金材7-3合金结构钢

作用：制造各种零件(高级优质或优质钢)
1、渗碳钢
2、调质钢
3、弹簧钢
4、滚动轴承钢
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教学方法
主要教学内容和过程
附记
一、低合金结构钢
在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素（一般＜3%）的工程用钢。
1、低合金高强度结构钢
特征：①含碳量：0.10%～0.25%
②加入元素：Mn、Si、V、Ne、Ti（其中Mn、Si主要作用：对铁素体起固溶强化作用，以提高钢的强度；V、Ne、Ti主要作用：细化晶粒，提高钢的韧性）
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教学方法
主要教学内容和过程
附记
三、合金调质钢：
各种机械设备上，几乎都要承受动载荷，而且受力比较复杂，这就要求零件具有良好的综合机械性能，即有很高的强度，又有很好的塑性和韧性。（例如：车床的主轴，工作时承受较大的扭矩和弯矩，开车、停车及运转过程中的载荷变化和振动，又使其受到冲击，要求既有较高的强度又有较好的韧性）。这类零件一般在调质状态下使用，所以叫调质钢。
最终热处理：①调质（淬火＋高温回火）（回火索氏体）②调质后，表面淬火、化学热处理（表面耐磨）
常用牌号表7-5（教材P89）
四、合金弹簧钢
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件，主要有两个方面
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教学方法
主要教学内容和过程
附记
的作用：①利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击（例如其车的减震弹簧）；②依靠弹性贮存能量完成一定的机械动作或起驱动作用（例如：安全阀弹簧）
弹簧钢丝和弹簧钢带有三种交货状态：
①退火状态；②冷拉状态；③油淬回火状态。
热处理特点：
1退火状态：成形后，淬火＋中温回火；
②其余状态：去应力退火（250～300℃）。
（在生产中已具备了很好的性能，只进行去应力退火，以消除在冷绕过程中产生的应力，并使弹簧定型。）
常用牌号：表7-6（教材P90）
五、滚动轴承钢
③加入V、Ti、Mo、W：防止晶粒长大
合金渗碳钢特点：优良的耐磨性、耐疲劳性，能够承受冲击载荷的作用。
合金渗碳钢的热处理特点：
预备热处理：正火或调质（高淬透性钢）
最终热处理：渗碳后，①淬火＋低温回火②调质＋淬火＋低温回火（高淬透性）③淬火后＋冷处理（减少残余奥氏体）
常用牌号，表7-4（教材P89）
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理论课教案
编号：NGQD-0707-09版本号：A/0页码：
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学科
金属材料及热处理
第七章合金钢
第三节合金结构钢
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授新课
授课时数
2
授课班级级
教学目的
和要求
1、了解合金元素在各种钢中的主要作用。
2、掌握各种钢的1—2个牌号以及所代表的含义及用途。
教学重点
和难点
1、重点：钢牌号含义及热处理方法。
主要用来制造滚动轴承的钢叫滚动轴承钢。
（轴承的内外圈及滚动体，还可制造各种工具和耐磨零件，例如冷冲模、冷轧辊、精密量具、机床丝杠等）
滚动轴承大都由内圈、外圈、滚动体和保持架构成。工作中，内外圈与滚动体的高速相对运动，使其承受着高而集中的交变应力，同时在其接触面受到强烈的摩擦，因此，滚动轴承钢必须具有高的耐磨性；内外圈与滚动体的接触面积很小，载荷集中作用于局部区域，使接触处容易出现凹坑，因此，要求材料具有高硬度；内外圈与滚动体的接触位置不断变化，受力位置和应力大小也随之不断变化，在这种周期性的交变载荷作用下，要求材料具有高的接触疲劳强度。
合金弹簧钢成分：
①含碳量：0.45%～0.70%（过高，塑性、韧性、疲劳极限下降）
②加入Mn、Si：提高淬透性，弹性极限
