第3章机械制造结构钢
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✓ 加入Al（HV1000以上）, V, Cr, Mo, W（HV900 以下）可以提高表面硬度；
✓ 加入Cr，Mn，Mo提高淬透性； ✓ 加入Mo，V等可以使钢在高温下保持高强度； ✓ 加入少量Mo，可以防止高温回火脆性。
第3章机械制造结构钢
3. 3 低温回火状态使用的结构钢
一. 钢种
这类钢是在淬火后低温回火（150℃~250℃）后使用的 较大C%范围（0.15%~1.40%）低合金钢
1） 0.15~0.25%C的低C. M钢和渗碳钢； 2） 0.30-0.60%C的低合金超高强度钢； 3） 滚动轴承钢等。
第3章机械制造结构钢
四种基本强化形式
位错强化
细晶强化百度文库
固溶强化
沉淀强化
马氏体强化 位错强化 + 固溶强化 + 沉淀强化 （ + 细晶强化）
形变热处理 位错强化 + 沉淀强化+马氏体强化
第3章机械制造结构钢
五. 热处理
一般都要通过热处理（淬火+回火） 1）马氏体回火后比F+P具有较好的综合室温机械性能; 2）淬透的零件比末淬透的零件具有较好的机械性能 。
一. 概念
表面渗碳、整体淬火加低温回火； 表面是高碳M，心部是低碳M； 表面有高的弯曲和疲劳强度及耐磨性；
心部又有高强度和韧性。
第3章机械制造结构钢
二. 渗碳钢的成分与合金化
➢ 低C钢，一般<0.25% ；
➢ 合金元素：Mn，Cr，Ni，Si，W，V，Ti，B
➢ 主要作用之一是提高渗碳钢淬透性。 Ti、V 阻止 A 在高温渗碳时长大； Cr, Mn，Mo 有利于渗碳层增厚； Ti, V 能减小渗碳层厚度； Ni, Si等元素不利于渗碳层增厚。
依据 不同成分的调质钢只要其淬透性相当，当淬火及高温 回火后，其性能相近
第3章机械制造结构钢
四.调质钢的组织与性能
回火S或回火T; 具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。
强度（屈强：700-1200MPa）
➢ Cr, Mo, W, V 可阻碍K在高温回火时聚集长大，使钢保持高强度； ➢ 阻碍α再结晶，使α相保持细小； ➢ 合金元素的固溶强化、细晶强化
第3章机械制造结构钢
三. 渗碳钢钢种
根据淬透性的大小，可分级为：
1）15，20 2）15Cr， 20Cr， 20MnV，20Mn2B 3）20MnVB，25MnTiBRE，20MnMoB，
20MnTiB，20CrMn 4）12CrNi3，22CrMnMo，20SiMnVB 5）12Cr2Ni4，18Cr2Ni4W，20CrNiMo
韧性: 调节温度可具有不同的韧性；
细化； 防止或减轻回火脆性，加入 Mo,W,Ti或Ce（+Mo）
第3章机械制造结构钢
五. 调质钢的应用
➢ 调质钢的不足：
1）没有利用马氏体精细结构强化作用； 2）K的弥散强化作用也没有充分体现。
➢ 应用： 在要求良好的综合机械性能，尤其是需要较高的（冲击） 韧性时，采用中C钢的调质处理才正能发挥其优势。
第3章机械制造结构钢
一. 调质钢的概念
结构钢在淬火与高温回火（500-650℃）后具有良好 的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。 适用于这种热处理的钢种称为调质钢。
第3章机械制造结构钢
二. 调质钢的成分、合金化
成分
0.30~0.50%C的C钢或中、低合金钢。
合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, B
提高钢的淬透性，要加入合金元素 （低） Ni→Si→Cr→Mo→Mn→B （高）
第3章机械制造结构钢
六. 钢种
调质钢 低温回火马氏体钢 渗碳钢 氮化钢 弹簧钢 易切削钢 轴承钢 超高强度钢 高锰钢
第3章机械制造结构钢
3. 2 调质钢
概念 成分、合金化与分类 组织 热处理 性能
二. 低温回火钢组织与性能
成分：C量较宽，合金元素综合合金化； 组织：回火M（未渗透：有B，P或F）
位错马氏体和孪晶马氏体两类 两者强度相当，前者韧性较好 强化：固溶强化； 精细结构强化； 弥散强化 : 部分C以片状ε析出 韧化：提高回火T；Si；W, Mo；降P等。
第3章机械制造结构钢
3. 4 渗碳钢
合金元素作用： 提高淬透性（主要作用） 固溶强化；细晶强化； 弥散强化
第3章机械制造结构钢
三. 调质钢的种类与分级
常用调质钢按淬透性大小可分为几级： 1）40，45，45B 2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo
第三章 机械制造结构钢
第3章机械制造结构钢
3.1 概 述
一. 基本概念
用来制造各种机械零件的钢种。 如轴类、齿轮、连杆、弹簧、轴承和紧固件等.
