工程材料学第三章 机器零件用钢
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工程材料学
曲轴 引擎的主要旋转机件，装上连杆
后， 可承接连杆的上下(往复)运动变成循 环(旋转)运动
工程材料学
3.2 调质钢
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。
工程材料学
3.2 调质钢
二、调质钢的化学成分
调质钢在化学成分上的主要特点是中碳 (w(C)=0.3％～0.5％)，合金元素有Mn、Cr、Si、 Ni及B等。这些元素单独加入或复合加入可以提高 钢的淬透性，并保证机械零件整体具有良好综合力 学性能。
当零件要求较高的强度和适当的塑性和韧性时， 采用200-250℃回火，以获得回火马氏体组织，或采 用450℃左右回火，以获得屈氏体组织。
工程材料学
3.2 调质钢
在小能量多次冲击条件下工作的零件，即 高周疲劳时，应适当降低回火温度，以发挥材 料的强度潜力；只有对于大能量冲击条件下的 零件即低周疲劳时才适宜采用较高的回火温度， 以保证有足够的塑性和韧性。
σb(MPa)
800-1100
σ0.2(MPa)
700-1000
δ(%)
9-15
Ψ(%)
45-55
Αk(J/cm2)
60-120
Tk(℃)
-40
工程材料学
3.2 调质钢
一、调质钢的工作条件及性能要求
许多机器设备上的重要零件如机床主 轴、汽车拖拉机的后桥半轴、柴油发电机曲 轴、连杆、高强度螺栓等，都是在多种应力 负荷作用下工作的，受力情况比较复杂。对 调质钢的性能提出如下要求：高的屈服强度 和疲劳极限、良好的冲击韧性和塑性、轴的 表面和局部要有一定的耐磨性、以及断裂韧 性和疲劳性能。
工程材料学
3.2 调质钢
四、调质钢的热处理 1. 预备热处理
改善切削加工性以及改善因轧、锻 不适当而造成的晶粒粗大和带状组织
对于合金元素含量较低的调质钢可进 行正火或退火处理。
对于合金元素含量较高的调质钢，因 正火后可得到马氏体组织，尚需正火后 再在Ac1以下温度进行高温回火，使其 组织转变为粒状珠光体，降低硬度，便 于切削加工。
其他
淬火 温度 /℃
回火 σb σS δ5 ψ Ak 温度 /MPa /MPa /% /% /J
/℃
不小于
用途举例
40Cr
0.37 0.17 0.50 0.80 0.44 0.37 0.80 1.10
850 油
520 水、油
980
785
9
45 47 重要的齿轮、轴、曲轴、套筒、连杆
低淬 透性
40Mn2 40MnB
工程材料学
车床主轴 3.2 调质钢
辅加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成 元素，它们一般不单独加入，而是加在含有 主加元素的钢中，且含量较少。主要作用是 细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。
调质钢的回火温度正好处于第二类回火脆的 温度范围，加入W、Mo元素可以抑制回火脆 性。调质钢一般用以制作大的结构件，所以 淬透性至关重要。
工程材料学
三、机器零件用钢 的分类
按用途
调质钢、弹簧钢、 渗碳钢、轴承钢
C的质量分数
低碳钢、中碳钢、高碳钢
C＝0.2％、0.4～0.6％、～1.0％
回火温度
低温回火钢、中温回火钢、 高温回火钢
工程材料学
3.1 机械零件用钢的分类
3.2 调质钢
通常将经过淬火和高温回火(即调质处理)处理而使 用的结构钢称为调质钢。调质处理后的组织为回火索 氏体组织。调质钢是应用最广的机器零件用钢，约占 机械行业中机器零件用钢的30％。近来有很多调质钢 采用等温淬火处理，获得优良的机械性能。此外，根 据不同的技术要求，还可施以正火、表面淬火+低温 回火和化学热处理等处理工艺。
第三章 机器零件用钢
机器零件用钢是指用于制造各种机器零 件所用的钢种，如各种轴类零件、齿轮、弹 簧和轴承等。机器零件在工作时承受拉伸、 压缩、剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力 的作用，或几种力同时作用，零件的截面上 产生拉、压、弯、抵、切等应力。
工程材料学
3.1 机器零件用钢的性能要求
一、力学性能要求
