机械基础课件：典型零件的选材与热处理

机械零件的制造

典型零件的选材与热处理第一强度第二塑性第三硬度第四冲击韧性主要内容第一节金属材料的力学性能

弹性变形、塑性变形和断裂随外力增加，物体会逐渐改变其原始形状和尺寸而发生变形，外力增加到一定数值后，物体将发生断裂。变形和断裂是固体物质受载时，随外力的增加而产生的普遍现象。材料的力学行为一、强度1、概念——2、指标——3、意义——抵抗塑性变形和开裂的能力单位面积上所受的力（应力）；弹性极限、屈服强度、抗拉强度大多数机器零件常因过量的塑性变形而失效，若机械零件在工作时所受的应力低于材料的屈服强度，便不会产生过量塑性变形，更不会发生断裂。屈服强度σs

是设计选材的重要依据。左图为拉伸试验机下图为拉伸试验过程中试样的变形及断裂。分四个阶段弹性变形阶段屈服阶段塑性变形阶段缩颈——断裂阶段拉伸曲线注意：塑性好的材料如低碳钢在拉断前发生较大的塑性变形，而脆性材料如灰铸铁、淬火高碳钢等拉断前塑性变形量很小，甚至几乎不发生塑性变形。两种拉伸曲线的区别1、概念——2、测试方法——3、指标——4、意义——二、塑性拉伸试验法在断裂前发生的永久变形的能力。断后伸长率δ和断面收缩率Ψ①.塑性好的材料容易进行压力加工；②.塑性好的材料在工作过程中不会因稍有超载而突然断裂，即更安全可靠。Lk–L0δ=×100%L0

δ<2~5%属脆性材料，δ≈5~10%属韧性材料，δ>10%属塑性材料其断口特征如图所示。1、概念——2、测试方法——三、硬度材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。压入法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度硬度测试方法符号常用压头公式测量范围布氏硬度HBSHBW淬火钢球硬质合金钢球HBS值=F/A较软物、较大件、厚件洛氏硬度HRC120°的金刚石圆锥HRC值=100-h/0.002较硬、可小件、薄件。维氏硬度HV136°的金刚石正四棱锥HV值=0.1891F/d2极软、极硬、薄件厚件均可。轮廓清晰，但测量计算困难，常用于研究。

1.布氏硬度（HBS）常用于测定退火、正火、调质钢、有色金属。缺点是压痕大，易损坏成品的表面，不能测定太薄太硬的物品。2.洛氏硬度HRC常用于测定淬火钢、部分调质钢、硬质合金钢、表面硬化钢，如渗碳钢、渗氮钢，操作简便。3.维氏硬度测量精度高、范围广，但比较麻烦，主要用于研究工作。换算关系——意义——衡量材料的软硬程度，是否耐磨；1）、当硬度在200~600HBS时，10HBS≈1HRC；2）、当硬度小于450HBS时，HBS

≈HV

甲、乙、丙四种材料的硬度分别为45HRC、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。1、概念：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。2、测试方法：摆锤冲击弯曲试验法3、指标：冲击韧度值4、意义：当材料强度相差不大时，其冲击韧性越高，则抵抗大能量冲击的能力就越强。四、冲击韧性摆锤冲击弯曲试验法试样冲断时所消耗的冲击吸收功A

k为:

Ak=mgH–mgh(J)冲击韧性值ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。AK

ak=(J/cm²)S01、习题4：低碳钢做成的原直径为φ10mm的圆形短试样经拉伸试验，在试验力为21100N时屈服，试样断裂前的最大试验力为34500N，拉断后长度为65mm，断裂处最小直径为φ6mm。试计算σs、σb、δ5

