《工程材料》配套PPT

《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 2022/10/11了解機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制；了解機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制；滲碳鋼、調(diào)質(zhì)零件、彈簧、滾動(dòng)軸承的服役條滲碳鋼、調(diào)質(zhì)零件、彈簧、滾動(dòng)軸承的服役條件及對(duì)鋼的基本性能要求，化學(xué)成分特點(diǎn)和件及對(duì)鋼的基本性能要求，化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)；熱處理特點(diǎn)；掌握上述各機(jī)器零件用鋼的組織性能特點(diǎn)及用掌握上述各機(jī)器零件用鋼的組織性能特點(diǎn)及用途途。本章教學(xué)本章教學(xué)基本基本要求要求第第3章章 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼machinery constructional steel2022/10/11本章內(nèi)容3.1概述概述3.2調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.3非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼3.4彈簧鋼彈簧鋼3.5滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼3.7 合金滲碳鋼合金滲碳鋼3.8 氮化鋼氮化鋼3.9 低淬透性鋼低淬透性鋼3.10 耐磨鋼耐磨鋼3.11 零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路2022/10/11 一、應(yīng)用背景一、應(yīng)用背景：機(jī)器零件用鋼也稱(chēng)機(jī)械制造結(jié)構(gòu)用鋼，是用于機(jī)器零件用鋼也稱(chēng)機(jī)械制造結(jié)構(gòu)用鋼，是用于制造各種機(jī)械零件的鋼種制造各種機(jī)械零件的鋼種。機(jī)器零件用鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)機(jī)器零件用鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，如各種齒輪零件、軸（桿）類(lèi)零件、展起來(lái)的，如各種齒輪零件、軸（桿）類(lèi)零件、彈簧、軸承及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件等。廣泛應(yīng)用在汽彈簧、軸承及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件等。廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、飛車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、飛機(jī)及火箭等裝置上。機(jī)及火箭等裝置上。3.1概述概述2022/10/11撥叉撥叉變速齒輪變速齒輪變速箱變速箱2022/10/11齒輪齒輪曲軸曲軸汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)連桿連桿2022/10/11彈簧彈簧離合器彈簧離合器彈簧蝶形彈簧蝶形彈簧板彈簧板彈簧拉力彈簧拉力彈簧2022/10/11滾珠軸承滾珠軸承滾珠軸承滾珠軸承調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承 2022/10/11履帶履帶鐵軌分道叉鐵軌分道叉破碎機(jī)顎板破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒挖掘機(jī)斗齒2022/10/11 受載情況受載情況：主要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎：主要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，或者承受多種曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，或者承受多種載荷的交互作用。載荷的交互作用。服役環(huán)境服役環(huán)境：大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在：大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在-5050100100。要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確以及零件間有合適的要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確以及零件間有合適的公差配合等公差配合等。由此便決定機(jī)器零件用鋼在性能上要求與工程構(gòu)件由此便決定機(jī)器零件用鋼在性能上要求與工程構(gòu)件用鋼有所不同用鋼有所不同。二、機(jī)器零件用鋼的服役條件二、機(jī)器零件用鋼的服役條件2022/10/11良好的強(qiáng)度和韌性良好的強(qiáng)度和韌性 以保證機(jī)器零件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊及安全性以保證機(jī)器零件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好；好；良好的疲勞性能與耐磨性等良好的疲勞性能與耐磨性等 因此對(duì)機(jī)器零件用鋼必須進(jìn)行熱處理強(qiáng)化以因此對(duì)機(jī)器零件用鋼必須進(jìn)行熱處理強(qiáng)化以充分發(fā)揮鋼材的性能潛力，所以機(jī)器零件用鋼充分發(fā)揮鋼材的性能潛力，所以機(jī)器零件用鋼的的使用狀態(tài)通常為淬火加回火態(tài)，即強(qiáng)化態(tài)。使用狀態(tài)通常為淬火加回火態(tài)，即強(qiáng)化態(tài)。三、機(jī)器零件用鋼對(duì)力學(xué)性能要求三、機(jī)器零件用鋼對(duì)力學(xué)性能要求2022/10/11 機(jī)器零件用鋼制造工藝繁多機(jī)器零件用鋼制造工藝繁多：熱加工：鑄造、軋制、擠壓、拉拔、鍛造、焊接、熱熱加工：鑄造、軋制、擠壓、拉拔、鍛造、焊接、熱處理。處理。冷加工：車(chē)、銑、刨、磨冷加工：車(chē)、銑、刨、磨等等。等等。通常機(jī)器零件的制造工藝流程為：通常機(jī)器零件的制造工藝流程為：其中以其中以切削加工性能切削加工性能和和熱處理工藝性能熱處理工藝性能為機(jī)器零件用鋼為機(jī)器零件用鋼的主要工藝性能；的主要工藝性能；型材型材改鍛改鍛預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理精加工精加工四四、機(jī)器零件對(duì)工藝性能的要求、機(jī)器零件對(duì)工藝性能的要求2022/10/11 五、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn)五、機(jī)器零件用鋼合金化特點(diǎn) 主加主加元素元素 Cr、Mn、Si、Ni。主要作用：主要作用：淬透性和力學(xué)性能。淬透性和力學(xué)性能。輔加輔加元素元素 Mo、W、V等等 過(guò)熱敏感性，過(guò)熱敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。最佳最佳范圍范圍 獲得最佳性能獲得最佳性能稱(chēng)為稱(chēng)為極限合金化理論極限合金化理論 結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：1.2%Si,2%Mn，12%Cr,14%Ni，0.5%Mo，0.2%V,0.1%Ti，0.40.8%W。或是單獨(dú)加入，或是復(fù)合加入。或是單獨(dú)加入，或是復(fù)合加入。2022/10/11六、機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度與韌性性性能能指指標(biāo)標(biāo) 機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼均承受拉、壓、扭機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼均承受拉、壓、扭等交變應(yīng)力，大部分是整體受力。等交變應(yīng)力，大部分是整體受力。其主要失效形式是其主要失效形式是疲勞破壞疲勞破壞，主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)-1、Rm、AK、KIC等。等?？傮w上要求良好的綜合力學(xué)性能?？傮w上要求良好的綜合力學(xué)性能。