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机械工程材料复习 Page 1 of 17 机械工程材料复习机械工程材料复习 第一部分第一部分 基本知识基本知识 一 概述一 概述 目的目的 掌握常用工程材料的种类 成分 组织 性能性能和改性改性方法的基本知识 性能性能和改性方法是重点 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料 具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力 复习方法复习方法 以 材料的化学成分 加工工艺 组织 结构 性能 应用 之间的关系为主线 掌握材料性性 能能和改性改性的方法 指导复习复习 2 成分 组织对性能的影响 成分 组织对性能的影响 硬度硬度 HBS HBS 随 C C 硬度硬度呈直线增加 HBS 值主要取决于组成相的相对量 CFe3 抗拉强度抗拉强度 C C 0 9 范围内 先增加 C C 0 9 1 0 后 值显著下降 b b 钢的塑性钢的塑性 韧性 韧性 随着 C C 呈非直线形下降 k a 3 3 硬而脆的化合物对性能的影响 硬而脆的化合物对性能的影响 第二相强化 第二相强化 硬而脆的化合物 若化合物呈网状分布 若化合物呈网状分布 则使强度 塑性下降 若化合物呈球状 粒状 球墨铸铁 若化合物呈球状 粒状 球墨铸铁 降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用 使韧性及 切削加工性提高 呈弥散分布于基体上 呈弥散分布于基体上 则阻碍位错的移动阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大阻碍晶粒加热时的长大 使强度 硬度增加 而塑性 韧性仅略有下降或不降即弥散强化 呈层片状分布于基体上呈层片状分布于基体上 则使强度 硬度提高 而塑性 韧性有所下降 塑性变形组织与性能 塑性变形组织与性能 机械工程材料复习 Page 2 of 17 1 1 组织与性能的变化 组织与性能的变化 金属塑性变形后产生晶格畸变 晶粒破碎现象 处于组织不稳定状态的非平衡组织非平衡组织 非平衡组织向平衡组织转变 非平衡组织向平衡组织转变 可通过再结晶 时效及回火实现 加工硬化 物电阻增大 耐蚀性降低等 各向异性 产生纤维状组织 晶粒破碎 位错密度增加 织构现象的产生 残余内应力 2 2 变形金属在加热过程中组织和性能的变化变形金属在加热过程中组织和性能的变化 回复回复 去应力退火 强度和硬度略有下降 塑性略有提高 电阻和内应力等理化性能显著下降电阻和内应力等理化性能显著下降 再结晶 再结晶 形成细小的等轴晶粒 加工硬化消失 金属的性能全部恢复 金属的强度和硬度明显 而塑性和韧性显著 性能完全恢复到变形前的水平 热处理组织与性能 热处理组织与性能 1 1 贝氏体的机械性能贝氏体的机械性能 上贝氏体上贝氏体 铁素体片较宽 塑性变形抗力较低 同时 渗碳体分布在铁素体片之间 容易引起脆 断 因此 强度和韧性都较差强度和韧性都较差 下贝氏体下贝氏体 铁素体针细小 碳化物分布均匀 所以硬度高 韧性好 综合机械性能好 硬度高 韧性好 综合机械性能好 2 2 马氏体的形态及机械性能马氏体的形态及机械性能 板条马氏体 板条马氏体 又称位错马氏体 碳含量 碳含量 0 230 23 机械性能机械性能 不存在显微裂纹 淬火应力小 强度高 塑性 韧性好 机械工程材料复习 Page 3 of 17 针状马氏体 碳含量 针状马氏体 碳含量 1 01 0 显微镜下呈针状 机械性能机械性能 存在大量显微裂纹 较大的淬火应力 