、ψ。题图22、习题3：图所示为三种不同材料的拉伸曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗拉强度、屈服强度和塑性大小，并指出屈服强度的确定方法。3为什么相同材料进行拉伸试验时，短试样所测得的伸长率（δ5）要比长试样测得的伸长率（δ10）大一些？4下列硬度要求和写法是否正确？为什么？HBS1505~10HRCHV800~8505甲、乙、丙四种材料的硬度分别为45HRC、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。6、分析下列现象属什么性能不符合要求？紧固螺栓使用后变形伸长。某轴段磨损速度极快。某杆状零件使用时发生突然断裂现象。机械在运行中各零件都承受外加载荷，材料强度高的不会变形，材料强度低的就会变形。材料的强度高，其硬度就高，耐磨性也就好。强度高的材料，塑性都低。弹性极限高的材料，所产生的弹性变形大。7、下列说法是否正确？为什么？任务实施：分析减速器中零件的性能特点。零件名称性能特点带轮齿轮轴输出轴齿轮箱体滚动轴承联轴器螺栓平键1、强度与塑性是最基本的力学性能指标。硬度在多数情况下与强度的变化方向是一致的。2、冲击韧性取决于材料的强度与塑性，但与塑性的关系更大一些。3、材料的耐磨性主要取决于材料的硬度。本节小结第二节铁碳合金工业纯铁虽然塑性好，但强度低，所以很少用它制造机械零件。在工业上应用最广的是铁碳合金。1、固溶体——合金结晶成固态时，各组元间会相互溶解，形成的在某一组元的晶格中包含有其它组元的原子的新物质。（相互溶解）2、金属化合物——各组元的原子按一定比例相互作用生成的晶格类型和性能完全不同于任一组元，并有一定金属性质的新物质。（相互反应）3、机械混合物——当组成合金的组元，其数量不能完全溶解或完全化合时。合金的结构：1、固溶体——

碳含量较少时：铁素体α(F)

、奥氏体γ(A)

。2、金属化合物——

碳含量较多时，如Fe3C(渗碳体)，

Fe2C，FeC，其中后两种太脆。3、机械混合物铁碳合金的结构：0.0218%~00~2.11%6.69%珠光体：P=F+Fe3C0.77%莱氏体：高温Ld=A+Fe3C，低温Ld’=P+Fe3C，4.3%铁素体α(F)：bcc，C%=0.0218%~0；强度硬度很低，塑性很好。奥氏体γ(A)：fcc，

C%=0~2.11%；具有一定的强度硬度，且塑性仍很好。渗碳体Fe3C:C%=6.69%；硬度很高,但脆性很大,塑性几乎为0，是钢中主要的强化相，不可单独用，一般与F混合使用。珠光体P=F+Fe3C，层片相间。平均C%为0.77%，强度较高，有良好的综合机械性能。但由于F含量较多，所以塑性韧性较为突出。莱氏体：高温Ld=A+Fe3C，低温Ld’=P+Fe3C，平均C%为4.3%，由于Fe3C含量较多，所以硬度高，塑性很差。固溶体金属化合物机械混合物铁碳合金的结构：工业纯铁钢白口铸铁铁素体α(F)、奥氏体γ(A)渗碳体Fe3C珠光体：P=F+Fe3C莱氏体：高温Ld=A+Fe3C，低温Ld’=P+Fe3C，铁碳合金相图1）工业纯铁

(ωc＜0.0218%）——组织为铁素体和少量三次渗碳体；2）钢

(ωc=0.0218%-2.11%)，分三类：亚共析钢（ωc＜0.77%）——组织为铁素体和珠光体;共析钢（ωc为0.77%）——组织为珠光体;过共析钢（ωc＞0.77%）——组织为渗碳体和珠光体;3）白口铸铁

(ωc=2.11%-6.69%)，分三类：亚共晶白铁口铸铁（ωc＜4.3%）——组织为珠光体、渗碳体和莱氏体。共晶白口铸铁（ωc为4.3％）——组织为莱氏体。过共晶白口铸铁（ωc＞4.3％）——组织为渗碳体和莱氏体。