強(qiáng)度設(shè)計(jì)：強(qiáng)度設(shè)計(jì)：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化韌度設(shè)計(jì)：韌度設(shè)計(jì)：沖擊韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、斷裂韌性。沖擊韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、斷裂韌性。根據(jù)服役條件合理選擇含碳量和熱處理工藝；根據(jù)服役條件合理選擇含碳量和熱處理工藝；材料不是唯一的，熱處理也是多種多樣的。材料不是唯一的，熱處理也是多種多樣的。2022/10/11七、零件材料和工藝選擇途徑七、零件材料和工藝選擇途徑9選擇采用淬火選擇采用淬火+高溫回火。回火索氏體型，高溫回火。回火索氏體型，為為耐磨性，可進(jìn)行滲氮處理或高耐磨性，可進(jìn)行滲氮處理或高 頻感應(yīng)加頻感應(yīng)加熱淬火等表面硬化工藝方法。熱淬火等表面硬化工藝方法。1 1、對(duì)于要求良好綜合力學(xué)性能，、對(duì)于要求良好綜合力學(xué)性能，軸類(lèi)零件為典型軸類(lèi)零件為典型:中碳鋼中碳鋼2022/10/11 2、如要求更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌、如要求更高的強(qiáng)度，則適當(dāng)犧牲塑韌性。中碳鋼，可選擇采用低溫回火工藝。如性。中碳鋼，可選擇采用低溫回火工藝。如低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用較多。低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用較多。3、如要求高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，又、如要求高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，又要有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，要有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，進(jìn)行中溫回火。如彈簧鋼。進(jìn)行中溫回火。如彈簧鋼。4、零件要求高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲、零件要求高強(qiáng)度、高硬度，高接觸疲勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬火火+低溫回火。如軸承鋼。低溫回火。如軸承鋼。2022/10/11本章內(nèi)容 3.1概述概述3.2調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.3非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼3.4彈簧鋼彈簧鋼3.5滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼3.7 合金滲碳鋼合金滲碳鋼3.8 氮化鋼氮化鋼3.9 低淬透性鋼低淬透性鋼3.10 耐磨鋼耐磨鋼3.11 零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路2022/10/113.2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼hadened and tempered steel 淬火高溫回火淬火高溫回火后使用后使用的中碳鋼或中碳合金鋼為的中碳鋼或中碳合金鋼為調(diào)質(zhì)鋼，是機(jī)械制造業(yè)中調(diào)質(zhì)鋼，是機(jī)械制造業(yè)中用量最大的鋼種。用量最大的鋼種。調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)件（螺桿）2022/10/11 汽車(chē)半軸汽車(chē)半軸 a)一端法蘭式一端法蘭式;b)二端花鍵式二端花鍵式;c)變截面臺(tái)階式變截面臺(tái)階式 M7150A砂輪主軸砂輪主軸汽汽 拖用連桿拖用連桿2022/10/11T615K鏜床鏜桿鏜床鏜桿S7332 螺紋磨床絲杠螺紋磨床絲杠2022/10/11優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（G/T6991999）：）：08F鋼汽車(chē)外殼、儀器儀表外殼（碳量萬(wàn)分制）1025冷沖壓件和焊接件，（滲碳鋼）3555齒輪、軸類(lèi)零件（調(diào)質(zhì)鋼）6070彈簧鋼、鋼絲繩優(yōu)質(zhì)合金鋼是在上述成分基礎(chǔ)上添加一元或多元合金構(gòu)成。補(bǔ)充說(shuō)明補(bǔ)充說(shuō)明2022/10/11圖圖3-1 含含0.250.45%C的合金鋼的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后室溫性能變化經(jīng)調(diào)質(zhì)后室溫性能變化圖圖3-2屈服強(qiáng)度相同的碳鋼和合金屈服強(qiáng)度相同的碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化 3.2.1 3.2.1 調(diào)質(zhì)鋼淬透性原則調(diào)質(zhì)鋼淬透性原則0.25-0.45%的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后室溫性能大致相同，強(qiáng)度差后室溫性能大致相同，強(qiáng)度差異異10%10%，但，但斷面收縮率差異斷面收縮率差異較大較大。2022/10/11淬火高溫回火淬火高溫回火淬火：淬火：Ac3以上，油淬。以上，油淬?；鼗穑夯鼗穑?00-650，獲得，獲得回火索氏體，但應(yīng)注意第回火索氏體，但應(yīng)注意第二類(lèi)回火脆性。二類(lèi)回火脆性。有時(shí)為了獲得高強(qiáng)度，調(diào)質(zhì)鋼也有時(shí)為了獲得高強(qiáng)度，調(diào)質(zhì)鋼也可進(jìn)行可進(jìn)行低溫（低溫（200-250200-250）回火回火，適當(dāng)犧牲塑性、韌性，獲得回火馬適當(dāng)犧牲塑性、韌性，獲得回火馬氏體。氏體。A3A1500-650圖圖3-3高溫回火工藝高溫回火工藝淬透性原則：淬透性原則：淬透性相同的同類(lèi)調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用淬透性相同的同類(lèi)調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用2022/10/11調(diào)質(zhì)鋼組織特點(diǎn)調(diào)質(zhì)鋼組織特點(diǎn)調(diào)質(zhì)后得到回火索氏體，其特點(diǎn)調(diào)質(zhì)后得到回火索氏體，其特點(diǎn)是：是：1.鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳化物，起化物，起彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化，溶入基體的，溶入基體的碳與合金元素起碳與合金元素起固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化，這樣，這樣保證了高強(qiáng)度；保證了高強(qiáng)度；2.均勻分布的均勻分布的細(xì)小細(xì)小粒狀碳化物，粒狀碳化物，保證良好的塑性、韌性；保證良好的塑性、韌性；3.由淬火馬氏體轉(zhuǎn)變來(lái)的索氏體，由淬火馬氏體轉(zhuǎn)變來(lái)的索氏體，晶粒細(xì)小，使得晶粒細(xì)小，使得韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。以上組織特點(diǎn)使調(diào)質(zhì)鋼具有以上組織特點(diǎn)使調(diào)質(zhì)鋼具有強(qiáng)度、塑性和韌性的良好綜合性強(qiáng)度、塑性和韌性的良好綜合性能能圖圖3-4 45#3-4 45#調(diào)質(zhì)處理后調(diào)質(zhì)處理后的回火索氏體的回火索氏體2022/10/11 3.2.2 3.2.2、合金化及常用鋼、合金化及常用鋼 含碳量在含碳量在0.250.45%。常用合金元素作用：。常用合金元素作用：Mn：淬透性，但淬透性，但過(guò)熱傾向，過(guò)熱傾向，回脆傾向；回脆傾向；Cr：淬透性，淬透性，回穩(wěn)性，但回穩(wěn)性，但回脆傾向；回脆傾向；Ni:基體韌度，基體韌度，Ni-Cr復(fù)合復(fù)合淬透性，淬透性，回脆回脆；Mo：淬透性，淬透性，回穩(wěn)性，細(xì)晶，回穩(wěn)性，細(xì)晶，回脆傾向；回脆傾向；V：有效細(xì)晶，：有效細(xì)晶，(淬透性淬透性)，過(guò)熱敏感性。過(guò)熱敏感性。2022/10/11 40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼，其臨界淬透直徑分別為2530mm、4060mm、60100mm。