第3章机械制造结构钢
二. 工作条件与性能要求
➢ 综合力学性能； ➢ 良好的加工性能； ➢ 良好的切削加工性能； ➢ 一定的耐腐蚀性能。
第3章机械制造结构钢
第3章机械制造结构钢
二. 提高疲劳寿命和耐磨性的原因
➢ 表面形成的高硬度的氮化层γ’相（Fe4N）和ε相（Fe32N）；
➢ 渗入的N原子形成高弥散的合金氮化物的弥散强化作 用；
➢ N原子溶入表面层所产生的残留压应力可以抵消因外 力作用而产生的张应力减少了疲劳破裂的可能性 。
第3章机械制造结构钢
三. 氮化钢的合金化思想
三. 成分与合金化
➢ 主要由 C素或合金亚共析钢； ➢ M主要有Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, B等； ➢ C 含量在0.08- 0.70%之间, 合金元素总量一般不超过
5%，少量例外； ➢ 镇静钢；优质或高级或特级优质钢。
第3章机械制造结构钢
四. 强化方式
第3章机械制造结构钢
3. 5 氮化钢
一. 概述
➢ 在氮化前要调质处理，得到回火S； ➢ 显著提高其疲劳强度和耐磨性，还具有抗介质腐蚀能力； ➢ 氮化温度低；零件变形小。 ➢ 适用于在一些要求疲劳强度高，耐磨性好，尺寸精确、稳
定性好的零件，如镗床、磨床的主轴、蜗杆等； ➢ 氮化处理的缺点：生产周期长，成本高； ➢ 钢中最有效的氮化元素是Al、Nb、V， 其次是Cr, Mo, W
✓ 加入Cr，Mn，Mo提高淬透性； ✓ 加入Mo，V等可以使钢在高温下保持高强度； ✓ 加入少量Mo，可以防止高温回火脆性。
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3. 3 低温回火状态使用的结构钢
一. 钢种
这类钢是在淬火后低温回火（150℃~250℃）后使用的 较大C%范围（0.15%~1.40%）低合金钢
1） 0.15~0.25%C的低C. M钢和渗碳钢； 2） 0.30-0.60%C的低合金超高强度钢； 3） 滚动轴承钢等。
第3章机械制造结构钢
四种基本强化形式
位错强化
细晶强化百度文库
固溶强化
沉淀强化
马氏体强化 位错强化 + 固溶强化 + 沉淀强化 （ + 细晶强化）
形变热处理 位错强化 + 沉淀强化+马氏体强化
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五. 热处理
一般都要通过热处理（淬火+回火） 1）马氏体回火后比F+P具有较好的综合室温机械性能; 2）淬透的零件比末淬透的零件具有较好的机械性能 。
一. 概念
表面渗碳、整体淬火加低温回火； 表面是高碳M，心部是低碳M； 表面有高的弯曲和疲劳强度及耐磨性；
心部又有高强度和韧性。
第3章机械制造结构钢
二. 渗碳钢的成分与合金化
➢ 低C钢，一般<0.25% ；
➢ 合金元素：Mn，Cr，Ni，Si，W，V，Ti，B
➢ 主要作用之一是提高渗碳钢淬透性。 Ti、V 阻止 A 在高温渗碳时长大； Cr, Mn，Mo 有利于渗碳层增厚； Ti, V 能减小渗碳层厚度； Ni, Si等元素不利于渗碳层增厚。
依据 不同成分的调质钢只要其淬透性相当，当淬火及高温 回火后，其性能相近
第3章机械制造结构钢
四.调质钢的组织与性能
回火S或回火T; 具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。
强度（屈强：700-1200MPa）
➢ Cr, Mo, W, V 可阻碍K在高温回火时聚集长大，使钢保持高强度； ➢ 阻碍α再结晶，使α相保持细小； ➢ 合金元素的固溶强化、细晶强化
第3章机械制造结构钢
三. 渗碳钢钢种
根据淬透性的大小，可分级为：
1）15，20 2）15Cr， 20Cr， 20MnV，20Mn2B 3）20MnVB，25MnTiBRE，20MnMoB，