铁碳合金的分类：白口铸铁：碳全部以渗透碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料

灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件

C%与平衡组织间的关系F→F十Fe3CIII→F十P→P→P+Fe3CII→P十Fe3CII十L′d→L′d→L′d十Fe3CC%与力学性能间的关系1）切削加工性低碳钢中F较多，塑性好，切削加工时产生切削热大，易粘刀，不易断屑，表面粗糙度差，故切削加工性差。高碳钢中Fe3C多，刀具磨损严重，故切削加工性也差。中碳钢中F和Fe3C的比例适当，切削加工性较好。碳的质量分数对工艺性能的影响2）可锻性金属可锻性是指金属压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。当钢加热到高温得到单相A组织时，可锻性好。低碳钢中铁素体多可锻性好，随着碳的质量分数增加金属可锻性下降。白口铸铁无论在高温或低温，因组织是以硬而脆的Fe3C为基体，所以不能锻造。3）铸造性能低碳钢的液相线温度较高，使钢液过热度较小，流动性较差。随着碳的质量分数增加，钢的结晶温度间隔增大，铸造性能变差。共晶成分附近的铸铁，不仅液相线与固相线的距离最小，而且液相线温度也最低，其流动性好，铸造性能好。4）可焊性随着钢中的碳的质量分数增加，钢的塑性下降，可焊性下降。所以，为了保证获得优质焊接接头，应优先选用低碳钢(碳的质量分数＜0.25％的钢）。1、作为选材的重要依据2、在铸造生产上的应用3、在锻压工艺方面的应用4、在热处理方面的应用铁碳相图的应用习题1.分析加热到1000℃,Wc=0.4%的钢能进行锻造，而Wc=4%的铸铁不能锻造的原因。答:加热到1000℃Wc=0.4%的钢是A组织，具有良好的塑性和低的变形抗力，能进行锻造，而Wc=4%的铸铁加热到1000℃时，是A+Fe3C+Ld组织，Fe3C+Ld都是硬相，很脆，不能锻造。 2.指出何种成分的铸铁的铸造性能最好。3.为了保证获得优质焊接接头，应优先选用低碳钢。这是为什么？3答:焊芯成分中含碳较低，可保证焊缝金属具有良好的塑性、韧性，以减少产生焊接裂纹倾向，改善焊缝的力学性能。4.在平衡条件下，45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度、塑性、韧性哪个大，哪个小？变化规律是什么？原因何在？5.试从显微组织方面来说明ωc=0.2%、ωc=0.45%、ωc=0.77%三种钢力学性能有何不同？低温莱氏体比珠光体塑性差`,而硬度高,脆性大碳钢进行热锻热轧时，都要加热到奥氏体区。钳工锯高碳成分(Wc>0.77%)的钢比锯低碳成分(Wc<0.25%)的钢料费力,锯条容易磨损.钢适用于压力加工成形，而铸铁适用于铸造成形。钢铆钉一般用低碳钢制成。在相同条件下，ωc=0.1%的钢切削后，其表面粗糙度的值不如ωc=0.45%的钢低。根据铁碳合金相图，说明产生下列现象的原因：钳工锯高碳成分（Wc≥0.77%）的钢材比锯低碳成分（Wc≤0.2%）的钢料费力，锯条容易磨损。原因：钳工锯高碳成分（Wc≥0.77%）的钢材比锯低碳成分（Wc≤0.2%）的钢料费力，锯条容易磨损，这是因为高碳成分（Wc≥0.77%）的钢材中含大量的Fe3C，这是硬相；而低碳成分（Wc≤0.2%）的钢料中含大量的F和P，这是软相，硬度比较低。钢铆钉一般用低碳钢制成，原因；低碳钢的塑性很好，容易进行变形加工。钢铆钉比较力学性能的优点各有何不同：低碳钢；工业纯铁；中碳钢；高碳钢；白口铸铁白口铸铁是硬度高、耐磨性好，且不能承受冲击载荷工件的材料；中碳钢是强度、硬度、塑性综合性能都较好的材料；高碳钢是硬度高、耐磨性好的材料；低碳钢是塑性好、韧性高的材料.第三节钢的热处理热处理相关知识的学习1.热处理工艺：加热——保温——冷却2.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的分类热处理