圖圖3-5不同合金化對(duì)鋼淬透性的影響（不同合金化對(duì)鋼淬透性的影響（DC為油淬臨界直徑）為油淬臨界直徑）低淬透性鋼Dc 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi 40Cr 40CrNiMo思考：以思考：以Mn代代Ni，在性能上有什么差別？，在性能上有什么差別？2022/10/11 3.2.3 3.2.3、調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展、調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展正確正確認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)性能性能指標(biāo)指標(biāo) Rm、ReL、A、Z是綜合力學(xué)性能，是綜合力學(xué)性能，但有些重要零件應(yīng)以但有些重要零件應(yīng)以AK、-1、KIC來(lái)來(lái)衡量。衡量。由于服役條件差異，鋼最佳綜合性由于服役條件差異，鋼最佳綜合性能也不一定都是高溫回火態(tài)好能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件。零件在承受沖擊能量大時(shí)，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些，在承受沖擊能量大時(shí)，鋼強(qiáng)度應(yīng)低些，塑性和韌度宜高些塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時(shí)，；沖擊能量較小時(shí)，強(qiáng)度應(yīng)高些。以達(dá)最佳配合。強(qiáng)度應(yīng)高些。以達(dá)最佳配合。低碳馬氏體鋼和非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計(jì)理念低碳馬氏體鋼和非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計(jì)理念2022/10/11綜合綜合強(qiáng)化強(qiáng)化工藝工藝 如復(fù)合熱處理，即熱處理強(qiáng)化、表面如復(fù)合熱處理，即熱處理強(qiáng)化、表面處理及形變強(qiáng)化工藝結(jié)合起來(lái)。如汽車(chē)轉(zhuǎn)處理及形變強(qiáng)化工藝結(jié)合起來(lái)。如汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)圓角處進(jìn)行高頻淬火處理后，疲勞壽向節(jié)圓角處進(jìn)行高頻淬火處理后，疲勞壽命提高了命提高了5050倍倍冷變冷變形形鍛造鍛造余熱余熱淬火淬火 如滾壓、噴丸等如滾壓、噴丸等冷變形冷變形方法的效果也比方法的效果也比較好較好,能提高零件壽命能提高零件壽命 既能節(jié)約能源、簡(jiǎn)化工序，又能細(xì)化組既能節(jié)約能源、簡(jiǎn)化工序，又能細(xì)化組織，提高零件的強(qiáng)韌性。如柴油機(jī)連桿，織，提高零件的強(qiáng)韌性。如柴油機(jī)連桿，已普遍采用鍛造余熱淬火工藝已普遍采用鍛造余熱淬火工藝2022/10/113.3 非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼 non hardened and tempered steel3.3.1、微合金元素對(duì)強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn)微合金元素對(duì)強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn) 非調(diào)質(zhì)鋼組織：主要是非調(diào)質(zhì)鋼組織：主要是F+P+彌散析出彌散析出K。主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。主要強(qiáng)化作用：細(xì)化組織和相間沉淀。微合金化元素：微合金化元素：Ti、Nb、V、N等元素，等元素，V是主要的。是主要的。多元適量，復(fù)合加入：多元適量，復(fù)合加入：Nb-V-N和和Ti-V等等 主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。主要貢獻(xiàn)是細(xì)化組織。2022/10/11牌號(hào)牌號(hào)CSiMnCrVNbTi其他其他27MnSiVS6(德德)0.260.701.500.100.02S1000(法法)0.470.361.550.140.120.0650.03 Mo30(俄俄)0.300.551.00.600.20.171524MoV(美美)0.220.351.540.110.11 MoNC33HFB(日日)0.330.241.460.060.010.01NAHF50B(日日)0.35 0.400.15 0.351.30 1.600.05 0.1545VNbN(中中)0.440.140.790.100.110.02N表表3.1復(fù)合微合金化非調(diào)質(zhì)鋼典型成分復(fù)合微合金化非調(diào)質(zhì)鋼典型成分2022/10/11 圖圖3-6Mn對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼韌度的影響對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼韌度的影響 圖3-7 V、Ti、Nb對(duì)對(duì) 強(qiáng)度的影響強(qiáng)度的影響2022/10/11 3.3.23.3.2、獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素 相間相間析出析出沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化細(xì)化組織細(xì)化組織工藝參數(shù)工藝參數(shù)是關(guān)鍵是關(guān)鍵 細(xì)化組織和沉細(xì)化組織和沉淀析出要協(xié)調(diào)淀析出要協(xié)調(diào)控制軋制控制軋制控制冷卻控制冷卻 決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果決定各種強(qiáng)化機(jī)制的效果2022/10/11 3.3.3、組織因素對(duì)強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小組織因素對(duì)強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小 間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化量間隙型碳氮化合物沉淀析出的強(qiáng)化量一般認(rèn)為可提高一般認(rèn)為可提高150400 MPa，甚至可達(dá)，甚至可達(dá)到到600 MPa。細(xì)化組織強(qiáng)化量大約在細(xì)化組織強(qiáng)化量大約在50 300 MPa，脆化矢量為脆化矢量為-0.66/MPa。其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降低韌度其它強(qiáng)化機(jī)制都不同程度地降低韌度2022/10/11 3.4 彈簧鋼彈簧鋼spring steel 3.4.1、彈簧的服役條件及性能要求、彈簧的服役條件及性能要求 彈簧功能彈簧功能儲(chǔ)能減振儲(chǔ)能減振彈簧類(lèi)型彈簧類(lèi)型板簧，螺簧；板簧，螺簧；壓簧、拉簧和扭簧等壓簧、拉簧和扭簧等2022/10/11 典型的螺旋彈簧及板簧典型的螺旋彈簧及板簧壓縮螺簧壓縮螺簧拉伸螺簧拉伸螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧單板彈簧單板彈簧橢圓板簧橢圓板簧疊形板簧疊形板簧2022/10/11汽車(chē)板簧汽車(chē)板簧2022/10/11火車(chē)彈簧火車(chē)彈簧轎車(chē)彈簧轎車(chē)彈簧2022/10/11板簧板簧彎曲載荷彎曲載荷螺簧螺簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞破壞疲勞破壞彈性減退彈性減退 高的彈性極限高的彈性極限e e、屈強(qiáng)比、屈強(qiáng)比s s/b b彈性彈性；高的高的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度-1 避免早期疲勞破壞；避免早期疲勞破壞；有足夠的塑性和韌性有足夠的塑性和韌性 不產(chǎn)生脆性斷裂；不產(chǎn)生脆性斷裂；足夠的淬透性足夠的淬透性 保證保證e和整體強(qiáng)度和整體強(qiáng)度 其他要求其他要求:冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量2022/10/11思考題：思考題：為什么彈簧要求有好的為什么彈簧要求有好的表面質(zhì)量表面質(zhì)量，如表面不允許有如表面不允許有裂紋裂紋、折迭折迭、嚴(yán)重脫碳等缺嚴(yán)重脫碳等缺陷陷?2022/10/113.4.2、常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝、常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝 合金化：合金化：含碳量在含碳量在0.601.05,低合金彈簧鋼在低合金彈簧鋼在0.400.74C。