塑性和韧性均很差 混合组织马氏体 混合组织马氏体 碳含量在 0 23 一 1 0 之间时 为板条和片状马氏体的混合组织 马氏体的硬度 马氏体的硬度 含碳最增加 硬度升高 含碳量达到 0 6 以后 其硬度的变化趋于平缓 合金元素合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大 机械工程材料复习 Page 4 of 17 3 3 回火组织与性能 回火组织与性能 回火类型回火温度组织性能及应用组织形态 低温回火 150 250 回火 M M 保持高硬度 降低脆性及残 余应力 用于工模具钢 表 面淬火及渗碳淬火件 过饱和 碳化物 CFex 中温回火 350 500 回火屈氏体 T 硬度下降 韧性 弹性极限 和屈服强度 用于弹性元 件 保留马氏体针形 F 细粒状 Fe3C 高温回火 500 650 回火索氏体 S 强度 硬度 塑性 韧性 良好综合机械性能 优于正 火得到的组织 中碳钢 重 要零件采用 多边形 F 粒状 Fe3C 材料组织结构变化实现的性能强化材料组织结构变化实现的性能强化 第二相强化 第二相强化 硬而脆的化合物 Fe3C 若呈网状分布 则使强度 塑性下降 若呈球状 粒状 球墨铸铁 使韧性及切削加工性提高 呈弥散分布于基体上 使强度 硬度增加 塑性 韧性仅略有下降或不降即弥散强 化 呈层片状分布于基体上 强度 硬度提高 而塑性 韧性有所下降 三 材料热处理 合金化与性能三 材料热处理 合金化与性能 改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺 预先热处理 改善材料成形加工组织与性能的热处理工艺 预先热处理 退火退火 完全退火 等温退火 球化退火 扩散退火和去应力退火 退火退火 加热 保温 缓冷获得接近平衡状态组织 退火目的 改善铸 锻 焊粗大不均匀的组织 降硬度 提高塑性 改善冷加工工艺性 消除成分不均匀 内应力 1 1 完全退火 完全退火 加热 Ac3 20 30 温度 保温 缓冷 组织 组织 P F 目的 目的 细化 均匀化粗大 的原始组织 降低硬度 切削性 消除内应力 消除组织缺 陷 机械工程材料复习 Page 5 of 17 应用 应用 C 0 3 0 6 亚共折钢 共析钢和合金钢铸 锻 轧 2 2 球化退火 球化退火 加热加热 Ac1 10 30 保温 缓冷 或 Ar1 20 30 等温 应用 应用 过 共析钢 高碳合金钢 组织 组织 球状 P F 球状 Cem 目的目的 Fe3CII及 Fe3C共析共析球化 HRC 韧性 切削性 为淬火作准备 球化退火前 正火处理 消除网状碳化物 以利于球化进行 3 3 扩散退火 扩散退火 加热加热 1050 1150 保温 10 20h 冷却 炉冷 组织 组织 P F 或 P Fe3CII 目的 目的 消除偏析 后果 后果 粗晶 魏氏组织 带状组织 韧性 塑性较差 需完全退火或正火来细化晶粒 4 4 去应力退火 再结晶退火 去应力退火 再结晶退火 加热 加热 Ac1 100 200 保温 炉冷 目的 目的 消除加工硬化 消除残余应力 正火正火 正火正火 亚共析加热 Ac3 30 50 过共析钢加热 Accm 30 50 保温 空冷 得到 P 类工艺 组织组织 S 或 P F Fe3C 正火与完全退火的区别正火与完全退火的区别 冷速较快 组织较细 得更高的强度和硬度 生产周期较短 成本较低 目的及应用 目的及应用 预先热处理 最终热处理 改善切削加工性能 预先热处理工艺应用预先热处理工艺应用 工具钢 球化退火 结构钢 正火 完全退火 表面强化处理的零件 调质处理正火 改善冷塑性加工性能改善冷塑性加工性能 再结晶退火再结晶退火 恢复变形前的组织与性能 