工程材料学
3.2 Baidu Nhomakorabea质钢
五、常用调质钢
①低淬透性调质钢
如40、45淬火临界直径为8-17 mm，而45MnV、40Cr、 38CrSi、40CrV、40MnVB钢等油淬临界淬火直径为30-40 mm；
②中淬透性调质钢
油淬临界淬火直径为40-60 mm，如40CrMn、40CrNi、 35CrMo、30CrMnSi等钢；
粒状珠光体
2. 最终热处理
工程材料学
3.2 调质钢
层片状珠光体
1. 预备热处理 2. 最终热处理
调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。
调质钢的最终性能取决于回火温度的选择。当要 求高塑性、高韧性及一定的强度时，采用500-600℃ 回火，即调质处理，获得回火索氏体组织。如零件还 要求表面有良好耐磨性时，则再进行表面淬火或化学 热处理如氮化处理。
③高淬透性调质钢
油淬临界淬火直径大于60-100 mm，如40CrNiMo、 40CrMnMo、25Cr2Ni4WA钢等 。
工程材料学
3.2 调质钢
常用合金调质钢的牌号、化学程分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 3077-1999）
化学成分 w/%
热处理
力学性能
类别 牌号
C Si Mn Cr
较高的疲 劳强度
机器零件承载着反复同向或交变 的载荷作用
较高的断 裂抗力
机器零件承载着短时超负荷作用， 强度要求高
较高的耐 磨性
机器零件相互间存在相互滑动或 滚动
低的缺口 敏感性
工程材料学
机器零件形状复杂，存在台阶、 键槽、油孔……
3.1 机械零件用钢的性能要求
二、工艺性能要求
通常机器零件的生产工艺是：型材→改锻 →毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削 等。其中以切削加工性能和热处理工艺性能为 机器零件用钢的主要工艺性能。但对钢材的其 他工艺性能(如冶炼性能、浇注性能、可锻性 能等)也有一定的要求。
40MnVB
35CrMo
0.37 0.17 1.40
0.44 0.37 1.80
0.37 0.17 1.10
曲轴 引擎的主要旋转机件，装上连杆
后， 可承接连杆的上下(往复)运动变成循 环(旋转)运动
工程材料学
3.2 调质钢
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。
工程材料学
3.2 调质钢
二、调质钢的化学成分
调质钢在化学成分上的主要特点是中碳 (w(C)=0.3％～0.5％)，合金元素有Mn、Cr、Si、 Ni及B等。这些元素单独加入或复合加入可以提高 钢的淬透性，并保证机械零件整体具有良好综合力 学性能。
当零件要求较高的强度和适当的塑性和韧性时， 采用200-250℃回火，以获得回火马氏体组织，或采 用450℃左右回火，以获得屈氏体组织。
工程材料学
3.2 调质钢
在小能量多次冲击条件下工作的零件，即 高周疲劳时，应适当降低回火温度，以发挥材 料的强度潜力；只有对于大能量冲击条件下的 零件即低周疲劳时才适宜采用较高的回火温度， 以保证有足够的塑性和韧性。
σb(MPa)
800-1100
σ0.2(MPa)
700-1000
δ(%)
9-15
Ψ(%)
45-55
Αk(J/cm2)
60-120
Tk(℃)
-40
工程材料学
3.2 调质钢
一、调质钢的工作条件及性能要求
许多机器设备上的重要零件如机床主 轴、汽车拖拉机的后桥半轴、柴油发电机曲 轴、连杆、高强度螺栓等，都是在多种应力 负荷作用下工作的，受力情况比较复杂。对 调质钢的性能提出如下要求：高的屈服强度 和疲劳极限、良好的冲击韧性和塑性、轴的 表面和局部要有一定的耐磨性、以及断裂韧 性和疲劳性能。
工程材料学
3.2 调质钢
四、调质钢的热处理 1. 预备热处理
改善切削加工性以及改善因轧、锻 不适当而造成的晶粒粗大和带状组织
对于合金元素含量较低的调质钢可进 行正火或退火处理。
对于合金元素含量较高的调质钢，因 正火后可得到马氏体组织，尚需正火后 再在Ac1以下温度进行高温回火，使其 组织转变为粒状珠光体，降低硬度，便 于切削加工。
其他
淬火 温度 /℃