普通热处理

表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;钢的整体热处理一般零件生产的工艺路线:毛坯生产预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工预备热处理:

退火和正火最终热处理:

淬火和回火冷却方式不同：退火——炉冷；正火——空冷；淬火——水、盐水、油冷；回火——炉冷或空冷(淬火钢)常用的：完全退火、球化退火、去应力退火退火的作用：

1、均匀组织，细化晶粒，为后续热处理作准备；

2、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工；

3、消除内应力，防止变形与开裂。一、退火退火方式

作用加热温度适用对象完全退火均匀组织，细化晶粒，降低硬度，消除内应力。AC3+(30~50)亚共析钢球化退火使Fe3C球化，以降低硬度，提高塑性。AC1+(20~30)共析、过共析钢去应力退火消除内应力。500~650所有钢种冷却方式：炉冷球化退火主要用于共析钢和过共析钢，目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。去应力退火是为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残留内应力而进行的低温退火，称为去应力退火。亚共析钢：

Ac3+（30~50）℃过共析钢：Accm+（30~50）℃保温，空冷。其主要目的：1、低C碳：提高硬度，防粘刀，改善切削加工性能；2、中碳钢：降低加工表面粗糙度；3、高碳钢：破坏网状的渗碳体，为球化退火作准备。4、有一定的使用性能，对于不是很重要的或截面较大的钢，可用正火作为最终热处理，以降低成本。二.正火1、从切削加工性考虑：低中碳钢——正火，高碳钢——球化退火。2、从使用性能上考虑：亚共析钢正火的力学性能好一些。而复杂工件用退火可防开裂。3、从经济性上考虑：正火生产周期短、耗能少、成本低，效率高。4、从显微组织的均匀性考虑：退火比正火所获得的组织结构比较均匀，更有利于后续的最终热处理。退火与正火的选用1、如何消除网状Fe3C？先正火，破碎网状Fe3C，再球化退火，使Fe3C球状化。2、过共析钢能否在完全A化的区域内进行退火？若不小心被加热到A区域内进行退火了，会出现什么现象？怎么补救？不能，将会出现网状Fe3C思考：先退火，均匀组织，细化晶粒；再正火，提高硬度，防粘刀，改善切削加工性。试为以下钢件选择预先热处理工艺：（1）20CrMnTi汽车变速箱齿轮锻造毛坯（晶粒粗大）；三、钢的淬火

（1）淬火工艺加热温度：亚共析钢——Ac3+（30～50）℃；共析钢、过共析钢——Ac1+（30～50）℃保温，快速冷却以获得马氏体组织。常用的冷却介质是水

和油。

常用的淬火方法有单介质淬火，双介质淬火，分级淬火和等温淬火等。

水——冷却能力强，工件容易淬硬，使用方便，价格便宜。但会造成巨大内应力，易变形开裂。油——冷却能力较低，有利于减少变形，降低内应力。但较难淬硬。单独使用时，水一般用于碳钢件，而油一般用于合金钢。（简单小工件）既能把工件淬硬又能减小淬火内应力的淬火方法：双介质淬火：碳钢先水冷至300~400℃后油冷，合金钢先油冷后空冷。（复杂工件）淬火介质1、硬度不足2、变形和开裂常见的淬火缺陷及处理方法四.淬火钢的回火

定义：钢件淬火后,硬而脆，且由于内外温差、热胀冷缩而造成明显的内应力，易变形开裂。所以应及时回火。即：将其加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。回火是紧接在淬火后的一道工序，是热处理的关键工序。