恢复塑性 以便继续变形 改善机加工性能改善机加工性能 C 0 40 中低碳钢 正火 提高硬度 C 0 4O 0 60 完全退火 C 0 6 的高碳钢 球化退火 获得粒状珠光体 机械工程材料复习 Page 6 of 17 合金钢 退火 铸铁件白口层 加热 850 950 保温 炉冷 空冷 消除材料的加工应力消除材料的加工应力 去应力退火去应力退火 没有组织变化 工艺工艺 缓慢加热 500 650 保温 缓冷 钢铁的淬火钢铁的淬火 淬火原则与淬透性淬火原则与淬透性 目的目的 提高硬度 强度 耐磨性 原则原则 淬硬 获尽量完全的 M 淬透 M 组织表里如一 保证淬硬条件下 用缓冷介质 以 防开裂 淬透性 淬透性 在规定淬火条件下得到 M 多少的能力 决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性 是钢 的属性 由 A过稳定性决定 表现为的大小 K V 淬透性评定 淬透性评定 用标准试样在规定条件下淬火 能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示 淬透层深度淬透层深度 从表面至半 M 区的距离 与钢的淬透性及外在因素有关 影响因素影响因素 I I 越小 淬透层越深 IIII 工件体积越小 淬火时的冷速越快 淬透层越深 淬透层越深 K V 水淬比油淬的淬透层深 淬硬性淬硬性 由 M 中 C 钢的淬硬性越好 淬硬性越好 淬火工艺淬火工艺 淬火加热温度淬火加热温度 亚共析碳钢 亚共析碳钢 30 50 组织组织 均匀细小 M 组织 C3 A 温度太高 M 粗大 淬火应力 变形和开裂倾向增大 加热温度 时 硬度降低 C3 A 共析和过共析碳钢 共析和过共析碳钢 加热加热 30 50 组织组织 M F Fe3e3C CIIII A Ar r C1 A 若在 Acm以上淬火 A 粗大 高碳 M M 粗大 力学性能 变形开裂 C1 A 合金钢合金钢 加热温度 碳钢 淬火方法淬火方法 单介质淬 单介质淬 简单碳钢及合金钢工件 碳钢水 合金钢 小碳钢油 双介质淬火双介质淬火 先水 后油冷却 复杂高碳钢及大型合金钢工件 机械工程材料复习 Page 7 of 17 分级淬火分级淬火 稍高于 Ms的盐浴或碱浴中保温 再取空冷 用于用于 小尺寸工件及刀具 贝氏体等温淬火 贝氏体等温淬火 稍高 Ms温度的盐浴或碱浴中冷却 保温 获得 B下 用于用于 形状复杂和性能较高的较小零件 深冷处理 深冷处理 在 0 以下的介质中冷却的热处理工艺 目的目的 减少 Ar获最大数量 M 提高硬度 耐磨性 稳定尺寸 用于用于 精密工件 量具 表面淬火表面淬火 原理 原理 交变磁场 感应电流 工件电阻 加热 集肤效应 表面加热 工艺 工艺 水 乳化液 喷射淬火 180180 200 200 低温回火 低温回火 感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类 1 1 高频淬火高频淬火 淬硬层深度 0 5 2 5 中小零件 2 中频淬火中频淬火 淬硬层深度 2 10 大中模数齿轮 较大轴类零件等 3 工频淬火工频淬火 淬硬层深度 10 20 大直径零件 适用钢种适用钢种 中碳钢和中碳低合金钢 碳素工具钢和低合金工具钢 球铁 灰铸铁 球铁 灰铸铁 表面淬火的特点表面淬火的特点 加热速度快 淬火组织为细隐晶马氏体 极细马氏体 表面硬度 2 3HRC 脆性 显著提高钢件的疲劳强度 钢的合金化钢的合金化 合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中的作用 提高钢的淬透性 细化晶粒 提高钢的回火稳定性 防止回火脆性 二次 