车床主轴选材.ppt

机械工程学院机械教研室 1 2 3 铁碳合金 钢的热处理 合金钢 任务三选择材料 任务介绍 机械工程学院机械教研室 CA6140车床主轴选材 机械工程学院机械教研室 车床主轴工作条件分析 1 主要位于主轴箱部 主要作用是传递回转和扭矩 要求主轴材料有好的刚度 硬度 不易发生变形 断裂能承受较大载荷 一般轴类零件常用材料为45钢 并根据需要进行正火 退火 调质 淬火等热处理以获得一定的强度 硬度 韧性和耐磨性 机械工程学院机械教研室 2 对于中等精度而转速较高的轴类零件 可选用40Cr等牌号的合金结构钢 这类钢经调质和表面淬火处理 使其淬火层硬度均匀且具有较高的综合力学性能 精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn 它们经调质和局部淬火后 具有更高的耐磨性和耐疲劳性 3 在高速重载条件下工作的轴 可以选用20CrMnTi 20Mn2B 20Cr等渗碳钢 经渗碳淬火后 表面具有很高的硬度 而心部强度和冲击韧性好 在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料 如车床主轴属一般轴类零件 材料选用45钢 预备热处理采用正火和调质 最后热处理采用局部高频淬火 机械工程学院机械教研室 1 1铁碳合金 固溶强化 当溶质原子溶解在溶剂晶体中时 溶剂的晶格将发生畸变 晶格常数发生变化 如图1 5所示 原子尺寸相差大 化学性质不同 都使畸变增大 结果合金的强度 硬度和电阻增高 塑性 韧性下降 溶入的溶质原子越多 引起的晶格畸变也越大 这种由于溶质原子的溶入 使基体金属 溶剂 的强度 硬度升高的现象就叫固溶强化 机械工程学院机械教研室 2 金属化合物组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质 它的晶体结构与性能 和原两组元都不同 如渗碳体就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物 一般具有高硬度和高脆性 3 机械混合物由两种或两种以上的组元 固溶体或金属化合物按一定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物 混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格形式结合成晶体 如铁素体和渗碳体形成珠光体 混合物的性能取决于组成混合物的各部分的性能 及其数量 大小 分布和形态 1 1铁碳合金 机械工程学院机械教研室 1 1铁碳合金 1 1 2铁碳合金相图 1 铁的同素异晶转变金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶 构 转变 金属的同素异构转变也是一种结晶过程 有一定的转变温度和过冷度 也有晶核的形成和长大两个阶段 故同素异构转变又称为重结晶 铁的同素异构转变如下所示 机械工程学院机械教研室 1 1铁碳合金 2 铁碳合金基本相 1 铁素体 F 碳溶于中的固溶体 它保持体心立方晶格结构 其显微组织如图1 6 溶解度 0 008 0 02 故性质接近纯铁 强度 硬度低 塑性 韧性好 2 奥氏体 A 碳溶于中的固溶体 保持面心立方晶格结构 其显微组织如图1 7 溶解度 0 77 2 11 其强度和硬度略高于铁素体 塑性 韧性较好 3 渗碳体 Fe3C 铁和碳组成的金属化合物 复杂斜方晶体结构 含碳量为6 69 其硬度很高 塑性 韧性几乎为零 脆性极大 在一定条件下分解为铁和石墨 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 5 莱氏体Ld莱氏体在7270C以上 由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物 称为高温莱氏体Ld 在7270C以下 该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物 称为低温莱氏体Ld 其显微组织如图1 9 其力学性能与渗碳体相似 硬度较高 脆性较大 4 珠光体P珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物 其显微组织如图1 8 珠光体强度较高 塑性 韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 3 铁碳合金相图分析 铁碳合金相图的建立过程见图1 10 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 2 铁碳合金的分类 工业纯铁含碳量小于0 0218 的铁碳合金钢含碳量在0 0218 2 11 的铁碳合金共析钢含碳量等于0 77 亚共析钢含碳量小于0 77 过共析钢含碳量位于0 77 2 11 白口铸铁含碳量在2 11 6 69 的铁碳合金共晶白口铸铁含碳量等于4 3 亚共晶白口铸铁含碳量位于2 11 4 3 过共晶白口铸铁含碳量位于4 3 6 69 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 5 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 1 含碳量对室温平衡组织的影响根据杠杆定律的计算结果 可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 2 含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加 P量增加 钢的强度 硬度升高 塑性 韧性下降 0 77 C时 组织为100 P 钢的性能即P的性能 0 9 C Fe3C 为晶界连续网状 强度下降 但硬度仍上升 2 11 C 组织中有以Fe3C为基的Le 合金太脆 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 3 含碳量对工艺性能的影响 切削性能 中碳钢比较合适 可锻性能 低碳钢比高碳钢好 铸造性能 共晶成分附近的合金铸造性能好 焊接性能 低碳钢好于高碳钢 热处理性能 第三节介绍 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 6 