1第三章 机器零件用钢2主 要 内 容n调质钢n弹簧钢n渗碳钢n滚动轴承钢n特殊用途钢3基本要求： l了解各类钢的服役条件、对钢的基本性能要 求、化学成分特点和热处理特点； l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：l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Chapter 5 机械制造结构钢4简介用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。5拨叉变速齿轮变速箱齿轮曲轴汽车万向节连杆3.0 引言7弹簧拉力弹簧离合器弹簧蝶形弹簧板弹簧8滚珠滚珠轴承9履带铁轨分道叉破碎机颚板挖掘机斗齿10简介用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。3.1 机械零件用钢的性能要求力学性能要求较高的疲 劳强度较高的断 裂抗力较高的耐 磨性低的缺口 敏感性机器零件承载着反复同向或交变 的载荷作用机器零件承载着短时超负荷作用 ，强度要求高机器零件相互间存在相互滑动或 滚动机器零件形状复杂，存在台阶、 键槽、油孔12简介用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。按热处理状态分（使用状态）：1一般供应或正火状态碳钢或碳素易削钢；132淬火+回火状态: 按回火温度分为：高温回火调质钢； 中温回火弹簧钢；低温回火滚动轴承钢、超高强度钢。3化学热处理： 渗碳钢氮化用钢4高频淬火用钢高、中频淬火后低温回火使用 143-1 调质钢1.用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。 汽车万向节齿轮连杆曲轴调质件（冷却轮）破碎机主轴轴螺栓扩展螺栓支架螺栓马车螺栓连杆20一、工作条件、失效方式及性能要求 1工作条件（以轴类零件为例） 作用：传动力矩 受力：主要承受交变扭转、弯曲力；一定的冲击力配合处摩擦力。 2失效方式（1）磨损：由于硬度低，耐磨性差造成的。（2）疲劳断裂：弯曲疲劳、扭转疲劳 3性能要求（1）高强度，尤其是高的疲劳强度；（2）高硬度、高耐磨性；（3）塑性韧性好； 即，良好的综合力学性能。工程材料学二、调质钢的组织特点 调质钢具有良好的综合力学性能的原因与其在使用状态下组织为中碳回火索氏体有关。具有以下特点：(1)强化相为弥散均匀分布的粒状碳化物，可以保证有较高的塑变抗力和疲劳强度。(2)组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。(3)作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，其晶粒细小，使钢的冷脆倾向性大大减小。 3.2 调质钢22三.调质钢的化学成分：碳含量一般在0.30.5%之间； 主加合金元素： 辅加合金元素： 重要的调质钢一般都含有多种合金元素。 合金元素 SiMnCrNi含量范围 (wt%) 0.6-1.4 0.8-1.80.8-1.71.0-4.5合金元素 MoVWTiAlBMin.(wt% ) Max. 0.1 0.50.05 0.20.6 1.20.05 0.10.5 1.260HRC；高接触疲劳强度以免过早失效 保证材质、组织；一定韧度承受冲击，以免碎裂；尺寸稳定性好保证精度；一定耐蚀性大气、润滑油腐蚀。关键因素化学成分、冶金质量和加工工艺792工艺性能（1）高的淬硬性和必要的淬透性，以保证热处 理后获得高而均匀的硬度； （2）良好的加工艺性，冷、热成型性、切削、 磨削性； （3）良好的尺寸稳定性，在长期保存和使用过 程中能保持尺寸精度。 3冶金质量要求高纯度、非金属夹杂少、偏析、疏松、夹 杂物分布不均匀尽可能避免。80滚动轴承钢的化学成分特点1碳：0.95-1.15%，属于过共析钢 2铬：0.4-1.65%，目的是提高淬透性，提高 回火稳定性，提高耐蚀性，细化K，形成合金 渗碳体，提高耐磨性。