华北理工金属材料学课件第8单元 机械零件用钢

金属材料学

主讲人：左桂福河北联合大学材料科学与工程学院

材料新产品研发实验过程模拟工作阶段创新性研发课题SCI论文发表博士研究生阶段

规范化毕设、SCI论文发表、计算材料学基础硕士研究生阶段

大材料知识拓展本科阶段课程的重要性主要内容金属热处理工程、机零钢合金化原理123章节安排第三单元：金属热处理原理

第一单元：绪论

第二单元：铁碳合金

第四单元：金属热处理工艺

第五单元：钢的合金化原理第七单元：工程构件结构钢

第六单元：钢的分类与编号、常见杂质、钢的性能指标

第八单元：机械零件结构钢

概述1渗碳钢2调质钢3目录第八章：机械零件钢4弹簧钢滚动轴承钢58.1概述1、定义：用于制造各种机器零件的钢种。2、按用途分类：调质钢（及低碳马氏体钢）、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳钢、超高强度钢、耐磨钢、易切削钢、低温用钢等.3、一般特点

力学性能为主，工艺性能为辅机器零件结构紧凑、配合准确、运转灵活并且安全长寿

4、典型零件服役条件、常见失效方式及性能要求1.应力特点（1）承受高负荷，甚至短时超负荷。（2）复杂应力。各种静载荷、交变应力、缺口、摩擦磨损、冲击（3）同时承受多种应力。8.2、渗碳钢1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。在高的渗碳温度（900℃～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大渗碳炉渗碳件—传动齿轮2、成分特点⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：

①提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B柴油机曲轴②强化铁素体：

Cr、Mn、Ni③细化晶粒：

W、Mo、Ti、V

主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。

用途连杆活塞销3、热处理特点渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火正火目的为调整硬度，便于切削加工。淬火温度一般为

Ac1+30-50℃。

4、使用状态下组织心部：M回+F表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)；

20CrMnTi钢制造齿轮的

热处理工艺曲线常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:930℃，回火：200℃）主要化学成分,%预备处理／淬火,℃CMnCr，Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880／800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880／870油钢号20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950／850空

880／780

油机械性能

bMPa

sMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

63一、定义

8.3调质钢调质件（冷却轮）破碎机主轴调质（淬火+高温回火）后使用的中碳合金结构钢。螺栓扩展螺栓支架螺栓马车螺栓连杆1.性能要求优良的综合力学性能要求较高的强度与良好的塑性与韧性相配合；或“高的淬透性”。

调质件（螺杆）调质后：屈服强度800~1000Mpa，

δ~10%，ak60~80J/cm-2σs>800MPa,σb>980MPa,δ>10%,Ψ>45%,ak>50J/cm22、热处理及组织特点调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配调质目的：获得良好综合力学性能使用状态下的组织为：S回(表面淬火+低温回火)→装配①为表面淬火作组织准备；②获得最终心部组织.表面：

M回；心部：S回为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。中碳wC=0.25~0.5%中合金wMe=3~7%：Mn,Cr,Si,Ni,B

有时加微量V，以细化晶粒高级优质wS,P≤0.025%回火脆性小W、Mo（一）成分特点Me作用-提高淬透性固溶强化（Si、Mn显著），细化晶粒（V、Ti、Al显著），提高基体韧性（Ni），提高回火稳定性（K元素），防第二类回火脆性（W、Mo）（二）典型牌号低淬透性合金调质钢DC水<10mm45DC油30~40mm40Cr、40MnB轻载，较小、简单件中淬透性合金调质钢

DC油40~60mm35CrMo、38CrSi中载、较大件、较复杂件调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）淬透性钢号主要成分,%淬火

℃回火

℃CMnSi

Cr低450.42~

0.500.50~

0.800.17~

0.37830~

840水580~

640空40Cr0.37~

0.450.50~

0.80Cr0.8

~1.10850油500

水，油中高35CrMo0.32~

0.400.40~

0.70Cr0.8

~1.10850油550

水，油38CrMoAlA0.35~

0.42Al0.7

~1.1Cr1.35

~1.65940

水，油640

水，油40CrMnMo0.37~

0.450.90~

1.20Cr0.9

~1.20850油600

水，油机械性能

bMPa

sMPaaKU2J

600

3553940MnB0.37~

0.441.10~

1.400.20~

0.40850油500

水，油98078547980785479808356398083571980785638.4、弹簧钢是用来制造弹簧和其它弹性零件的钢种。如拖拉机和火车上的板弹簧和螺旋弹簧。弹性比功是关键。应力σ应变εσe汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧弹簧丝（一）成分及性能特点1、弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件

⑴高的σs，

σs/σb；高的σ-1；足够的韧性⑵高的淬透性。2、成分特点⑴中高碳：碳素弹簧钢：0.6~0.9%C合金弹簧钢：0.45~0.7%C⑵合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Si③

细化晶粒：V加Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W,以↑钢的淬透性和回火抗力，强化铁素体加Mo、W、V、Nb，以↓因Si的加入造成的脱C敏感性汽车弹簧弹簧丝3、热处理及组织特点⑴冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250~300℃)。用于<φ10mm弹簧。（二）典型牌号60Si2Mn含Si、Mn元素的合金弹簧钢，用于制造截面尺寸≤25mm的弹簧，如汽车脱拉机的板弹簧50CrVA含Cr、V元素的合金弹簧钢，用于截面≤30mm并在350～400℃工作的重载弹簧，如阀门弹簧8.5、

滚动轴承钢高硬度、高耐磨、高碳的铬轴承钢，含C量在0.9~1.11%含Cr0.5~1.65%用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。1、性能要求轴承工作时,承受接触应力(达3000~3500MPa)、周期性交变圆柱滚子轴承自动调心球轴承载荷(频率达数万次/分)和摩擦。⑴高而均匀的硬度和耐磨性。⑵高的

b和接触疲劳强度。⑶足够的韧性、淬透性和耐蚀性.推力球轴承滚针轴承2、成分特点⑴高碳：0.9~1.10%C⑵合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。Cr、Mn、Si：↑淬透性推力球轴承Cr:（0.50～1.65%）①↑钢的淬透性，②形成合金渗碳体，阻A晶粒长大；↑耐磨性；③

Cr↑耐蚀性④Cr↑回火稳定性滚动轴承钢的牌号G

Cr9

Si