硬化 固溶强化 第二相强化 弥散强化 增加韧性 提高钢的耐蚀性或耐热性 形成固溶体 产生固溶强化 形成含部分金属键的金属 间 化合物 产生弥散强化 或第二相强化 溶入奥氏体 提高钢的淬透性 提高钢的热稳定性 增加钢在高温下的强度 硬度和耐磨性 细化晶粒 产生细晶强韧化 形成钝化保护膜 对奥氏体和铁素体存在范围的影响 第第 3 3 章章 工程材料成型过程中的行为与性能变化工程材料成型过程中的行为与性能变化 机械工程材料复习 Page 8 of 17 成分偏析成分偏析 枝晶偏析 微观偏析 枝晶偏析 微观偏析 局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析 可用扩散退火的方法来消除 宏观偏折 或域偏析 宏观偏折 或域偏析 同一铸件中 表面和中心 上层和下层的化学成分也可能存在不均匀 这种较大尺寸范围内出现的偏析 消除枝晶偏析 消除枝晶偏析 扩散退火或均匀化退火 把有枝晶偏析的合金加热到高温 长时间保温 使固溶 体中原子充分扩散 以达到成分的均匀化 第 5 章 常用金属材料及性能 熟悉碳钢 熟悉碳钢 普通碳素结构钢 Q215 Q235 等 优质碳素结构钢 20 45 60 等 碳素工具钢 T8 T10 T12 等 1 熟悉合金钢主要钢种 熟悉合金钢主要钢种 低合金结构钢低合金结构钢 Q345 16Mn Q420 15MnVN 渗碳钢渗碳钢 20Cr 20MnVB 20CrMnTi 18Cr2Ni4WA 调质钢调质钢 40Cr 40CrB 40CrNiMo 38CrSi 弹簧钢弹簧钢 65Mn 50CrV 60Si2Mn 轴承钢轴承钢 GCr9 GCr15 GCr15SiMn 冷模具钢冷模具钢 Cr12MoV 热模具钢热模具钢 5CrMnMo 5CrNiMo 3Cr2W8V 低合金刃具钢低合金刃具钢 9SiCr CrWMn 工具钢工具钢 T8 T10 T12 高速钢 高速钢 W18Cr4V 不锈钢不锈钢 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 1Cr17 1Cr18Ni9Ti 常用铸铁常用铸铁 HT150 HT250 KT350 10 KT450 5 QT420 10 QT800 2 等 工业用钢 铸铁的分类 要性能特点 常用热处理工艺选择 使用态组织 典型用途及相应组织见工业用钢 铸铁的分类 要性能特点 常用热处理工艺选择 使用态组织 典型用途及相应组织见 表四 表四 1 1 重点复习题型重点复习题型 要制造轻载齿轮 热锻模具 冷冲压模具 滚动轴承 高速车刀 重载机床床身 传动轴 后 桥壳 量具 弹簧 汽轮机叶片 等零件 试从下列牌号中分别选出合适的材料 及选择对应的热处 理方法 淬火 低温回火 中温回火 高温回火 退火 T12 HT300 W18Cr4V GCr15 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV 5CrMnMo 9SiCr 1Cr13 60Si2Mn QT400 15 45 Q235 机械工程材料复习 Page 9 of 17 答 有一个 45 号钢制的变速箱齿轮 其加工工序为 下料 锻造 正火 粗机加工 调质 精机 加工 高频表面淬火 低温回火 磨加工 成品 试说明其中各热处理工序的工艺 目的及使用状态 下的组织 某型号柴油机的凸轮轴要求凸轮表面有高的硬度 HRC 50 心部具有良好的韧性 Ak 40 原采用 45 钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火 最后低温回火现因工厂库存的 45 钢已用完 只剩 下 15 钢 拟用 15 钢代替 