对于大型轴承，为提高淬性加入Mn、Si等， 另外加入Mo、V、RE细化晶粒，减少疲劳裂 纹源。 3纯度要求高，P小于0.027%，S小于 0.02%，属于高级优质钢。工程材料学三、滚动轴承钢的牌号及其热处理应用最广的是GCr15钢，约占轴承用钢的90左右。国外所用轴承钢的成分，大体与GCr15钢相同。 3.5 滚动轴承钢滚动轴承钢的牌号G Cr9 Si Mn 滚动轴承钢含Cr量WCr 0.9 %含Si量WSi1.5 %含Mn量WMn1.5 %工程材料学1轴承钢的种类轧钢机械、矿山挖掘机械和其他一些受 冲击负荷较大的机械使用的轴承，要求表面 硬度高、耐磨性好，高的接触疲劳强度，心 部有一定的韧性、强度和硬度，选用渗碳钢 。常用的钢号有20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A 、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，经渗碳 淬火低温回火处理。 3.5 滚动轴承钢工程材料学250以上(航空发动机轴承有的达380)的轴承，由于温度高，使材料的硬度、耐磨性等性能显著下降，此时必须采用高温轴承钢。我国已试验和使用的高温轴承钢有Cr4Mo4V、W6Mo5Cr4V2、Cr14Mo4V、9Cr18Mo等。 3.5 滚动轴承钢工程材料学石油机械、造船工业及食品工业中的轴承常在酸、碱、盐等腐蚀介质中工作，要求具有良好的化学稳定性，因此需要采用不锈钢制造轴承，如9Cr18及9Cr18Mo钢等。 3.5 滚动轴承钢工程材料学2. GCr15轴承钢的热处理轴承钢一般要经过球化退火处理和淬火加低温回火处理，球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工 性，同时获得均匀分布的细粒状珠光体，为最终热处 理做好组织上的准备。轴承钢的淬火温度应严格控制，GCr15钢淬火温 度控制在(84010)范围内，淬火组织为隐晶马氏体 。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。其回火温度为150-160，回火时间 为2-3 h。3.5 滚动轴承钢工程材料学为了消除零件在磨削时产生的磨削应力，以及进一步稳定组织和尺寸，在磨削加工后再进行一次附加 回火，回火温度为120-150，回火时间为2-3 h。对于精密轴承，为了保证尺寸的稳定性，淬火后 立即进行冷处理，然后再回火，磨削加工后再进行一 次尺寸稳定性处理，在120-150保温5-10 h。GCr5钢经淬火回火处理后，钢的组织为：马氏体 (80)+残余奥氏体(10)+碳化物(10)，其硬度为 61-65HRC。3.5 滚动轴承钢88思考题:轴承钢在淬火热处理后,硬 度检验时不允许有明显的软点, 为什么?如出现软点,可能有哪些因 素造成的?893-6 特殊用途结构钢特殊用途结构钢有多种，如低温用钢、耐磨钢、无磁钢、易削钢、钢轨钢、大锻件用钢等。一低温用钢 1低温用钢的性能要求 （1）足够的低温强度，特别是屈服强度，可减轻结构重 量； （2）足够的刚度和韧性，尤其是低温韧性，一般要求 ak60J/cm2。 （3）良好的焊接性和冷加工性。低温用钢大部分是板材 ，需焊接或冷成型。要求良好的延伸率，一般碳钢不 低于16%，合金钢不低于14%。 （4）较好的耐蚀性。902低温用钢分类 （1）奥氏体型低温用钢奥氏体型低温用钢合金元素含量高，使用时应注意成本。最早使用的是18-8不锈钢，因为这种钢低温韧性较好（ 0Cr18Ni9和1Cr18Ni9）。但是，-200以下奥氏体不 稳定，研制了25Cr-20Ni是最稳定的奥氏体可用于- 268.9(液氮)，价格高。目前，为降低成本， 15Mn26Al4钢已开始使用。 （2）低碳马氏体型低温用钢这类钢是低碳，同时用大量的Ni提高低温韧性，含9%Ni 。热处理淬火+高温回火。可用于-196(制取液氮设备)。 （3）铁素体型低温用钢这类钢是降低碳及S、P含量，提高低温韧性。热处理是 正火或热轧，组织F+少量P。16MnRE、09MnV2RE等 。