③加入Cr、V、、W：更高淬透性，不易过热，有更高的高温强度、塑性、回火稳定性
根据加工方法不同，弹簧可分为两类：
⑴热成形弹簧：
一般用于大型弹簧或形状复杂的弹簧。（钢板厚度大于12㎜的板簧和圆钢大于直径14㎜的螺旋弹簧）
2、难点：各种钢的热处理方法。
教具准备
复习提问
合金调质钢的热处理方法是什么？
作业布置
P97习题6
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主要教学内容和过程
附记
§7-3合金结构钢
合金结构钢（按用途）：
（一）低合金结构钢（按主要性能及使用特性）
作用：各种工程结构
1、低合金高强度结构钢
2、低合金耐候钢
3、低合金专业用钢
（二）机械制造用钢（按用途和热处理特点）
为满足上述“表硬里韧”的性能要求，这类零件须进行渗碳处理，所以叫渗碳钢。
（碳素渗碳钢C=0.10%～0.20%，淬透性差，仅能在表层获得高的硬度，而心部得不到强化）
对于性能要求高或截面更大的零件，须用合金渗碳钢。
合金渗碳钢成分：
①含碳量：0.10%～0.25%（保证心部有足够塑性韧性）
②加入Cr、Ni、Mn、Si、B：提高淬透性
耐候钢包括：焊接结构用耐候钢（良好的焊接性能）（表7-3）、高耐候性结构钢（耐候性较好）（表7-2）
3、低合金专业用钢
在低合金高强度结构钢的基础上，对化学成份作适当的调整，满足专业用途。
如汽车用低合金钢、矿用低合金钢、铁道用低合金钢、低合金钢筋钢。
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教学方法
主要教学内容和过程
因此，滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和一定的耐蚀性和淬透性。
附记
二、合金渗碳钢
许多零件在工作中既承受强烈的摩擦，又承受较大的冲击载荷（如汽车的变速齿轮、柴油机的凸轮轴等）。这类零件表层应具有高硬度和高耐磨性，从而减轻零件表面的磨损，延长零件的使用寿命；心部则应有良好的韧性和塑性，以免零件受冲击时发生脆性断裂。如果载荷较大，心部还应有较高的强度。而且，工作应力为交变应力，还应有较高的疲劳强度。
合金调质钢成分：
①含碳量：0.25%～0.50%（过低，硬度不足；过高，韧性不足）
②加入Cr、Mn、Si、Ni、B：提高淬透性，强化铁素体，提高韧性
③加入Mo、V、W、Ti：阻止晶粒长大，提高回火稳定性，改善钢的性能
合金调质钢特点：具有良好的综合力学性能
合金调质钢热处理特点：
预备热处理：①正火（中低淬透性）②退火（较高淬透性）③空淬＋高温回火（高淬透性）
性能特点：（与相同含碳量的碳素结构钢比）强度高，良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。
低合金高强度结构钢大多是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处理。
常用牌号、性能见表7-1（教村P87）
2、低合金耐候钢
耐候钢：（耐大气腐蚀钢）是在低碳钢的基础上加入少量的合金元素（如Cu、P、Cr、Ni、Mo、Ti、V），使其在金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性。
弹簧在工作中承受较大的交变载荷，因此所用材料应具有高的抗拉强度和疲劳强度；弹簧是依靠其弹性变形进行工作的，塑性变形会造成弹簧松驰失效，故材料应具有高的σ0.2；弹簧在制造过程中需要进行塑性变形，使用过程中会受到一定的冲击，故材料应有一定的塑性和韧性。
因此，合金弹簧钢应具有高的强度、高的疲劳极限、足够的塑性和韧性。一些高温情况下工作的弹簧，还应具有较高的回火稳定性。
热处理：淬火＋中温回火＋喷丸
（得到回火托氏体组织，具有良好的弹性）
（喷丸：表面产生硬化层，并形成残余压应力，以提高弹簧的抗疲劳性能，从而提高弹簧的寿命；还可减轻或消除弹簧表面的裂纹、划痕、氧化、脱碳等有害影响。）
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教学方法
主要教学内容和过程
附记
⑵冷成型弹簧
冷成型弹簧采用冷拉弹簧钢丝绕成型，一般用于小型弹簧。（直径为0.08～14㎜的弹簧钢丝或厚度为0.08～4㎜的弹簧钢带）