试说明 原 45 钢各热处理工序的作用 改用 15 钢后 仍按原热处理工序进行能否满足性能要求 为什么 改用 15 钢后为达到所要求的性能 在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺 答 调质处理 获得回火索氏体 以保证工件心部的强度和韧性 凸轮表面进行高频淬火 承受弯曲交变载荷或扭转交变载荷 提高耐磨性和承受冲击 低温回火 是为了降低钢的淬火内应力和脆性 同时保持钢在淬火后的高硬度 一般为 HRC58 64 和 耐磨性 不能满足性能要求 因为高频淬火适用与中碳钢 中合金钢碳钢 工具钢 不能对低碳钢高 频淬火 因碳量低 表面硬度难以提高 调质 淬火 高温回火 渗碳 淬火 低温回火 第七章第七章 工程设计 制造与材料选择工程设计 制造与材料选择 轻载齿轮量具冷冲压模 具 滚动轴承高速车刀重载机床床 身 材料 45 T12 Cr12Mo V GCr15 W18Cr4V HT300 钢种调质钢炭素工 具钢 冷冲模 具钢 滚动轴 承钢 高速工 具钢 灰铸铁 热处 理 淬火 高 温回火 淬火 低 温回火 淬火 中 温回火 淬火 低 温回火 淬火 高 温回火三 次 退火 机械工程材料复习 Page 10 of 17 掌握零件失效与失效类型掌握零件失效与失效类型 过量变形失效 过量变形失效 材料的变形量和变形特性超过原来规定的程度 而致影响构件的规定功能 弹性变形失效与选材 弹性变形失效与选材 材料力学指标 弹性模量 选材 选材 易发生弹性变形失效时 应选用具有高弹性模量的材料 塑性变形失效与选材塑性变形失效与选材 材料力学指标材料力学指标 屈服强度 过量过量蠕变变形失效 蠕变变形失效 属材料在长时间恒温 恒应力作用下 即使应力低于屈服点也会缓慢产生塑 性变形 断裂失效 断裂失效 断裂是金属材料在应力的作用下分为互不相连的两个部分或两个以上部分 材料力学指标材料力学指标 冲击韧性 断裂韧性 韧性断裂失效 韧性断裂失效 零件所受应力大于断裂强度 断裂前产生显著宏观塑性变形的断裂 低应力脆断 低应力脆断 构件所受名义应力低于屈服极限 在于明显塑性变形的情况下 产生的突然断裂 脆断的原因 脆断的原因 低温环境 焊接质量 工作介质 预防低应力脆断的措施 疲劳断裂失疲劳断裂失 在交变载荷作用下 经过一定的周期后所发生的断裂 蠕变失效与选材蠕变失效与选材 表面损伤表面损伤 主要指腐蚀失效及磨损失效 接触疲劳失效 磨损失效 磨损失效 相互接触的两个零件做相对运动时 由于摩擦力的作用 零件表面材料逐渐脱落 使表面状态和尺寸改变而引起的失效 接触疲劳失效 接触疲劳失效 两个零件做相对滚动或周期性接触 由于压应力或接触应力的反复作用所引起的 表面疲劳破坏现象 腐蚀失效腐蚀失效 金属零件或构件的表面在介质中发生的化学或化学作用而逐渐损坏的现象 掌握失效的原因掌握失效的原因 1 1 设计与失效 设计与失效 结构或形状不合理 即在零件的高应力处存在明显的应力集中源 零件的工作条件估计错误 应力计算错误 热处理结构工艺性不合理 2 2 选材与热处理 选材与热处理 选材不当选材不当 设计者选定指标不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力 所选材料的性能数据不合要求 因而导致了失效 材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因 机械工程材料复习 Page 11 of 17 材料的的缺陷是夹杂物过多 过大 杂质元素太多 或者有夹层 折叠等宏观缺陷 热处理工艺不当热处理工艺不当 热处理不良能造成过热 脱碳 淬火裂纹 回火不足等 冶金缺陷 冶金缺陷 夹杂 成分偏析 