+Si、Mn、Cr、V等合金元素。等合金元素。Cr和和Mn主主要是提高淬透性，要是提高淬透性，Si提高彈性極限，提高彈性極限，V提高提高淬透性和細(xì)化晶粒。淬透性和細(xì)化晶粒。2022/10/11熱處理熱處理工藝工藝淬火和淬火和中溫回火中溫回火 回火回火屈氏體屈氏體 具有一定的沖擊韌度，較高的彈性極具有一定的沖擊韌度，較高的彈性極限、屈強(qiáng)比和最高的疲勞強(qiáng)度限、屈強(qiáng)比和最高的疲勞強(qiáng)度回火溫度回火溫度:彈性參數(shù)和韌性參數(shù)之間的彈性參數(shù)和韌性參數(shù)之間的 平衡或最佳配合。平衡或最佳配合。2022/10/11圖圖3-8 60Si2Mn3-8 60Si2Mn鋼力學(xué)性能與回火鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系溫度的關(guān)系圖3-9 55Si2Mn鋼疲勞極限隨回火溫度的變化AcmA1Ms350-5002022/10/11 60Si2Mn:Si、Mn復(fù)合復(fù)合,強(qiáng)化強(qiáng)化F,e e，s/b可達(dá)到可達(dá)到0.80.9；Si/Mn 淬透性，淬透性，Ms不過(guò)分不過(guò)分,開(kāi)裂傾向小開(kāi)裂傾向小;Si有效有效回穩(wěn)性回穩(wěn)性,但但脫脫C傾向傾向;Si、Mn復(fù)合，脫碳和過(guò)熱敏感性較硅鋼、錳復(fù)合，脫碳和過(guò)熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小鋼為小.常用硅錳板簧鋼有常用硅錳板簧鋼有60Si2Mn、55Si2Mn等等2022/10/11常用螺旋彈簧鋼有常用螺旋彈簧鋼有50CrVA等。等。50CrVA:Cr、V均均回穩(wěn)性回穩(wěn)性,韌性好韌性好；V 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒,過(guò)熱敏感性過(guò)熱敏感性;含含Si少少,脫脫C敏感性敏感性,熱處理不易脫熱處理不易脫C;常用于受應(yīng)力高的螺旋彈簧及常用于受應(yīng)力高的螺旋彈簧及10mm)表面噴丸目的是使其表面強(qiáng)化并形成殘余應(yīng)力，減少表面缺陷的不良影響，提高疲勞強(qiáng)度。大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧圖圖3-10 653-10 65鋼淬火中溫回火組織鋼淬火中溫回火組織2022/10/11 板簧最適合形變強(qiáng)化板簧最適合形變強(qiáng)化:滾壓滾壓、噴丸等冷變形強(qiáng)化強(qiáng)化都能有效地提噴丸等冷變形強(qiáng)化強(qiáng)化都能有效地提高高板簧使用壽命，如結(jié)合高溫形變熱處理則更好板簧使用壽命，如結(jié)合高溫形變熱處理則更好板簧噴丸作用舉例板簧噴丸作用舉例:疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度(MPa)板厚板厚/mm 未噴丸未噴丸 噴丸噴丸 應(yīng)力噴丸應(yīng)力噴丸 13 390 470 800 11 350 700 8502022/10/113.5滾動(dòng)軸承鋼roller bearing steel圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承自動(dòng)調(diào)心球軸承自動(dòng)調(diào)心球軸承2022/10/11滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承滾珠軸承滾珠軸承大大型型軸軸承承2022/10/11 3.5.1、滾動(dòng)軸承鋼的工作特點(diǎn)及性能要求、滾動(dòng)軸承鋼的工作特點(diǎn)及性能要求 滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體（珠、柱、滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體（珠、柱、錐、錐、針）及保持器組成。針）及保持器組成。圖圖3-11滾珠軸承不同部位的鋼球受力情況滾珠軸承不同部位的鋼球受力情況2022/10/11工工作作條條件件高負(fù)荷高負(fù)荷最大接觸應(yīng)力可高達(dá)最大接觸應(yīng)力可高達(dá)30005000MPa高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速 循環(huán)周次高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)次；循環(huán)周次高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)次；高靈敏度高靈敏度 精度要求高精度要求高磨損、麻點(diǎn)磨損、麻點(diǎn)噪音噪音2022/10/11性性能能要要求求 高而均勻高而均勻的硬度和耐磨性的硬度和耐磨性足夠足夠淬透性和淬硬性，淬透性和淬硬性，60HRC；高高接觸疲勞強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度以免過(guò)早失效以免過(guò)早失效保證材質(zhì)、組織；保證材質(zhì)、組織；一定一定韌度韌度承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂；尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定性好性好保證精度；保證精度；一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤(rùn)滑油腐蝕。大氣、潤(rùn)滑油腐蝕。關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素 化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和加工工藝化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和加工工藝2022/10/11 3.5.2、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化、軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化10冶金冶金質(zhì)量質(zhì)量要求要求 純凈純凈夾雜物要少：主要有各種夾雜物要少：主要有各種氧化物（如氧化物（如A12O3）和硅酸鹽等；）和硅酸鹽等；危害程度依次遞減：危害程度依次遞減：A12O3 球球狀不變形夾雜狀不變形夾雜鋁硅酸鹽。鋁硅酸鹽。接觸面小接觸面小應(yīng)力集中大應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻材質(zhì)純凈、組織均勻2022/10/11 圖3-12氧化物夾雜數(shù)量對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響氧化物夾雜數(shù)量對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響2022/10/11軸承鋼軸承鋼合金合金化化1.01.10 不標(biāo)不標(biāo)碳碳。在鋼號(hào)前冠以在鋼號(hào)前冠以“G”（滾），（滾），Cr的含量用千分之幾表示，的含量用千分之幾表示，如如 GCr15，GCrl5SiMn、G20CrNiMo、95Cr18。Cr含量含量?組織組織特點(diǎn)特點(diǎn) 經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織：經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織：M中含中含0.50.6%C；隱晶；隱晶M基體上分布基體上分布細(xì)小均勻的粒狀細(xì)小均勻的粒狀K，體積分?jǐn)?shù)約，體積分?jǐn)?shù)約78%，一般可有少量一般可有少量AR。負(fù)荷較小時(shí)負(fù)荷較小時(shí),為提高為提高-1-1，可設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)M中中約約含含0.45%C0.45%C，K體積分?jǐn)?shù)約體積分?jǐn)?shù)約5%5%。鋼中總鋼中總含碳量應(yīng)含碳量應(yīng)2022/10/11圖圖3-13 3-13 高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關(guān)系高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關(guān)系2022/10/11圖圖3-14 3-14 GCr15軸承鋼中未溶軸承鋼中未溶K量與疲勞壽命間的關(guān)系量與疲勞壽命間的關(guān)系2022/10/11組組織織均均勻勻 碳化物細(xì)小均布。