回火时的性能变化规律：钢在回火时，随着温度的增加，强度、硬度降低，而塑性、韧性增加。

回火的种类：根据回火的温度将其分为低温回火、中温回火和高温回火。钢的回火温度和力学性能之间的关系加热温度℃硬度值获得的性能应用低温回火150~25058～64HRC保持高硬度、高耐磨性，消除内应力，塑性韧性有所提高。要求硬而耐磨材料：高碳钢工具、模具、滚动轴承钢、渗碳钢中温回火250~50035～50HRC较高弹性极限和屈服强度，且有一定的塑韧性和中等硬度。弹性元件高温回火500~650200~330HBS有较高的强度，良好的塑韧性。重要的结构件需经低温回火处理后使用的零件工具、模具等。需经中温回火后使用的零件需经高温回火后使用的零件先退火，均匀组织，细化晶粒，再淬火，再重新回火，但回火温度应比原来低一些。针对淬火回火后硬度不足的现象,解决办法如下:35钢要达到35-40HRC的性能要求，必须加热到840度完全A化进行淬火，然后再进行中温回火。若10钢也按此工艺路线，加热到840度时是A+F的组织，其中，F是软相，不管怎么淬火，都达不到淬硬的效果。若T10钢加热到840度时是A+Fe3C的组织，再进行中温回火时，会比35钢更硬一些，大概为45-50HRC的硬度值。热处理工序的位置1.预备热处理的位置预备热处理包括退火、正火等。其工序位置一般安排在毛坯成型之后，或机械粗加工之后、精加工之前。调质作为预备热处理，主要是为了保证表面淬火或化学热处理（渗氮）零件心部的力学性能和为易变形零件的最终热处理作组织准备。2.最终热处理的位置最终热处理后零件的硬度一般较高，除磨削外通常不需要进行其他切削加工，一般安排在半精加工之后，磨削加工之前。钢的表面热处理热处理

普通热处理

表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;定义：仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺。表面淬火可采用感应加热、火焰加热、激光加热等。生产中常用感应加热。

一、表面淬火感应加热的原理：

利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却。由于交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。淬火后进行180℃～200℃低温回火，以降低淬火应力和脆性，并保持高硬度和高耐磨性。

表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表面硬化，提高表面耐磨性，同时保持工件心部良好的强韧性。表面淬火也可用于高碳钢，主要是一些承受较小冲击和交变载荷的工具、量具等。感应加热淬火所用的电流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄。

定义将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。化学热处理通常根据渗入元素的种类而命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等。二、钢的化学热处理为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯度,钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。

1.渗碳

气体渗碳的工艺过程将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900℃～950℃，向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体，或直接通入煤气、石油液化气等气体，通过化学反应产生活性碳原子，随后活性碳原子被工件表面吸收而溶入奥氏体中，使钢件表面渗碳，并不断向工件扩散而形成一定深度的渗碳层。渗碳使低碳(碳质量分数为0.15～0.30%)钢件表面获得高浓度碳（碳质量分数约1.0%）。

渗碳用钢通常为低碳钢和低碳合金钢，如20，20Cr，20CrMnTi等。

表面硬度高

达58HRC～64HRC以上,耐磨性较好；心部韧性较好,硬度可达30HRC～45HRC。疲劳强度高

表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，结果在表层中造成压应力，使零件的疲劳强度提高。渗碳件特别适于制造在重载、磨损、冲击条件下工作的零件。

钢渗碳、淬火、回火后的性能

向钢件表面渗入氮的工艺。渗氮的目的在于更大程度地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。常用的氮化钢有35CrAlA,38CrMoAlA,38CrWVAlA等。