不良组织等 加工缺陷 加工缺陷 冷加工有刀痕深 粗糙度大 圆角小 精度低 热加工缺陷 回火软化 应力等 装配与使用装配与使用 零件安装时配合过紧 过松 对中不准 固定不紧等均可造成失效或事故 对机器的维护保养不好 没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效 掌握零件设计中的材料选择掌握零件设计中的材料选择 选材三原则选材三原则 1 1 使用性能原则 使用性能原则 使用性能 力学性能 物理性能 化学性能 2 2 工艺性原则 工艺性原则 工艺性工艺性 材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力 是一个辅助性原则 3 3 经济性原则 经济性原则 掌握热处理加工工艺路线中的位置掌握热处理加工工艺路线中的位置 1 1 热处理在工艺路线中的位置的安排原则热处理在工艺路线中的位置的安排原则 1 最终热处理一般安排在半精加工之后 磨削精加工之前 2 最终热处理可进行不止一次 3 整体淬火和表面淬火在工艺路线中位置相同 4 渗碳与淬火 回火在工艺路线上是近邻的 5 局部渗碳方法不同 工艺不同 6 零件表面软氮化和表面渗硫的减摩处理 渗 C 后不能进行任何切削处理 7 高精度零件可增加去应力退火 精密零件甚至进行冷处理 8 调质一般放在粗加工之后 半精加工之前 2 2 热处理在工艺路线中的位置热处理在工艺路线中的位置 教材表教材表 7 27 2 第八章第八章 常用零件选材常用零件选材 机械工程材料复习 Page 12 of 17 掌握轴类零件选材掌握轴类零件选材 轴常用材料轴常用材料 调质钢 45 合金调质钢 40Cr 40MnB 合金渗碳 20CrMnTi 专用氮化钢 38CrMoAlA 等 机床轴按工作条件分为三类 机床轴按工作条件分为三类 1 1 轻载主轴 轻载主轴 低工作载荷 小冲击载荷 轴颈部位磨损不严重低工作载荷 小冲击载荷 轴颈部位磨损不严重 普通车床的主轴 4545 钢钢 调质或正 火处理 耐磨的部位高频表面淬火强高频表面淬火强化 2 2 中载主轴 中载主轴 中等载荷 磨损较严重 有一定冲击载荷中等载荷 磨损较严重 有一定冲击载荷 例如铣床主轴 合金调质钢 如 40Cr 钢 经调质处理 耐磨部位进行表面淬火强化 3 3 重载主轴 重载主轴 工作载荷大 磨损严重 冲击载荷都严重工作载荷大 磨损严重 冲击载荷都严重 组合机床主轴 20CrMnTi 钢制造 经渗碳 淬火处理 4 高精度主轴高精度主轴 精密镗床的主轴 一般用 38CrMoAlA 专用氮化钢制造 经调质处理后 进行氮化及尺 寸稳定化处理 重点重点掌握掌握轴类零件加工工艺路线轴类零件加工工艺路线 CM6140CM6140 车床主轴 车床主轴 轻载主轴 工作载荷小 冲击载荷不大 轴颈部位磨损不严重 普通车床的主轴 45 钢 调质或正火处理 耐磨的部位高频表面淬火强化 选材 选材 45 钢 热处理技术条件 热处理技术条件 整体调质 硬度 220 250HBS 轴颈和锥孔进行表面淬火 硬度 52 58HRC 加工工艺路线 加工工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 表面淬火及低温回火 磨削加工 主轴主轴 45 45 钢钢 采取各种热处理工艺采取各种热处理工艺 锻造锻造 热加工热加工 可以改善铸态组织 提高材料致密度和力学性能 正火目的正火目的 在于得到合适的硬度 便于切削加工 改善锻造组织 为调质做准备 调质调质 淬火淬火 高温回火高温回火 得到的组织为回火索氏体 使主轴得到较高的综合机械性能和疲劳强度 还 为最终的高频表面淬火做准备 安排在粗加工之后 半精加工之前 