主要有三類(lèi)碳化物細(xì)小均布。主要有三類(lèi)K：K液析液析 結(jié)晶時(shí)枝晶偏析而存在結(jié)晶時(shí)枝晶偏析而存在高溫?cái)U(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重；高溫?cái)U(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重；帶狀帶狀K 軋制時(shí)二次碳化物偏析軋制時(shí)二次碳化物偏析高溫?cái)U(kuò)散退火；高溫?cái)U(kuò)散退火；網(wǎng)狀網(wǎng)狀K冷卻時(shí)在晶界析出冷卻時(shí)在晶界析出正火正火2022/10/11 圖圖 3-16 網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物 500 圖圖3-15 碳化物液析碳化物液析 500 2022/10/11 圖圖3-17 帶狀碳化物帶狀碳化物 500 2022/10/11 3.5.3、高碳鉻軸承鋼的熱處理、高碳鉻軸承鋼的熱處理 工藝特點(diǎn)是簡(jiǎn)單而要求高。工藝特點(diǎn)是簡(jiǎn)單而要求高。熱熱處處理理特特點(diǎn)點(diǎn) 球化退火球化退火為最終淬火作組織準(zhǔn)備為最終淬火作組織準(zhǔn)備淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大影響淬回火工藝參數(shù)對(duì)疲勞壽命有很大影響一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱160保溫保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度或更長(zhǎng)回火，硬度6266HRC 如要求消除如要求消除AR 淬火后立即冷處理淬火后立即冷處理,而后立即低溫回火。而后立即低溫回火。2022/10/11 圖圖3-193-19回火溫度回火溫度對(duì)對(duì)GCr15鋼力學(xué)性鋼力學(xué)性能的影響能的影響AcmA1Ms150-2502022/10/11 圖圖3-20 軸承鋼深冷處理溫度對(duì)殘留奧氏體量的影響軸承鋼深冷處理溫度對(duì)殘留奧氏體量的影響 1-GCr15，850淬火；淬火；2-Cr15SiMn，830淬火淬火1-GCr15，850淬火淬火2-Cr15SiMn，830淬火淬火2022/10/11思考題思考題:軸承鋼在淬火熱處理后軸承鋼在淬火熱處理后,硬硬度檢驗(yàn)時(shí)不允許有明顯的軟點(diǎn)度檢驗(yàn)時(shí)不允許有明顯的軟點(diǎn),為什么為什么?如出現(xiàn)如出現(xiàn)軟點(diǎn)軟點(diǎn),可能有哪些因可能有哪些因素造成的素造成的?2022/10/11例題：例題：GCr15軸承鋼及熱處理軸承鋼及熱處理鍛（軋）球化退火（780810連續(xù)冷卻和等溫轉(zhuǎn)變）機(jī)械加工淬火（830860）低溫回火（160）（或-70冷處理低溫回火）磨加工附加低溫時(shí)效（120150，13次）最佳組織最佳組織：回火馬氏體碳化物殘余奧氏體組織，硬度6266HRC。2022/10/11球化退火球化退火目的：為得到粒狀，分布均勻的珠光體，為淬火目的：為得到粒狀，分布均勻的珠光體，為淬火做組織準(zhǔn)備，連續(xù)冷卻效果好。做組織準(zhǔn)備，連續(xù)冷卻效果好。圖圖3-21 GCr15鋼的球化退化工藝鋼的球化退化工藝a）普通球化退火）普通球化退火b）等溫球化退化）等溫球化退化2022/10/11圖圖3-22 GCr15正常鍛后空冷組織正常鍛后空冷組織圖圖3-24 GCr15球化退火組織球化退火組織圖圖3-23 GCr15非正常鍛后空冷組織非正常鍛后空冷組織2022/10/11圖圖圖圖3.25 GCr153.25 GCr15鋼淬火溫度對(duì)沖擊韌性和接觸疲勞壽命的影響鋼淬火溫度對(duì)沖擊韌性和接觸疲勞壽命的影響鋼淬火溫度對(duì)沖擊韌性和接觸疲勞壽命的影響鋼淬火溫度對(duì)沖擊韌性和接觸疲勞壽命的影響（試驗(yàn)條件：退火組織中碳化物顆粒平均尺寸為（試驗(yàn)條件：退火組織中碳化物顆粒平均尺寸為（試驗(yàn)條件：退火組織中碳化物顆粒平均尺寸為（試驗(yàn)條件：退火組織中碳化物顆粒平均尺寸為0.40.4 mm，接觸，接觸，接觸，接觸壓壓力力力力為為5000MPa5000MPa）830-860830-860合適合適合適合適2022/10/11 Gr15正常的淬火、正常的淬火、回火組織：回火組織：黑區(qū)黑區(qū)為為 回火回火隱針馬隱針馬氏體氏體 亮區(qū)亮區(qū)為為 回火細(xì)小的回火細(xì)小的針狀馬氏體少量殘針狀馬氏體少量殘余奧氏體余奧氏體 白色小顆粒白色小顆粒為碳化為碳化物物圖圖3-26 GCr15 850淬火，淬火，160回火回火2022/10/11本章內(nèi)容 3.1概述概述 3.2調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 3.3 非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 3.4 彈簧鋼彈簧鋼3.5滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼3.7合金滲碳鋼合金滲碳鋼3.8 氮化鋼氮化鋼3.10 耐磨鋼耐磨鋼3.11 零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路2022/10/113.7 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 Alloy carburizing steel 零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作應(yīng)力、摩擦等工況下工作 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞是主要失效形式是主要失效形式 表面應(yīng)具有高硬度、高接表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性，觸疲勞抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韌性而心部有一定塑韌性 滲碳鋼、滲氮滲碳鋼、滲氮鋼、感應(yīng)加熱淬鋼、感應(yīng)加熱淬火鋼等火鋼等 這類(lèi)這類(lèi)鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過(guò)某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌過(guò)某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等2022/10/11各種類(lèi)型的齒輪各種類(lèi)型的齒輪2022/10/113.7.1 合金滲碳鋼合金滲碳鋼的合金化的合金化一般含碳量在一般含碳量在0.120.25 保證得到強(qiáng)韌保證得到強(qiáng)韌性好的板條性好的板條M常用合金常用合金化元素化元素 Mn、Cr、Ni主要主要淬透性淬透性 Ti、V、W、Mo細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒 滲碳層性能滲碳層性能:表層碳量、表層濃度梯度和滲層深度表層碳量、表層濃度梯度和滲層深度 滲碳層深度根據(jù)零件需要確定滲碳層深度根據(jù)零件需要確定。原則上，。原則上，滲碳層深度滲碳層深度應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度。應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度。0.8-1.05%C0.8-1.05%C表層表層2022/10/11心部強(qiáng)度心部強(qiáng)度滲層厚度滲層厚度表層強(qiáng)度表層強(qiáng)度外應(yīng)力外應(yīng)力強(qiáng)強(qiáng)度度距離距離表面碳濃度太高表面碳濃度太高滲層太淺滲層太淺 圖圖3-28 滲碳零件受力與滲層厚度的關(guān)系滲碳零件受力與滲層厚度的關(guān)系2022/10/11圖圖3-27合金元素對(duì)滲碳層表面含碳量和滲碳層厚度的影響合金元素對(duì)滲碳層表面含碳量和滲碳層厚度的影響 2022/10/11合金合金元素元素碳擴(kuò)散碳擴(kuò)散系數(shù)系數(shù)表層表層碳量碳量滲層滲層深度深度濃度濃度梯度梯度淬透性淬透性晶粒長(zhǎng)晶粒長(zhǎng)大傾向大傾向含量范圍含量范圍質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)%TiV變陡變陡不定不定 0.12 0.30WMoCr 變陡變陡0.41.20.20.6 2Mn影響小影響小平緩平緩 2Ni平緩平緩影響小影響小 4Si平緩平緩影響小影響小 0.8 表表3.2 3.2 合金元素對(duì)滲碳工藝和滲碳層性能的影響合金元素對(duì)滲碳工藝和滲碳層性能的影響2022/10/11 3.7.3.7.2 2、常用合金滲碳鋼及熱處理、常用合金滲碳鋼及熱處理 按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類(lèi)。