2.钢的渗氮

目前广泛应用的是气体氮化。其工艺过程是：氨被加热分解出活性氮原子2NH3→3H2+2[N])，氮原子被钢吸收并溶入表面，在保温过程中向内扩散，形成渗氮层。

1）氮化温度低,零件变形小。主要用于耐磨性、精度均要求很高的零件。

2）钢件氮化后具有很高的硬度(1000HV～1100HV),且可以保持到600℃～650℃不下降,具有很高的耐磨性和热硬性。

3）钢氮化后,渗层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度大大提高。

4）渗氮时间长，工艺较复杂，渗层较薄。钢的渗氮的特点：由于渗氮工艺较复杂，时间长，成本较高，氮化层较薄而且有一定脆性.因此只用于冲击载荷小、耐磨性和精度要求较高的零件，或要求具有一定耐热性的耐磨零件，如排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等。此外，为了保证工件心部的力学性能，通常在渗氮前要进行调质处理。注意：表面热处理和化学热处理的比较处理方法表面感应淬火渗碳渗氮所用钢种中碳钢、中碳低合金钢低碳钢、低碳合金钢中碳合金钢处理工艺调质，表面淬火+低温回火渗碳，整体淬火+低温回火调质，去应力退火，渗氮生产周期很短，几秒至几分长，约3~9小时很长，约30~50小时表层深度(mm)0.5~7(频率越高,淬硬层越浅)0.5~2.50.4~0.6表层硬度HRC52~6358~6468~72耐磨性较好良好最好疲劳强度良好较好最好耐蚀性一般一般最好常用的加工工艺路线镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度（68~70HRC），硬化层深0.5mm，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAlA。请选择热处理方法，并编写加工路线（采用锻坯）。

任务实施根据性能特点，选择减速器中零件的材料、热处理方法及加工工艺路线。

零件名称性能特点材料热处理方法加工工艺路线带轮齿轮轴输出轴齿轮箱体滚动轴承联轴器螺栓键45钢经调质处理后要求硬度为217~255HBS。（1）热处理后发现硬度值为285~320HBS，问能否依靠减慢回火时的冷却速度使其硬度降低？（2）若热处理后硬度值为185~220HBS，该怎么办？答：（1）不能。回火后材料的硬度过高，则应该调高回火温度，重新回火；（2）回火后硬度过低，则应该先退火，再重新淬火，重新回火。该回火温度应比原来的要低一些。习题试从下列材料中选择一种最合适的材料并制定加工工艺路线。（40Cr、55SiMnMoVNb、45、38CrMoAlA；T12A；20Cr；9SiCr）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度（68～70HRC），硬化层深0.5mm，心部有较高的综合力学性能。请选择合适的材料并写出加工工艺路线并作分析。答：材料选用38CrMoAlA。路线：下料——→锻造——→完全退火——→粗加工——→调质——→精加工——→去应力退火——→粗磨——→渗N——→精磨（相似题：某高速重载机床的齿轮要求具有良好的综合机械性能，表面高硬度（68～70HRC）、耐磨、耐腐蚀，硬化层深0.5mm，用35CrAlA钢制造。请写出其加工工艺路线,并说明各个热处理工序的作用。）直径为60mm的重型汽车弹簧，要求高弹性，硬度为38~40HRC材料选用55SiMnMoVNb下料——→正火——→粗加工——→淬火、中温回火——→精加工汽车、拖拉机发动机中的活塞销，要求表面硬（58~62HRC）而耐磨，工作中还承受较大的冲击载荷。