铁碳合金相图的应用 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 1 选择材料方面的应用 a 分析零件的工作条件 根据铁碳合金成分 组织 性能之间的变化规律进行选择材料 b 根据铁碳合金成分 组织 性能之间的变化规律 确定选定材料的工作范围 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 1 2 4碳素钢 铸铁 1 碳素钢 1 按钢的含碳量分类 低碳钢中碳钢高碳钢 2 按钢的质量分类 有害杂质硫 磷的含量普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢 1 碳素钢分类 播放 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 3 按用途分为 碳素结构钢 制造各种机器零件及工程构件 大都是低碳钢 中碳钢 属普通碳素钢或优质碳素钢 碳素工具钢 制造各种刃具 量具和模具等 大都是高碳钢 属优质钢或高级优质钢 4 按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢 不脱氧的钢 镇静钢 完全脱氧钢 半镇静钢 半脱氧钢 5 按金相组织分亚共析钢 共析钢 过共析钢 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 1 普通碳素结构钢 2 钢的编号 Q235 A F 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 45 Wc 45 00 较高锰质量分数的优质碳素结构钢45Mn Wc 45 00 WMn 0 7 1 0 2 优质碳素结构钢 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 T12A 3 碳素工具钢 机械工程学院机械教研室 1 2铁碳合金 ZG200 400 4 铸造碳钢 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 1 热处理 是指将钢在固态下加热 保温和冷却 以改变钢的组织结构 获得所需要性能的一种工艺 为简明表示热处理的基本工艺过程 通常用温度 时间坐标绘出热处理工艺曲线 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 热处理是一种重要的加工工艺 在制造业被广泛应用 在机床制造中约60 70 的零件要经过热处理 在汽车 拖拉机制造业中需热处理的零件达70 80 至于模具 滚动轴承则要100 经过热处理 总之 重要的零件都要经过适当的热处理才能使用 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 热处理特点 热处理区别于其他加工工艺如铸造 压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能 而不改变其形状 3 热处理适用范围 只适用于固态下发生相变的材料 不发生固态相变的材料不能用热处理强化 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 4 根据加热 冷却方式及钢组织性能变化特点不同 将热处理工艺分类如下 真空热处理形变热处理激光热处理 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 1 3 2钢在冷却时的组织转变 钢在热处理时的冷却方式 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 珠光体形貌像 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 索氏体形貌像 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 屈氏体形貌像 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 贝氏体型 P 转变 A1 550 550 350 B上 40 45HRC 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 上贝氏体组织金相图 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 贝氏体型 P 转变 A1 550 350 230 B下 50 60HRC 机械工程学院机械教研室 下贝氏体组织金相图 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 3 马氏体型 M 转变 230 50 1 定义 马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体 2 转变特点 在一个温度范围内连续冷却完成 转变速度极快 即瞬间形核与长大 无扩散转变 Fe C原子均不扩散 M与原A的成分相同 造成晶格畸变 转变不完全性 QM f T 3 马氏体的晶体结构 由于碳的过饱和作用 使 Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 退火 重结晶退火 低温退火 完全退火 扩散退火 球化退火 再结晶退火 去应力退火 普通退火 等温退火 普通球化退火 等温球化退火 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 四 退火工艺退火的种类很多 常用的有完全退火 等温退火 球化退火 扩散退火 去应力退火 再结晶退火 完全退火 主要用于亚共析钢 加热温度Ac3 30 50 组织 F P 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 等温退火亚共析钢加热温度Ac3 30 50 共析 过共析钢加热温度Ac1 30 50 保温后快冷到略低于Ar1的温度停留 待相变完成后出炉空冷 等温退火可缩短工件在炉内停留时间 高速钢等温退火与普通退火的比较 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺 主要用于共析钢和过共析钢 加热温度Ac1 30 