按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類(lèi)。20Cr鋼：不宜滲碳后直接淬火。鋼：不宜滲碳后直接淬火。20CrV鋼可鋼可20CrMnTi鋼特點(diǎn)鋼特點(diǎn):Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，復(fù)合，淬透性好，D油油約約40mm；較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接淬火，變形也比較小。淬火，變形也比較小。廣泛制造汽車(chē)、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離廣泛制造汽車(chē)、拖拉機(jī)變速箱齒輪，離合器軸和車(chē)輛上的傘齒輪及主動(dòng)軸等。合器軸和車(chē)輛上的傘齒輪及主動(dòng)軸等。2022/10/11 滲碳后的熱處理工藝有直接淬火滲碳后的熱處理工藝有直接淬火一次淬火一次淬火二二次淬火次淬火.細(xì)晶粒鋼可用直接淬火細(xì)晶粒鋼可用直接淬火.18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A：高淬透性滲碳鋼：高淬透性滲碳鋼 由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得 的組織性能也較復(fù)雜。的組織性能也較復(fù)雜。18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA可作為可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，也可作為滲碳鋼也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主 要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要 件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪等。件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪等。2022/10/11高溫回火淬火加熱馬氏體等溫淬火高溫回火（未淬透心部S回，淬透M回，表層M回+K+A）低溫回火（消除應(yīng)力）。淬火后高溫回火的目的是：消除殘余奧氏體。淬火后高溫回火的目的是：消除殘余奧氏體。Acm810 A1700 Ms310610850520-560150圖3-29 18Cr2Ni4W鋼滲碳后馬氏體等溫淬火熱處理工藝18Cr2Ni4W工藝流程：2022/10/11Acm780 A1 710 Ms295圖3-30 20Cr2Ni4A鋼齒輪滲碳后熱處理工藝20Cr2Ni4A工藝流程：下料鍛造正火（SF）插齒、滾齒滲碳高溫回火淬火冷處理低溫回火(表層M回碳化物)磨齒2022/10/11作業(yè)題1.在飛機(jī)制造廠中，常用18Cr2Ni4WA鋼制造發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱齒輪。為減少淬火后殘余應(yīng)力和齒輪尺寸的變化，控制心部硬度不致過(guò)高，以保證獲得必需的沖擊韌性，采用如下工藝：將滲碳后的齒輪加熱到850左右，保溫后淬入200220的第一熱浴中，保溫10min左右，取出后立即置于550570的第二熱浴中，保持12小時(shí)，取出空冷至室溫。問(wèn)：此時(shí)鋼表、里的組織是什么？已知：該鋼的Ms310，表面滲碳后的Ms80左右。2.軋制鋼板的軋輥尺寸很大，其軸承在工作時(shí)受很大的軋制鋼板的軋輥尺寸很大，其軸承在工作時(shí)受很大的沖擊作用，請(qǐng)從以下材料中選擇合適的材料制造該軸承，沖擊作用，請(qǐng)從以下材料中選擇合適的材料制造該軸承，并且說(shuō)明熱處理工藝及使用狀態(tài)組織并且說(shuō)明熱處理工藝及使用狀態(tài)組織.GCr15，W18Cr4V，20Cr2Ni4，40CrNiMo，T10，0Cr8Ni9，20，Cr12MoV，65Mn 2022/10/113.8氮化鋼氮化鋼 服役條件：服役條件：有些零件工作時(shí)載荷不大，基本上無(wú)沖擊力；有些零件工作時(shí)載荷不大，基本上無(wú)沖擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，同時(shí)也受到交變的疲勞應(yīng)力。同時(shí)也受到交變的疲勞應(yīng)力。這一類(lèi)零件重要的要求是能保持高的精度。這一類(lèi)零件重要的要求是能保持高的精度。常采用氮化鋼進(jìn)行滲氮處理。常采用氮化鋼進(jìn)行滲氮處理。2022/10/11 常用鋼常用鋼：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼。國(guó)內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼，獲得鋼，獲得 最高氮化層硬度，達(dá)到最高氮化層硬度，達(dá)到9001000HV。僅要求高。僅要求高 疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的疲勞強(qiáng)度的零件，可采用不含鋁的CrMo型氮化型氮化 鋼，如鋼，如35CrMo、40CrV、40Cr等，其氮化層的等，其氮化層的 硬度控制在硬度控制在500800HV。工藝工藝：氮化前，要經(jīng)過(guò)：氮化前，要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)以得到穩(wěn) 定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性 能和使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)也為獲得好能和使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)也為獲得好 的氮化層作組織準(zhǔn)備。的氮化層作組織準(zhǔn)備。2022/10/11精密機(jī)床主軸：中碳鉻鉬鋁鋼38CrMoAl，表面硬度高，耐磨性好，咬死和擦傷傾向小，疲勞性能高、缺口敏感性低、耐蝕性高。12圖3-31合金元素對(duì)氮化層深度和表面硬度的影響（550氮化24h）2022/10/1138CrMoAl氮化方法有氣體氮化和離子氮化。500565，形成（Fe4N）、（Fe3-2N）相，合金氮化物，共格關(guān)系，彌散強(qiáng)化。不含鋁時(shí)氮化層脆，容易剝落。氮的滲入提高了表面殘余壓應(yīng)力，提高疲勞性能。2022/10/11思考題思考題:某精密鏜床主軸用某精密鏜床主軸用38CrMoAlA38CrMoAlA鋼鋼制制,某重型齒輪銑床主軸用某重型齒輪銑床主軸用20CrMnTi20CrMnTi制造制造,某普通車(chē)床主軸用某普通車(chē)床主軸用40Cr40Cr鋼制造鋼制造.試分析比較說(shuō)明它們?cè)嚪治霰容^說(shuō)明它們各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工藝各自應(yīng)采用什么樣的熱處理工藝及最終的組織和性能特點(diǎn)及最終的組織和性能特點(diǎn).2022/10/113.9低淬透性鋼低淬透性鋼surface hardening steel感應(yīng)加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點(diǎn)感應(yīng)加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點(diǎn)有：有：不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍不改變表面化學(xué)成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；然保持較高的塑性和韌度；表面局部加熱，零件的淬火變形小；表面局部加熱，零件的淬火變形小；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)與滲碳相比，感應(yīng)加熱淬火工藝常用于輕負(fù)荷工件或需要局部淬硬的軸類(lèi)零件，其荷工件或需要局部淬硬的軸類(lèi)零件，其耐磨性耐磨性和疲勞抗力不如滲碳工藝。和疲勞抗力不如滲碳工藝。2022/10/11概念概念是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低專(zhuān)門(mén)用于中、小模數(shù)（專(zhuān)門(mén)用于中、小模數(shù)（m=38）的齒輪）的齒輪應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn)得到沿著輪廓分布硬化層得到沿著輪廓分布硬化層 “仿形硬化仿形硬化”感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)感應(yīng)加熱淬火鋼主要有中碳低淬透性調(diào)質(zhì)鋼和低淬透性鋼。