20MnTiB，20CrMn 4）12CrNi3，22CrMnMo，20SiMnVB 5）12Cr2Ni4，18Cr2Ni4W，20CrNiMo
韧性: 调节温度可具有不同的韧性；
细化； 防止或减轻回火脆性，加入 Mo,W,Ti或Ce（+Mo）
第3章机械制造结构钢
五. 调质钢的应用
➢ 调质钢的不足：
1）没有利用马氏体精细结构强化作用； 2）K的弥散强化作用也没有充分体现。
➢ 应用： 在要求良好的综合机械性能，尤其是需要较高的（冲击） 韧性时，采用中C钢的调质处理才正能发挥其优势。
第3章机械制造结构钢
一. 调质钢的概念
结构钢在淬火与高温回火（500-650℃）后具有良好 的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。 适用于这种热处理的钢种称为调质钢。
第3章机械制造结构钢
二. 调质钢的成分、合金化
成分
0.30~0.50%C的C钢或中、低合金钢。
合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, B
提高钢的淬透性，要加入合金元素 （低） Ni→Si→Cr→Mo→Mn→B （高）
第3章机械制造结构钢
六. 钢种
调质钢 低温回火马氏体钢 渗碳钢 氮化钢 弹簧钢 易切削钢 轴承钢 超高强度钢 高锰钢
第3章机械制造结构钢
3. 2 调质钢
概念 成分、合金化与分类 组织 热处理 性能
二. 低温回火钢组织与性能
成分：C量较宽，合金元素综合合金化； 组织：回火M（未渗透：有B，P或F）
位错马氏体和孪晶马氏体两类 两者强度相当，前者韧性较好 强化：固溶强化； 精细结构强化； 弥散强化 : 部分C以片状ε析出 韧化：提高回火T；Si；W, Mo；降P等。
第3章机械制造结构钢
3. 4 渗碳钢
合金元素作用： 提高淬透性（主要作用） 固溶强化；细晶强化； 弥散强化
第3章机械制造结构钢
三. 调质钢的种类与分级
常用调质钢按淬透性大小可分为几级： 1）40，45，45B 2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo
第三章 机械制造结构钢
第3章机械制造结构钢
3.1 概 述
一. 基本概念
用来制造各种机械零件的钢种。 如轴类、齿轮、连杆、弹簧、轴承和紧固件等.
第3章机械制造结构钢
二. 工作条件与性能要求
➢ 综合力学性能； ➢ 良好的加工性能； ➢ 良好的切削加工性能； ➢ 一定的耐腐蚀性能。
第3章机械制造结构钢
第3章机械制造结构钢
二. 提高疲劳寿命和耐磨性的原因
➢ 表面形成的高硬度的氮化层γ’相（Fe4N）和ε相（Fe32N）；
➢ 渗入的N原子形成高弥散的合金氮化物的弥散强化作 用；
➢ N原子溶入表面层所产生的残留压应力可以抵消因外 力作用而产生的张应力减少了疲劳破裂的可能性 。
第3章机械制造结构钢
三. 氮化钢的合金化思想
三. 成分与合金化
➢ 主要由 C素或合金亚共析钢； ➢ M主要有Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, B等； ➢ C 含量在0.08- 0.70%之间, 合金元素总量一般不超过
5%，少量例外； ➢ 镇静钢；优质或高级或特级优质钢。
第3章机械制造结构钢
四. 强化方式
第3章机械制造结构钢
3. 5 氮化钢
一. 概述
➢ 在氮化前要调质处理，得到回火S； ➢ 显著提高其疲劳强度和耐磨性，还具有抗介质腐蚀能力； ➢ 氮化温度低；零件变形小。 ➢ 适用于在一些要求疲劳强度高，耐磨性好，尺寸精确、稳
定性好的零件，如镗床、磨床的主轴、蜗杆等； ➢ 氮化处理的缺点：生产周期长，成本高； ➢ 钢中最有效的氮化元素是Al、Nb、V， 其次是Cr, Mo, W