50 通过缓冷或者冷却到略低于Ar1的温度下保温 使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 球化退火的组织 在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体 称球状珠光体 用P球表示 对于有网状二次渗碳体的过共析钢 球化退火前应先进行正火 以消除网状 球状珠光体 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 钢的正火 Normalizingofsteel 一 定义 把零件加温到临界温度以上30 50 保温一段时间 然后在空气中冷却 二 目的 消除应力 调整硬度 细化晶粒 均匀成分 为最终热处理作好组织准备 正火温度 正火比退火冷却速度大 1 正火后的组织 0 6 C时组织F S 0 6 C时组织S 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 三 应用范围 1 预备热处理 调整低 中碳钢的硬度 消除过共析钢中的Fe3C 2 最终热处理 用于力学性能要求不高的普通零件 3 改善低碳钢的切削性能 4 消除过共析钢中二次渗碳体网 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 1 3 4钢的淬火 淬火是将钢加热到临界点以上 保温后以大于V临速度冷却 使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺 淬火是应用最广的热处理工艺之一 淬火的目的 获得马氏体组织 提高钢的性能 真空淬火炉 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 1 钢的淬火工艺 1 淬火加热温度的选择碳素钢的淬火加热温度由Fe Fe3C相图来确定亚共析钢 淬火温度 Ac3 30 50 共析钢和过共析钢 淬火温度Ac1 30 50 合金钢 由于多数合金元素 Mn P除外 对奥氏体晶粒长大有阻碍作用 因而合金钢淬火温度比碳钢高 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 淬火冷却介质 常用淬火介质是水 油和盐浴 理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷 而在Ms附近尽量缓冷 以达到既获得马氏体组织 又减小内应力的目的 但目前还没有找到理想的淬火介质 水的冷却能力强 但低温却能力太大 只用于形状简单的碳钢件 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 油在低温区冷却能力较理想 但高温区冷却能力太小 用于合金钢和小尺寸的碳钢件 熔盐作为淬火介质称盐浴 冷却能力在水和油之间 用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火 其他淬火介质如聚乙烯醇 硝盐水溶液等也是工业上常用的介质 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 采用不同的淬火方法可弥补介质的不足 1 单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法 操作简单 易实现自动化 2 淬火方法 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 井式回火炉 回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺 1 回火的目的 1 减少或消除淬火内应力 防止变形或开裂 2 获得所需要的力学性能 淬火钢一般硬度高 脆性大 回火可调整硬度 韧性 1 3 5钢的回火 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 3 稳定尺寸 回火可使非平衡M与A 转变为平衡或接近平衡的组织 防止使用时变形 2 回火的种类 1 低温回火回火温度 150 250 组织转变从马氏体中 析出细片状 碳化物 A 分解为 碳化物和过饱和铁素体 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体 用M回表示 低温回火的目的是在保留淬火后高硬度 高耐磨性的同时 降低内应力 提高韧性 主要用于处理各种工具 模具 轴承及经渗碳和表面淬火的工件 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 2 中温回火回火温度 350 500 组织转变 碳化物溶解于铁素体中 同时从铁素体中析出Fe3C 到350 马氏体中的 回火屈氏体 含碳量已降到铁素体的平衡成分 内应力大量消除 M回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的组织 称为回火托氏体 用T回表示 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限 并具有一定的韧性 硬度一般为35 45HRC 主要用于各类弹簧的热处理 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 3 高温回火回火温度 500 650 组织转变 Fe3C发生聚集长大 铁素体发生多边形化 这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体 用S回表示 回火索氏体 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 回火索氏体组织具有良好的综合力学性能 即在保持较高的强度同时 具有良好的塑性和韧性 通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作 调质处理 简称 调质 调质广泛用于连杆 轴 齿轮等各种重要结构件的处理 也可作为精密零件 量具等的预备热处理 柴油机连杆 机械工程学院机械教研室 1 3钢的热处理 1 3 8热处理的技术条件和结构工艺性 1 热处理技术条件的标注热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件 