度、高所用轴承的材料要求有足够的高温硬度、高温强度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蚀性温强度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蚀性能、良好的尺寸稳定性和高温下的寿命。能、良好的尺寸稳定性和高温下的寿命。uGCr15轴承钢的最高工作温度不超过轴承钢的最高工作温度不超过180，含抗回火稳定性元素，含抗回火稳定性元素Si、Mo、V、Al的低的低合金轴承钢的工作温度也不能超过合金轴承钢的工作温度也不能超过260。因此在更高温度下使用的轴承必须采用高温因此在更高温度下使用的轴承必须采用高温轴承钢。轴承钢。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢超高温轴承超高温轴承高温、耐腐蚀、自润滑轴承高温、耐腐蚀、自润滑轴承3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢u常用的高温轴承钢有常用的高温轴承钢有Cr4Mo4V、Cr14Mo4、Cr15Mo4、GCr18Mo、W6Mo5Cr4V2等。这类钢等。这类钢的成分特点是含有大量的的成分特点是含有大量的W、Mo、Cr、V等碳化物等碳化物形成元素，淬火后可获得高合金化的高碳马氏体，形成元素，淬火后可获得高合金化的高碳马氏体，具有良好的回火稳定性，并在高温回火后产生二次具有良好的回火稳定性，并在高温回火后产生二次硬化现象，能在高温下保持高硬度、高耐磨性和良硬化现象，能在高温下保持高硬度、高耐磨性和良好的接触疲劳强度。好的接触疲劳强度。n Cr4Mo4V钢是航空是航空发动机上最常用的高温机上最常用的高温轴承承钢。这种钢在热处理和性能上具有高速钢的特点，。这种钢在热处理和性能上具有高速钢的特点，但含合金元素含量略少，故高温硬度不如高速钢，但含合金元素含量略少，故高温硬度不如高速钢，但这种钢的加工性能好于高速钢。但这种钢的加工性能好于高速钢。3.3 滚动轴承钢滚动轴承钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.4 3.4 渗碳渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢一、渗碳钢的服役条件及对性能要求一、渗碳钢的服役条件及对性能要求有一些机器零件，在工作时零件整体受到有一些机器零件，在工作时零件整体受到周期性变化的扭转或弯曲力的作用，并且周期性变化的扭转或弯曲力的作用，并且零件与零件外表之间还有相对的摩擦，并零件与零件外表之间还有相对的摩擦，并有高的接触应力。有高的接触应力。这些零件对材料的机械性能要求：这些零件对材料的机械性能要求：(1)外表具有高的弯曲、接触疲劳强度和高外表具有高的弯曲、接触疲劳强度和高的耐磨性。的耐磨性。(2)心部具有高强度和韧性。心部具有高强度和韧性。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.4 渗碳钢渗碳钢二、渗碳二、渗碳钢的化学成分特点的化学成分特点 1 低碳低碳 一般在一般在0.12%0.25%。主要目的是。主要目的是为了保了保证心部有良好的心部有良好的韧性。性。2 合金化合金化 常参加的合金元素有常参加的合金元素有Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si、V、Ti、B等。等。1提高提高钢材的淬透性，提高机件的材的淬透性，提高机件的强度和度和韧性；性；V、Ti可以可以细化奥氏体晶粒。化奥氏体晶粒。3.4 渗碳钢渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2根据渗碳工根据渗碳工艺 碳化物形成元素碳化物形成元素对渗碳的作用：渗碳的作用：a增大增大钢外表吸收碳原子的能力；外表吸收碳原子的能力；b增大渗碳增大渗碳层外表碳外表碳浓度；度；c阻碍碳在奥氏体中的阻碍碳在奥氏体中的扩散。散。前两因素加速渗碳，有利于渗碳前两因素加速渗碳，有利于渗碳层的加厚，的加厚，而后一因素不利于渗碳而后一因素不利于渗碳层的加厚。的加厚。总的效果是的效果是铬、锰、钼等元素加大渗碳等元素加大渗碳层的厚度，的厚度，钛减小渗碳减小渗碳层的厚度。的厚度。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.4 渗碳钢渗碳钢非碳化物形成元素对渗碳的作用与碳化物形成元非碳化物形成元素对渗碳的作用与碳化物形成元素相反：素相反：总的效果是镍、硅、铜等元素减慢渗碳，不利于总的效果是镍、硅、铜等元素减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。渗碳层的加厚。碳化物形成元素含量过多，将在渗碳层中产生许碳化物形成元素含量过多，将在渗碳层中产生许多块状碳化物，造成外表脆性。所以合金元素的多块状碳化物，造成外表脆性。所以合金元素的含量要适当。含量要适当。锰是一个较好的合金元素，既可以加速渗碳层增锰是一个较好的合金元素，既可以加速渗碳层增厚，又不过多提高渗碳层的含碳量。厚，又不过多提高渗碳层的含碳量。对于一般零件对于一般零件:(1)渗碳层的含碳量限制为渗碳层的含碳量限制为0.81.1%C；(2)渗碳层的深度控制在渗碳层的深度控制在0.62.0mm之内。之内。Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢3.4 渗碳钢渗碳钢图图3-2 沿钢的渗碳层深度，碳的浓度分布沿钢的渗碳层深度，碳的浓度分布 1-碳钢碳钢 2-以碳化物元素合金化的钢以碳化物元素合金化的钢 3-以非碳化物元素合金化的钢以非碳化物元素合金化的钢 3.1 合金渗碳钢合金渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢图图3-3 925渗碳时，合金元素对渗碳层深度的影响渗碳时，合金元素对渗碳层深度的影响 3.1 合金渗碳钢合金渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢三、渗碳三、渗碳钢的的热处理特点理特点 1 预先先热处理理 合金渗碳钢零件，在机械加工前的预先热处合金渗碳钢零件，在机械加工前的预先热处理通常分两步进行。理通常分两步进行。3.4 渗碳钢渗碳钢第一步：正火第一步：正火退火对退火对P型钢型钢第二步：第二步：高温回火对高温回火对M型钢型钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢l正火的目的是细化晶粒，减少组织中的正火的目的是细化晶粒，减少组织中的带状程度并调整好硬度，便于机械加工。带状程度并调整好硬度，便于机械加工。经过正火后的钢材具有等轴状晶粒。经过正火后的钢材具有等轴状晶粒。l对珠光体型钢通常用在对珠光体型钢通常用在800左右的一次左右的一次退火代替正火，可得到相同的效果，即退火代替正火，可得到相同的效果，即既细化晶粒又改善切削加工性能；既细化晶粒又改善切削加工性能；l对马氏体型钢，那么必须在正火之后，对马氏体型钢，那么必须在正火之后，再在再在Ac1以下温度进行高温回火，以获得以下温度进行高温回火，以获得回火索氏体组织，这样可使马氏体型钢回火索氏体组织，这样可使马氏体型钢的硬度由的硬度由380550HB降低到降低到207240HB，以顺利地进行切削加工。，以顺利地进行切削加工。3.4 渗碳钢渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢2 最最终热处理理1渗碳渗碳在机械加工到只留有磨削余量在机械加工到只留有磨削余量时，进行渗碳行渗碳处理。理。3.4 渗碳钢渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢机械制造结构钢渗碳零件的渗碳过程大