轴颈和锥孔轴颈和锥孔 进行表面淬火 低温回火 目的在于提高硬度 增加耐磨性 重点掌握齿轮类零件材料选择重点掌握齿轮类零件材料选择 机械工程材料复习 Page 13 of 17 材料的要求 材料的要求 高的接触疲劳强度 高的抗弯强度 良好的切削性能 淬火性能 齿轮常用材料齿轮常用材料 锻钢 优质碳素钢 45 合金调制合金钢 40Cr 合金渗碳钢 20CrMnTi 1 1 轻载 轻载齿轮齿轮 低工作载荷 小冲击载荷 轴颈部位磨损不严重低工作载荷 小冲击载荷 轴颈部位磨损不严重 普通车床的主轴 4545 4545 钢钢 调质 或正火处理 耐磨的部位高频表面淬火强高频表面淬火强化 2 2 中载 中载齿轮齿轮 中等载荷 磨损较严重 有一定冲击载荷中等载荷 磨损较严重 有一定冲击载荷 例如铣床主轴 合金调质钢 如 40Cr 钢 经调质处理 耐磨部位进行表面淬火强化 3 3 重载 重载齿轮齿轮 工作载荷大 磨损严重 冲击载荷都严重工作载荷大 磨损严重 冲击载荷都严重 组合机床主轴 20CrMnTi 钢制造 经渗碳 淬火处理 4 高精度高精度齿轮齿轮 精密镗床的主轴 一般用 38CrMoAl 专用氮化钢制造 经调质处理后 进行氮化及尺 寸稳定化处理 热处理 热处理 软齿面 大轮或大小轮硬度 350HB 正火 调质 硬齿面 硬度 350HB 渗碳淬火 氮化 采用材料 采用材料 A 20CrMnTi 钢渗碳 B 40Cr 碳氮共渗 20CrMnTi 20CrMnTi 钢 渗碳钢 渗碳 热处理技术条件 热处理技术条件 表层 WC 0 8 1 05 渗碳层深度 0 8 1 3mm 齿面硬度 58 62HRC 心部硬度 33 45HRC 加工工艺路线加工工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 半精加工 渗碳 淬火及低温回火 喷丸 磨削加工 各种热处理工艺各种热处理工艺 正火正火 950 970 空冷 179 217HBS 目的是为了得到合适的硬度 便于切削加工 改善锻造组 织 渗碳及淬火渗碳及淬火 920 940 保温 4 6h 预冷至 830 850 油淬 渗碳通过渗入碳原子可以同时 改变零件化学成分和组织 达到从这两方面来提高零件硬度 耐磨性和高疲劳强度 淬火是为了获得 高硬度的马氏体 回火回火 低温回火 180 10 保温 2h 得到回火马氏体 保持高硬度 高耐磨性 消除应力 降低脆 性 40Cr 40Cr 进行碳氮共渗进行碳氮共渗 热处理技术条件 热处理技术条件 表层 WC 0 65 0 9 碳氮总质量分数 1 0 1 25 渗层深度 0 2 0 4mm 齿面硬度 58 63HRC 心部硬度 37 42HRC 机械工程材料复习 Page 14 of 17 加工工艺路线加工工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 半精加工 碳氮共渗 淬火及低温回火 喷丸 磨削加工 热处理方法热处理方法 正火 840 870 空冷 187 241HBS 碳氮共渗及淬火 830 850 保温 1 2h 直接油淬 回火 低温回火 180 10 保温 2h 选材举例选材举例 汽车齿轮镗床镗杆车辆缓冲 弹簧 机床床身高速车刀冷冲压模具 材料20CrMnTi40Cr50CrVHT200W18Cr4VCr12MoV 普通车床 主轴 滚动轴承自行车车 架 铣刀热作模具自来水管弯头 材料45GCr1516Mn9SiCr5CrMnMoKTH300 06 机械工程材料复习 Page 15 of 17 四 常用机械工程材料 工业用钢 铸铁 与合理选材 表四四 常用机械工程材料 工业用钢 铸铁 与合理选材 表四 1 钢 种 典型钢号及其应用 