其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标 可以用文字描述 也可以用符号表示 2 热处理零件的结构工艺性 1 避免尖角 2 避免厚薄悬殊的截面 3 采用封闭 对称结构 4 采用组合结构 1 热处理技术条件的标注热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件 其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标 可以用文字描述 也可以用符号表示 2 热处理零件的结构工艺性 1 避免尖角 2 避免厚薄悬殊的截面 3 采用封闭 对称结构 4 采用组合结构 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 4 1合金钢的分类与编号1 合金钢的分类 按合金元素总量分 按用途分 按正火后组织分 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 锰钢 铬钢 硼钢 铬镍钢 铬锰钢等 按钢中主要合金元素种类分 2 合金钢的编号方法 1 低合金高强度钢 Q345C 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金钢的编号方法 2 合金结构钢 20Mn2TiA 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金钢的编号方法 3 滚动轴承钢 GCr9SiMn 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金钢的编号方法 4 合金工具钢这类钢的编号表示方法与合金结构钢的区别仅在于含碳量 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金钢的编号方法 5 不锈钢与耐热钢当Wc 0 03 及Wc 0 08 则在牌号前面分别冠以 00 和 0 表示 例如00Cr17Ni14Mo2 0Cr19Ni9 1Cr13 机械工程学院机械教研室 1 4 2合金元素在钢中的作用1 合金元素在钢中的存在形式 1 4合金钢 1 强化铁素体 2 形成合金碳化物 2 合金元素对Fe Fe3C相图的影响 扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 改变了奥氏体区的范围 作用 使A3线温度下降 A1线温度上升 Mn Ni Co等元素 如右图所示 Mn元素对奥氏体区的影响 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 Cr Mo W V Ti Si等元素使A3线温度上升 A1线温度下降 如右图所示 Cr元素对奥氏体区的影响 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 改变Fe Fe3C相图S E点的位置 几乎所有的合金元素使S点和E点的成分向左移 使A1线的温度变化 3 合金元素对钢的热处理的影响 加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 合金元素对加热时对奥氏体形成的影响 除Mn元素外 所有合金元素的加入 均使奥氏体的形成速度减慢 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大 Ti V Zr Nb等 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大 Si Ni Cu Co等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 除Co元素外 所有的合金元素均使钢的TTT曲线向右移 除Co Al元素外 所有的合金元素都使马氏体转变温度下降 提高钢的淬透性 常用的元素有 Cr Mn Mo Si Ni B等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 合金元素对回火转变的影响 回火抗力的增加 temperresistance 二次硬化的产生 secondaryhardening 产生回火脆性 temperbrittleness 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 4 3合金结构钢 1 低合金高强度钢 1 化学成分 碳素结构钢 合金元素 主加合金元素 Mn1 8 以内 辅加合金元素 V Ti Nb B Q460钢含Mo B 正火组织为B 强度高 用于石化中温高压容器 Q345钢 16Mn 综合性能好 用于船舶 桥梁 车辆等大型钢结构 Q390钢含V Ti Nb 强度高 用于中等压力的容器 压力容器 南京长江大桥 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金渗碳钢 1 对渗碳钢的性能要求 2 对渗碳钢的含碳量的要求 低碳 3 渗碳钢的热处理特点 表硬里韧 低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量 3 15Cr 20Cr 20Mn2 用于受力小的耐磨件 如柴油机的活塞销 凸轮轴等 活塞销 20Cr 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在4 左右 20CrMn 20CrMnTi 20Mn2TiB 用于中等载荷的耐磨件 如变速箱齿轮 柴油机凸轮轴 高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在4 6 18Cr2NiWA 20Cr2Ni4A等 用于大载荷的耐磨件 如柴油机曲轴 柴油机曲轴 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 合金调质钢 1 对调质钢的性能要求 既强又韧 2 对调质钢的含碳量的要求 中碳 3 调质钢的热处理特点 淬火 高温回火 500 650 4 典型合金调质钢种介绍 低淬透性调质钢 钢含合金元素总量 3 40Cr 40MnB等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 