這里介紹鋼和低淬透性鋼。這里介紹低淬透性鋼低淬透性鋼2022/10/11 硬化層分布硬化層分布(右為仿形硬化右為仿形硬化)降低鋼淬透性措施降低鋼淬透性措施:Mn、Si;加入加入Ti 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有55 Ti、60 Ti、70 Ti等等.2022/10/11本章內(nèi)容 3.1概述概述3.2調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.3非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼3.4彈簧鋼彈簧鋼3.5滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼3.7 合金滲碳鋼合金滲碳鋼3.8 氮化鋼氮化鋼3.9 低淬透性鋼低淬透性鋼3.10耐磨鋼耐磨鋼 3.5零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路2022/10/113.10耐磨鋼abrasion-resistant steel磨損有磨粒磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、接觸疲勞磨損等。磨粒磨損占50，粘著占15，腐蝕磨損8。部分結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和合金鑄鐵、高錳鋼和低合金耐磨鋼可采用。這里介紹高錳鋼。2022/10/113.10.1鋼的耐磨性鋼的耐磨性及其影響因素及其影響因素鋼的耐磨性是指在一定工作條件下抵抗磨損的能力。影響鋼耐磨性的因素主要是磨損工礦和摩擦副材質(zhì)。內(nèi)在因素：化學(xué)成分、組織、性能。不同基體的耐磨性按鐵素體、珠光體、馬氏體、貝氏體順序遞增。圖圖3-32鋼鐵材料基體組織與耐磨性的一般關(guān)系鋼鐵材料基體組織與耐磨性的一般關(guān)系2022/10/11注意：不同成分的鋼經(jīng)熱處理達(dá)到相近硬度耐磨性不同注意：不同成分的鋼經(jīng)熱處理達(dá)到相近硬度耐磨性不同相對(duì)耐磨系數(shù)隨硬度增加而增加，但相對(duì)耐磨系數(shù)隨硬度增加而增加，但T10超過(guò)超過(guò)HV800T10圖圖3-33不同材料淬火回火后硬度和相對(duì)耐磨系數(shù)關(guān)系不同材料淬火回火后硬度和相對(duì)耐磨系數(shù)關(guān)系2022/10/113.10.2 高錳耐磨鋼高錳耐磨鋼 一、高錳鑄鋼的化學(xué)成分及性能一、高錳鑄鋼的化學(xué)成分及性能 特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄態(tài)使用。特點(diǎn)：高碳、高錳。鑄態(tài)使用。常用高錳鑄鋼為常用高錳鑄鋼為ZGMn13型。型。鑄態(tài)組織一般是鑄態(tài)組織一般是 奧氏體、珠光體、馬氏體和碳奧氏體、珠光體、馬氏體和碳化物化物復(fù)合組織，不宜直接使用。復(fù)合組織，不宜直接使用。經(jīng)過(guò)水韌經(jīng)過(guò)水韌 處理（即固溶處理）后的顯微組織是處理（即固溶處理）后的顯微組織是單相奧氏體，軟而韌。單相奧氏體，軟而韌。ZGMn13、ZGMn13Cr2、ZGMn13Mo、ZGMn13RE2022/10/11二、高錳鋼的熱處理二、高錳鋼的熱處理 1、水韌處理加熱、水韌處理加熱T應(yīng)應(yīng)Acm，一般為，一般為1050 1100，在一定保溫時(shí)間下，在一定保溫時(shí)間下，K全部溶入全部溶入A中中 2、高錳鋼導(dǎo)熱性較差，僅為碳素鋼的、高錳鋼導(dǎo)熱性較差，僅為碳素鋼的1/41/5，熱膨脹系數(shù)比普通鋼大，熱膨脹系數(shù)比普通鋼大50%，而且鑄件尺，而且鑄件尺寸往往又較大，所以要寸往往又較大，所以要緩慢緩慢加熱，以避免產(chǎn)生加熱，以避免產(chǎn)生裂紋；裂紋；2022/10/11 3、鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以、鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以 避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水溫不宜超過(guò)水冷前水溫不宜超過(guò)30，水冷后水溫應(yīng)小，水冷后水溫應(yīng)小 于于60；？4、水韌處理后不宜再進(jìn)行、水韌處理后不宜再進(jìn)行250350的回的回 火處理，也不宜在火處理，也不宜在250350以上溫度環(huán)境中以上溫度環(huán)境中 使用。使用。？2022/10/11 三、高錳鋼的耐磨性及應(yīng)用三、高錳鋼的耐磨性及應(yīng)用耐耐磨磨機(jī)機(jī)理理 形變硬化和誘發(fā)相變形變硬化和誘發(fā)相變:A基體中產(chǎn)生基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)大量層錯(cuò)、形變孿晶形變孿晶、和和馬氏體馬氏體。表面硬度表面硬度:200HB左右可左右可到到500HB以上，硬化深度可達(dá)以上，硬化深度可達(dá)1020mm，而心部，而心部仍保持仍保持A，所以能承受較大沖擊載荷而，所以能承受較大沖擊載荷而不破裂。表層逐漸被磨損，而硬化層不不破裂。表層逐漸被磨損，而硬化層不斷地向內(nèi)發(fā)展斷地向內(nèi)發(fā)展 “前赴后繼前赴后繼”。在低應(yīng)力和低沖擊載荷下，耐磨性往在低應(yīng)力和低沖擊載荷下，耐磨性往往不一定好。往不一定好。2022/10/11應(yīng)應(yīng)用用 廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、廣泛應(yīng)用于承受大沖擊載荷、強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如強(qiáng)烈磨損的工況下工作的零件，如各式碎石機(jī)的襯板、顎板、磨球，各式碎石機(jī)的襯板、顎板、磨球，挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等。挖掘機(jī)斗齒、坦克的履帶板等。保險(xiǎn)箱保險(xiǎn)箱?思思考考題題 高錳鋼經(jīng)水韌處理能得到全部高錳鋼經(jīng)水韌處理能得到全部A，而緩冷卻得到大量而緩冷卻得到大量M。為什么為什么?2022/10/113.11.1選擇材料的基本原則選擇材料的基本原則1 1、材料使用性能要求、材料使用性能要求 最大限度發(fā)揮材料潛力最大限度發(fā)揮材料潛力 2 2、材料的工藝性能、材料的工藝性能 加工工藝性能良好加工工藝性能良好3 3、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性 涉及材料的價(jià)格、加工成本、國(guó)家資涉及材料的價(jià)格、加工成本、國(guó)家資 源情況等源情況等,零件的總成本與零件壽命的關(guān)系零件的總成本與零件壽命的關(guān)系4 4、其它因素、其它因素 材料毛坯的選擇、生產(chǎn)設(shè)備的可能材料毛坯的選擇、生產(chǎn)設(shè)備的可能 性、環(huán)境協(xié)調(diào)性等性、環(huán)境協(xié)調(diào)性等3.11零件材料選擇基本原則與思路零件材料選擇基本原則與思路2022/10/11 一、零件的加工工藝路線一、零件的加工工藝路線 基本上可分為三類(lèi)：基本上可分為三類(lèi)：（1 1）性能要求不高的零件）性能要求不高的零件 一般是鑄鐵和碳鋼制造。其工藝路線比較簡(jiǎn)一般是鑄鐵和碳鋼制造。其工藝路線比較簡(jiǎn) 單單：毛毛坯坯正正火火（退退火火）機(jī)機(jī)械械加加工工零零件件。如如直接用型材加工，則不需要進(jìn)行熱處理。直接用型材加工，則不需要進(jìn)行熱處理。（2 2）性能要求較高的零件）性能要求較高的零件 合金鋼制造的軸、齒輪等零件。工藝路線：合金鋼制造的軸、齒輪等零件。工藝路線：毛坯毛坯 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理機(jī)械粗加工機(jī)械粗加工最終熱處理最終熱處理 （淬火回火或滲碳淬火等（淬火回火或滲碳淬火等)精加工。精加工。3.11.2選擇材料的基本思路與方法選擇材料的基本思路與方法2022/10/11 （3 3）要求高的精密零件）要求高的精密零件 一般用于精密絲桿、主軸等。工藝路線一般用于精密絲桿、主軸等。工藝路線 為：毛坯為：毛坯 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理 機(jī)械粗加工機(jī)械粗加工 熱處理熱處理 半精加工半精加工 氮化處理氮化處理 精加工精加工 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 零件。零件。