性能特点 成分特点与合金化原则 热处理特点 使用态组织 低合低合 金高强金高强 钢钢 按 s 分 6 级 低强度级别 16Mn 一般 工程结构 中等强度级别 15MnVN 大型桥梁 锅炉 船舶 焊接 结构 高强度级别 18MnMoNb 高压锅炉 高压容器 高强度高强度 s 300Mpa 高韧性高韧性 15 20 室温 ak 600 kJ m2 800 kJ m2 良好焊接性良好焊接性能和冷 成形性能 低低 C C 0 2 MeMe 以以 MnMn 为主为主 Mn 和 Si 固溶 强化 加入 V Nb Ti 等元素细化 F 晶粒 加入 P 细化珠光体 加入 Cu 抗腐蚀 一般供应状态使用 不热处理焊接结 构 可进行一次正火 改善焊区性能 铁素体 索氏体 合金合金 渗碳钢渗碳钢 低淬透性低淬透性 20Cr 15Cr 小 冲击载荷耐磨件 如活塞销 小齿轮 中淬透性中淬透性 20CrMnTi 高 速较高载有冲击的耐磨件 重要齿轮 连轴器 高淬透性高淬透性 18Cr2Ni4WA 重载大截面重要耐磨件 如 柴油机曲轴 连杆 渗层硬度高 耐磨 抗接触疲劳 且有适 当塑性 韧性 心部高韧性和足够 强度 良好的热处理工艺 性能 低低 C C 0 1 0 25 加入提高淬透性元素加入提高淬透性元素 Cr Ni Mn B 加入 Mo W V Nb Ti 等阻碍 A 晶粒长大和形成稳定的合金碳化 物 提高耐磨性 预先热处理 预先热处理 改善切削加工性能 锻压后锻压后 正火正火 最终热处理最终热处理 渗碳后淬火 渗碳后淬火 直接或一 次 二次淬火 低温回火 低温回火 20CrMnTi 齿轮工艺路线 下料 锻 造 正火 加工齿形 渗碳 930 淬火 830 低温回火 200 磨齿 表层 高碳 M 粒状 CemCem A 心部 淬透 低碳 M 未淬透 T M F 少量 钢 种 典型钢号及其应用 性能特点 成分特点与合金化原则 热处理特点 使用态组织 合金合金 调质钢调质钢 低淬性 40Cr 40MnB 一 般尺寸重要零件 Do 30 40 中淬透性 40CrNi Do 40 60 高淬透性 40CrNiMoA 大截面重载重要零件 Do 60 160 高水平综合机械性能 能满足多种和较复 杂的工作条件 中中 C C 0 25 0 50 以 0 4 左 右为主 加入提高淬透性元素 Cr Ni Mn Si B 加入 Mo W 消除回火脆 一般 油淬 高温回火调质 若要求表面耐磨若要求表面耐磨 调质后可进行表面 淬火或氮化处理 表面淬火 专门化学热处理 如氮化 38CrMoAl 氮化钢 S 机械工程材料复习 Page 16 of 17 合金合金 弹簧钢弹簧钢 以 Si Mn 合化 65Mn 60Si2Mn 用于汽车 拖拉机 机车的板簧和螺旋弹簧 以 Cr V W 合金化 50CVA350 400 以下重 载 较大型弹簧 如高速柴 油机气门弹簧 高 e 和 s 高 屈强比 高疲劳抗力 足够塑韧性 能承 受震动 冲击 有较好淬透性 不 易脱 C 易绕卷成形 中高中高 C C 0 45 0 70 加入 Si Mn 提高淬透性也提高 屈强比 加入 Cr W V 也提高淬透性 加入 Si Cr 不易脱 C 加入 Cr V 细化晶粒 耐冲击 高温强度好 热成形法热成形法制弹簧热轧钢丝钢板 卷 弯曲成型 淬火 中温回火 喷丸 冷成形法冷成形法制弹簧钢丝钢板 淬火 中温回火 冷卷弯曲成型 去应力 喷丸 T 钢 种 典型钢号及其应用 性能特点 成分特点与合金化原则 热处理特点 使用态组织 滚珠滚珠 轴承钢轴承钢 Cr 轴承钢 GCr15 中小 型轴承 冷冲模 量具 丝锥 添加 Mn Si Mo V 的钢 GCr15SiMo GSiMnMoV 制造 大型轴承 高接触疲劳强