圆锥齿轮 柴油机凸轮轴 中淬透性调质钢 钢含合金元素总量在4 左右 38CrSi 35CrMo等 常用于制造较小的齿轮 轴 螺栓等零件 高淬透性调质钢 钢含合金元素总量在4 10 制造大截面重载荷零件 如曲轴等用高淬透性的零件等 38CrMoAlA 40CrMnMo 25Cr2Ni4WA等 4 典型合金调质钢种介绍 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 4 合金弹簧钢 1 对弹簧钢的性能要求 高的 e 高的 s b 高的 1 良好的韧性 2 对弹簧钢含碳量的要求 中 高碳 3 热成型弹簧钢的热处理特点 淬火 中温回火 450 550 4 冷成形弹簧生产工艺特点 用于生产尺寸小于 8 15mm的小型弹簧 常用弹簧钢丝 片 冷绕成形 其制造方法有 T组织冷成型 200 300 去应力退火 60 75 85 65Mn T回组织冷成型 去应力退火 退火组织冷成型 淬火 中温回火 55Si2Mn 60Si2MnA 50CrVA 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 5 滚动轴承钢 1 性能要求 高的硬度强度和耐磨性 高的接触疲劳强度 足够的韧性和耐蚀性 高的纯净度 滚珠轴承 滚针轴承 滚柱轴承 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 化学成分特点 高碳 Wc 0 9 1 1 主加Cr 0 4 1 65 辅加Si Mn 优质钢材 球化退火 淬火 低温回火 极细回火马氏体 细粒状碳化物 少量残余奥氏体 3 热处理特点 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 4 4合金工具钢 合金刃具钢合金模具钢合金量具钢 量具 刃具 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 合金刃具钢 1 低合金刃具钢 1 性能要求 高硬度 高耐磨性 有一定的红硬性 强度和韧性 工作温度不超过300 2 化学成分特点 高碳 加入Cr Mn Si W V等合金元素 3 热处理特点 球化退火淬火 低温回火 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 高速钢 1 性能要求 高硬度 高耐磨性 高的红硬性 600 时 HRC63以上 有一定的强度和韧性 高速钢 锋钢 风钢 18 4 1钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 化学成分特点 高碳0 7 1 5 钨18 钼5 铬4 钒1 5 保证高硬度 退火状态下形成M6C碳化物 在560 左右回火时 弥散析出W2C 造成二次硬化 提高钢的红硬性 1 Mo的作用等同于2 W 形成Cr23C6碳化物 提高钢的淬透性 形成VC 硬度极高 提高钢的硬度和耐磨性 产生二次硬化 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 球化退火 消除应力 调整组织 便于机加工 为淬火作好组织准备 球化退火后的组织 S 粒状Cm W18Cr4V球化退火组织420 2 热处理 球化退火淬火 回火 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 淬火 1280 淬火后的组织 M Cm A残 20 25 W18Cr4V淬火组织300 机械工程学院机械教研室 三次570 回火 在570 回火时 产生二次硬化 淬火后A残约20 25 第一次回火后A残约剩15 18 第二次回火后A残约剩3 5 第三次回火后A残约剩1 2 回火后的组织 M回 Cm A残 1 2 组织硬度为HRC65以上 1 4合金钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 W18Cr4V淬火 一次回火组织 W18Cr4V淬火 一次回火组织105 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 W18Cr4V淬火 三次回火组织 W18Cr4V淬火 三次回火组织420 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 合金模具钢 热作模钢 工作温度为600 以上 冷作模钢 工作温度为200 300 1 冷作模钢 1 性能要求 高的硬度 HRC62 高的耐磨性 足够高的韧性与疲劳抗力 热处理变形小 2 化学成分特点 高碳1 2 合金元素 Cr Mo W V 汽车冲压模具 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 热处理特点 一次硬化法 淬火 低温回火 950 1000 150 180 二次硬化法 淬火 三次回火 1100 1000 510 520 热处理后的组织 M回 Cm A残 牌号 Cr12 Cr12MoV 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 冷作模钢 1 性能要求 高的热硬性 高温耐磨性 高的抗氧化能力 高的热强性和足够高的韧性 高的热疲劳抗力 防止龟裂 高的淬透性和导热性 2 化学成分特点 中碳0 3 0 6 合金元素 Cr Ni Mn Si Mo W V 曲轴模具 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 热处理特点 热锻模钢 5CrMnMo热处理工艺 淬火 550 回火热处理后的组织 S回或T回 热压模钢 3Cr2W8V热处理工艺 淬火 600 三次回火热处理后的组织 M回 Cm粒状 汽车四缸压铸模 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 合金量具钢 1 性能要求 高的硬度 HRC62 高的耐磨性 高的尺寸稳定性 足够高的心部韧性 热处理变形小 尺寸稳定 良好的耐蚀性 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 热处理特点 4 热处理后的组织 M回 Cm 5 牌号 CrWMn 4Cr13 GCr15 9SiCr T12A 60等 2 化学成分特点 