20Cr；…………汽车、拖拉机的变速箱齿轮多半用低碳渗碳钢制造，而机床变速箱多半用中碳（合金）钢来制造，请分析其原因，并分别为它们进行选材和制定加工路线，且说明热处理后的大致硬度。（Q235AF、40Cr、20CrMnTi、9Mn2V、GCr15）答：这是因为两种齿轮的工作环境不同，汽车、拖拉机变速器齿轮工作环境比较恶劣，对力学性能要求比机床高，特别是对表面硬度要求更高，所以要采用低碳钢进行渗碳热处理。而机床用中碳（合金）钢进行调质并表面热正理就能达到要求了。汽车齿轮：20CrMnTi下料——→锻造——→正火——→粗、半精加工——→渗C——→淬火——→低温回火——→磨削机床齿轮：40Cr（或45）下料——→锻造——→正火——→粗加工——→调质——→半精加工——→表面淬火——→低温回火——→磨削第四节常用金属材料--------碳素钢与合金钢1、钢中常存元素对碳钢性能的影响Mn：脱氧、除S，减少钢的脆性；提高强度硬度。Si：脱氧能力更强，有一定强化作用。S：形成FeS，引起钢在锻压时开裂——热脆；Mn可与S生成MnS，有一定塑性。P：降低塑韧性，引起冷脆。碳素钢一般P、S都是有害元素，但也有有利的一面：在S、P含量较多时，由于脆性较大，切屑易于脆断而形成断裂切屑，避免粘刀现象，改善切削加工性。低碳钢：Wc≤0.25%中碳钢:0.25%＜Wc≤0.60%高碳钢:Wc＞0.60%碳钢的分类碳素结构钢：用于制造工程构件和机械零件。低中碳钢。碳素工具钢:用于制造刃具、量具、模具等。高碳钢碳钢的牌号Wc%牌号牌号解释普通碳素结构钢0.06~0.38%Q+屈服点值—质量等级+脱氧方法质量等级:A、B、C、D中D最好；脱氧方法：F沸腾钢，b半镇静钢，Z镇静钢，TZ特殊镇静钢优质碳素结构钢0.08~0.75%平均含碳量的万倍（+Mn+F）含Mn量较高时才写Mn，沸腾钢时才写F碳素工具钢0.65~1.35%T+碳含量的千倍（+A）高级优质碳素结构钢时添A铸造碳钢0.15~0.6%ZG+屈服强度—抗拉强度碳钢的牌号Wc%牌号普通碳素结构钢0.06~0.38%Q+屈服点值—质量等级+脱氧方法优质碳素结构钢0.08~0.75%用两位数表示碳含量的万分数（+Mn）碳素工具钢0.65~1.35%T+碳含量的千分数（+A）铸造碳钢0.15~0.6%ZG+屈服强度—抗拉强度合金钢

工程构件用钢---低合金结构钢

低碳（<0.2%）

机械零件用钢合金工具钢——合金刃具、模具、量具钢特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金渗碳钢0.1~0.25合金调质钢0.25~0.5合金弹簧钢0.45~0.7滚动轴承钢0.95~1.15Wc合金结构钢一、合金结构钢（合金渗碳钢、调质钢、弹簧钢）

Wc的万分数+合金元素+WMe的百分数（+A（高级优质））如，18Cr2Ni4WA

二、合金工具钢：

Wc的千分数+合金元素+WMe的百分数（当Wc≥1%时，不标Wc值。）如，9SiCr、3Cr2W8V

三、滚动轴承钢：G+Cr+数字+合金元素+WMe的百分数

（Cr含量的千分数）如GCr15，平均含铬量为1.5％。

四、低合金高强度结构钢新牌号用（Q+屈服强度）来表示如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345。

1．20CrMnTi：表示平均含碳量为0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量元素Ti的合金结构钢；2．60Si2Mn：表示平均含碳量为0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量为1.5～2.5%的合金结构钢。9Cr2；ZG310-570；20CrMnTi；W9Mo3Cr4V；50CrVA；18Cr2Ni4WA；40Cr；GCr9；15Cr；Q255A；T7A；Q345；60Si2CrVA；30CrMnSi；08F；GCr15SiMn；35；T13；ZG200-400；38CrMoAlA；CrWMn；Q195；Q195；Q255A08F；35T7A；T13；ZG310-570；ZG200-40020CrMnTi；15Cr；18Cr2Ni4WA；GCr9；GCr15SiMn；40Cr；38CrMoAlA；30CrMnSi；50CrVA；60Si2CrVA；9Cr2；CrWMn；W9Mo3Cr4VQ345普通碳素结构钢：优质碳素结构钢：碳素工具钢：铸钢：合金渗碳钢：滚动轴承钢：合金调质钢：合金弹簧钢：合金工具钢：低合金高强度结构钢钢种的分类机械零件用钢Wc(%)热处理方法性能用途特点钢号举例合金渗碳钢0.1~0.25渗C+淬火+低回内韧外硬58~64HRC齿轮、凸轮、曲轴20CrMnTi合金调质钢0.25~0.5调质良好综合力学性能轴、连杆螺栓

40Cr调质+表面淬火+低回内韧外硬52~63HRC轴、机床齿轮40C