回火 σb σS δ5 ψ Ak 温度 /MPa /MPa /% /% /J
/℃
不小于
用途举例
40Cr
0.37 0.17 0.50 0.80 0.44 0.37 0.80 1.10
850 油
520 水、油
980
785
9
45 47 重要的齿轮、轴、曲轴、套筒、连杆
低淬 透性
40Mn2 40MnB
工程材料学
车床主轴 3.2 调质钢
辅加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成 元素，它们一般不单独加入，而是加在含有 主加元素的钢中，且含量较少。主要作用是 细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。
调质钢的回火温度正好处于第二类回火脆的 温度范围，加入W、Mo元素可以抑制回火脆 性。调质钢一般用以制作大的结构件，所以 淬透性至关重要。
工程材料学
三、机器零件用钢 的分类
按用途
调质钢、弹簧钢、 渗碳钢、轴承钢
C的质量分数
低碳钢、中碳钢、高碳钢
C＝0.2％、0.4～0.6％、～1.0％
回火温度
低温回火钢、中温回火钢、 高温回火钢
工程材料学
3.1 机械零件用钢的分类
3.2 调质钢
通常将经过淬火和高温回火(即调质处理)处理而使 用的结构钢称为调质钢。调质处理后的组织为回火索 氏体组织。调质钢是应用最广的机器零件用钢，约占 机械行业中机器零件用钢的30％。近来有很多调质钢 采用等温淬火处理，获得优良的机械性能。此外，根 据不同的技术要求，还可施以正火、表面淬火+低温 回火和化学热处理等处理工艺。
第三章 机器零件用钢
机器零件用钢是指用于制造各种机器零 件所用的钢种，如各种轴类零件、齿轮、弹 簧和轴承等。机器零件在工作时承受拉伸、 压缩、剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力 的作用，或几种力同时作用，零件的截面上 产生拉、压、弯、抵、切等应力。
工程材料学
3.1 机器零件用钢的性能要求
一、力学性能要求
工程材料学
3.2 Baidu Nhomakorabea质钢
五、常用调质钢
①低淬透性调质钢
如40、45淬火临界直径为8-17 mm，而45MnV、40Cr、 38CrSi、40CrV、40MnVB钢等油淬临界淬火直径为30-40 mm；
②中淬透性调质钢
油淬临界淬火直径为40-60 mm，如40CrMn、40CrNi、 35CrMo、30CrMnSi等钢；
粒状珠光体
2. 最终热处理
工程材料学
3.2 调质钢
层片状珠光体
1. 预备热处理 2. 最终热处理
调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。
调质钢的最终性能取决于回火温度的选择。当要 求高塑性、高韧性及一定的强度时，采用500-600℃ 回火，即调质处理，获得回火索氏体组织。如零件还 要求表面有良好耐磨性时，则再进行表面淬火或化学 热处理如氮化处理。
③高淬透性调质钢
油淬临界淬火直径大于60-100 mm，如40CrNiMo、 40CrMnMo、25Cr2Ni4WA钢等 。
工程材料学
3.2 调质钢
常用合金调质钢的牌号、化学程分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 3077-1999）
化学成分 w/%
热处理
力学性能
类别 牌号
C Si Mn Cr
较高的疲 劳强度
机器零件承载着反复同向或交变 的载荷作用
较高的断 裂抗力
机器零件承载着短时超负荷作用， 强度要求高
较高的耐 磨性
机器零件相互间存在相互滑动或 滚动
低的缺口 敏感性
工程材料学
机器零件形状复杂，存在台阶、 键槽、油孔……
3.1 机械零件用钢的性能要求
二、工艺性能要求
通常机器零件的生产工艺是：型材→改锻 →毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削 等。其中以切削加工性能和热处理工艺性能为 机器零件用钢的主要工艺性能。但对钢材的其 他工艺性能(如冶炼性能、浇注性能、可锻性 能等)也有一定的要求。
40MnVB
35CrMo
0.37 0.17 1.40
0.44 0.37 1.80
0.37 0.17 1.10