2022/10/11 二、選擇材料的基本思路及方法二、選擇材料的基本思路及方法 分析零件分析零件工作條件工作條件 確定主要失效抗力指標(biāo)確定主要失效抗力指標(biāo)作為選材的基本依據(jù)作為選材的基本依據(jù) 考慮工考慮工藝措施藝措施考察經(jīng)濟(jì)性考察經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)成本和生產(chǎn)成本選擇材料選擇材料注注意意 要合理引用手冊(cè)上材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)要合理引用手冊(cè)上材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù) ；盡量選用簡(jiǎn)化加工工藝的材料盡量選用簡(jiǎn)化加工工藝的材料 ；零件材料選擇要考慮零件的綜合成本零件材料選擇要考慮零件的綜合成本2022/10/11 3.11.3典型零件材料選擇與工藝分析典型零件材料選擇與工藝分析 1 1、齒輪類(lèi)零件、齒輪類(lèi)零件 不同機(jī)械的齒輪，其工作條件差別很大，所不同機(jī)械的齒輪，其工作條件差別很大，所 以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。機(jī)機(jī)床床齒齒輪輪 載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無(wú)大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如45、40Cr、42SiMn等鋼，等鋼，熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火一般工藝路線為：一般工藝路線為：備料備料 鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 半精加工半精加工 高頻淬火高頻淬火+回火回火 磨削磨削2022/10/11汽汽拖拖齒齒輪輪 汽車(chē)、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪屬于重載荷齒汽車(chē)、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪屬于重載荷齒輪。一般都采用滲碳鋼，如輪。一般都采用滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，等，進(jìn)行滲碳熱處理。進(jìn)行滲碳熱處理。一般工藝路線為：一般工藝路線為：備料備料鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 滲碳滲碳+淬火淬火+回火回火 噴丸噴丸 磨削磨削2022/10/11重重載載齒齒輪輪 航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪和一些重型機(jī)械上的齒輪承受高速和重載，一般多采用高淬透性滲碳鋼，受高速和重載，一般多采用高淬透性滲碳鋼，如如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等鋼。等鋼。工藝路線較復(fù)雜：工藝路線較復(fù)雜：備料備料 模鍛模鍛 正火正火+高溫回火高溫回火 機(jī)械加工機(jī)械加工 滲碳滲碳 高溫回火高溫回火 機(jī)械加工機(jī)械加工 淬火淬火+回火回火 精加工精加工 檢驗(yàn)。檢驗(yàn)。2022/10/112 2、軸類(lèi)零件、軸類(lèi)零件 軸是各類(lèi)機(jī)械中最基本零件，也是關(guān)鍵軸是各類(lèi)機(jī)械中最基本零件，也是關(guān)鍵零部件。它直接影響精度和使用壽命。零部件。它直接影響精度和使用壽命。各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸直徑在直徑在0.5mm以下，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑以下，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑可達(dá)可達(dá)1m以上。以上。2022/10/11服役條服役條件主要件主要共同點(diǎn)共同點(diǎn) 傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受傳遞扭矩，交變性，有時(shí)會(huì)承受 彎曲、拉壓負(fù)荷；彎曲、拉壓負(fù)荷；都有軸承支承，軸頸處受磨損，都有軸承支承，軸頸處受磨損，需要較高的硬度，耐磨性好；需要較高的硬度，耐磨性好；大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載。大多數(shù)承受一定的沖擊和過(guò)載。主要失主要失效方式效方式 斷裂、疲勞斷裂和過(guò)量磨損。斷裂、疲勞斷裂和過(guò)量磨損。軸軸類(lèi)零件主要是類(lèi)零件主要是按強(qiáng)度來(lái)選材按強(qiáng)度來(lái)選材的，并考的，并考慮一定韌度和耐磨性。慮一定韌度和耐磨性。2022/10/11 目前常用軸的材料及工藝如下：目前常用軸的材料及工藝如下：（1 1）輕載主軸輕載主軸。如普通車(chē)床主軸，負(fù)荷小，沖。如普通車(chē)床主軸，負(fù)荷小，沖 擊力不大，磨損也不嚴(yán)重，一般采用擊力不大，磨損也不嚴(yán)重，一般采用4545鋼，鋼，整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加 熱淬火。熱淬火。（2）中載主軸中載主軸。如銑床，中等負(fù)荷，有一定沖。如銑床，中等負(fù)荷，有一定沖 擊力，磨損也較重，一般用擊力，磨損也較重，一般用40Cr等制造，進(jìn)等制造，進(jìn) 行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如行調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加熱淬火。如 沖擊力較大，也可用沖擊力較大，也可用20Cr等鋼進(jìn)行滲碳淬火等鋼進(jìn)行滲碳淬火2022/10/11（3）重載主軸。如組合機(jī)床的主軸，負(fù)荷較）重載主軸。如組合機(jī)床的主軸，負(fù)荷較 大，沖擊力大，磨損嚴(yán)重，可用大，沖擊力大，磨損嚴(yán)重，可用20CrMnTi 鋼制造，滲碳淬火。鋼制造，滲碳淬火。（4）高精度主軸。如精密鏜床的主軸，雖然負(fù)）高精度主軸。如精密鏜床的主軸，雖然負(fù) 荷不大，磨損也不嚴(yán)重，但是精度要求很荷不大，磨損也不嚴(yán)重，但是精度要求很 高，一般可用高，一般可用38CrMoAlA氮化鋼制造，經(jīng)氮化鋼制造，經(jīng) 調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求調(diào)質(zhì)后氮化處理，可滿足要求2022/10/11 小小 結(jié)結(jié) 材料學(xué)主線：材料學(xué)主線：服役條件服役條件 技術(shù)要求技術(shù)要求 選擇材料選擇材料 強(qiáng)化工藝強(qiáng)化工藝 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 最終性能最終性能應(yīng)用、失效。應(yīng)用、失效。尋求最佳方案，充分發(fā)掘材料潛力。尋求最佳方案，充分發(fā)掘材料潛力。2022/10/11 材料成分、工藝、組織、性能間的關(guān)系材料成分、工藝、組織、性能間的關(guān)系零零件件性能性能要求要求材料材料成分成分服役服役條件條件強(qiáng)化強(qiáng)化工藝工藝使用使用性能性能組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2022/10/11 材料學(xué)的材料學(xué)的強(qiáng)韌矛盾強(qiáng)韌矛盾：掌握理解固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化掌握理解固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理是很重要的，這是理解和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理是很重要的，這是理解強(qiáng)韌化矛盾及其互相長(zhǎng)消規(guī)律的基礎(chǔ)。各種強(qiáng)強(qiáng)韌化矛盾及其互相長(zhǎng)消規(guī)律的基礎(chǔ)。各種強(qiáng)化機(jī)制在處理過(guò)程中是相互轉(zhuǎn)化的?；瘷C(jī)制在處理過(guò)程中是相互轉(zhuǎn)化的。關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素：鋼的合金化和處理工藝：鋼的合金化和處理工藝2022/10/11 材料學(xué)材料學(xué)“思想思想”：材料學(xué)是一門(mén)很有材料學(xué)是一門(mén)很有“思想思想”的課程。主的課程。主 要的要的“思想思想”：矛盾的轉(zhuǎn)化。矛盾的轉(zhuǎn)化。如，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼是強(qiáng)度如，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼是強(qiáng)度-