高碳0 9 1 5 合金元素 Cr Mn W 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 1 4 5特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理 化学性能的钢 本节只介绍不锈钢 耐热钢和耐磨钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢 1 金属的腐蚀化学腐蚀 金属在非电解质中的腐蚀 电化学腐蚀 金属在电解质溶液中的腐蚀 是有电流参与作用的腐蚀 不同组织 成分 应力区域之间都可构成微电池 1 不锈钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 防止电化学腐蚀的措施 获得均匀的单相组织 提高合金的电极电位 使表面形成致密的钝化膜 在工业发达国家 每年金属腐蚀造成的直接经济损失占其GNP的4 左右 中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 常用不锈钢1 马氏体不锈钢主要为Cr13型钢号为1Cr13 4Cr13随含碳量提高 强度 硬度提高 耐蚀性下降 a 1Cr13 3Cr13热处理 淬火 高温回火使用状态下的组织 S回 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 汽轮机叶片 性能 耐大气 蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能 用途 用于要求塑韧性较高的耐蚀件 如汽轮机叶片等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 b 4Cr13热处理 淬火 低温回火使用状态下的组织 M回性能 强度 硬度较高用途 用于要求耐蚀 耐磨件 医疗器械 量具等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 铁素体不锈钢典型钢号如0Cr13 1Cr17等 a 成分 高铬低碳 b 无 相变不能进行热处理强化 c 组织 单相铁素体 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 钢中 相 d 性能特点耐酸蚀 抗氧化能力强 塑性好 但有脆化倾向 475 脆化 加热到450 550 停留 产生脆化 再加热到600 快冷可消除 相脆化 在600 800 长期加热时 析出硬而脆的 相 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 e 用途 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 奥氏体不锈钢主要为18 8 18Cr 8Ni 型 a 性能特点 具有良好的耐蚀性 冷热加工性及可焊性 高的塑韧性 无磁性 b 热处理 采用固溶处理 即加热到1100 使碳化物溶解后水冷 c 组织 单相奥氏体 不锈钢带 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 d 常用钢种为1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti e 用途 广泛用于化工设备及管 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 耐热钢 1 性能要求1 高的抗氧化性 指钢在高温下对氧化作用的抗力 2 高的热强性热强性是指金属在高温下的强度 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 提高高温强度的途径 固溶强化 析出强化 晶界强化 加入B Zr等降低晶界能量 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 成分特点低中碳Cr Si 提高抗氧化性Mo 提高热强性 T再 V Ti 弥散强化Ni 获得单相A组织 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 常用耐热钢1 珠光体耐热钢常用15CrMo 12Cr1MoV 热处理 正火 高温回火 组织 F P 用途 600 以下的锅炉零件 压力容器 热交换器等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 马氏体耐热钢常用1Cr13 1Cr11MoV 4Cr9Si2 热处理 调质 组织 S回 用途 1Cr13 1Cr11MoV用于550 以下汽轮机叶片 4Cr9Si2是汽车阀门用钢 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 奥氏体耐热钢常用1Cr18Ni9Ti 热处理 固溶处理组织 单相A 用途 主要用于过热器管道等 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 3 耐磨钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢 牌号为ZGMn13 1 成分特点 高碳 0 75 1 45 C 以保持高耐磨性 高锰 11 14 Mn 以保证形成奥氏体组织 高锰钢铸件 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 2 热处理及组织铸态组织为奥氏体 碳化物 性能硬而脆 热处理 水韧处理 即将钢加热到1100 使碳化物溶入奥氏体 并进行水淬 室温组织 过饱和单相奥氏体 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 高锰钢铸件 使用时必须伴随着压力和冲击作用 在压力及冲击作用下 表面奥氏体迅速加工硬化 形成马氏体并析出碳化物 使表面硬度提高到HB500 550 获得高耐磨性 而心部仍为奥氏体组织 具有高耐冲击能力 3 使用及用途水韧处理后 韧性高 硬度低 HB180 200 机械工程学院机械教研室 1 4合金钢 高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件 如拖拉机的履带板 球磨机的衬板 破碎机的牙板