最新机械制造用结构钢
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零件在氮化前，要经过调质热处理，得到 稳定的回火索氏体组织，保证使用过程中 尺寸稳定。
氮化温度低，零件变形小。常用的氮化温 度为510～570℃，表面形成γ′相（Fe4N） 和ε相（Fe3-2N）。
2、氮化钢的合金化特点
（1）如果要求表面硬度不超过HV900， 可采用铬、钼、钨钢种；如果表面硬度需 要在HV900以上，需要采用含强氮化物 形成元素铝的钢种。
2、铬为基本合金元素
铬含量为0.40％～1.65％。铬能提高淬 透性，并与基体金属形成合金渗碳体 （Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从 而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。
3、加入硅、锰、钒等
Si、Mn进一步提高淬透性，便于制 造大型轴承。
V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化 物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。
3、典型钢种及牌号
（1）低淬透性合金渗碳钢
典型钢种为20Cr。适用于制造受冲击载荷 较小的耐磨件，如小轴、活塞销、小齿轮等。
（2）中淬透性合金渗碳钢
典型钢种是20CrMnTi。用于制造承受高速 中载、要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是 汽车、拖拉机上的重要零件。
（3）高淬透性合金渗碳钢
典 型 钢 种 为 18Cr2Ni4WA 和 20Cr2Ni4A 。 这类钢具有很好的韧性，特别是低温冲击韧 性。用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件。
（2）铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透 性。
（3）钼及钒能使钢在500~580℃之间长 时间保温时保持强度。为了防止或减轻钢 发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入 0.2～0.5％钼。
3、氮化处理提高零件疲劳强度和耐磨性 的原因
（1）在表面形成高硬度的γ′-（Fe4N）和 ε-（Fe3-2N）层；
源自文库一）轴承钢的球化退火 球化退火前的原始组织应为细片状珠光体。
球化退火的目的在于： 1、降低硬度便于切削加工； 2、获得均匀分布的细粒状珠光体，为淬
火作好组织上的准备； 3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔
和冲压加工。
（二）轴承钢的淬火和回火
淬火：轴承钢的淬火加热应获得细小的 奥氏体晶粒，快冷之后得到隐晶马氏体 加上均匀分布的细粒碳化物及少量残留 奥氏体 。
利用低碳结构钢进行渗碳，使零件从表面 到中心具有从高碳（0.8～1.l％C）到低 碳（0.10～0.25％C）连续过渡的化学 成分。渗碳层深度为0.6~2.0mm。
渗碳之后淬火，得到从表面到中心的不同 组织，例如形成高碳马氏体+低碳马氏体 十珠光体十铁素体的金相组织。
2、渗碳钢的合金化特点
（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％ 之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧 性。
（2）加入提高淬透性的合金元素，常加 入 Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后 心部的强度和韧性。Cr还能细化碳化物、 提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和 心部的韧性非常有利。
（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元 素，主要加入少量强碳化物形成元 素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的 合金碳化物。除了能阻止渗碳时奥 氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层 硬度，提高耐磨性。
（2）塑性夹杂物，在热变形过程中有良好 的塑性，沿轧向呈连续条状分布，属这类 的有MnS和铁锰硅酸盐；
（3）球状不变形夹杂物，主要是钙的铝酸 盐。
理想的情况应该是夹杂物细、少、塑性好、 呈细条状均匀分布。
五、轴承钢的合金化特点
1、高碳
为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和 高强度，碳质量分数应较高，一般为 0.95％～1.10％。
机械制造用结构钢
第六节 轴承钢
一、概述 滚动轴承是一切传动机械中不可缺
少的重要零件。轴承钢主要用来制 造滚动轴承的滚动体和套圈。 滚动轴承的受力状况 ：承受着各类 高的交变应力，如拉力、压缩、剪 切应力以及摩擦力。
根据热变形能力，可分为以下三类：
（1）脆性夹杂物，如刚玉（A12O3）、尖 晶石，沿轧制方向排列呈点链状分布；
（2）渗入的氮原子与氮化物形成元素形 成弥散的合金氮化物，提高表面氮化层的 强度和硬度。
（3）表面渗入氮原子后体积膨胀，因而 在表面产生了残留压应力，能抵消外力作 用产生的张应力，减少表面疲劳裂纹的产 生。
4、氮化钢典型牌号
常用氮化钢是38CrMoAl。经调质 和表面氮化处理后，钢表面可获得最 高氮化层硬度，达到HV900～1000 （HRC65≈HV800）。
轴承在磨削加工后要进行回火，生产上称 之谓低温时效处理（附加回火）。即 130～150℃加热，保温3～6小时。
综上所述，轴承钢的热处理主要过程为：
球化退火→淬火→冷处理→低温回火→ 低温时效处理
第七节 渗碳钢和氮化钢
一、渗碳钢 1、概述 有不少机器零件（汽车、拖拉机中的变
速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等） 的机械性能要求表面具有优异的耐磨性 和接触疲劳抗力，同时心部具有高的韧 性和足够高的强度。
4、热处理和组织性能
渗碳后直接淬火+低温回火。 热处理后，表面渗 碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残 余奥氏体组成，硬度为60～62HRC。
二、氮化钢
1、概述：
机械零件经表面氮化处理后，可显著提高 其疲劳强度和耐磨性，还具有抗水、油等 介质腐蚀的能力。氮化层在较高温度下仍 能保持其硬度。
六、典型钢种和牌号
1、铬轴承钢
最常用的是GCr15。使用量占轴承钢的 绝大部分。除制造轴承外也常用来制造 冷冲模、量具、丝锥等。
2、添加 Mn、Si、Mo、V的轴承钢
在铬轴承钢中加入 Si、Mn可提高淬透 性，例如， GCrl5SiMn、 GCr15SiMnMoV等。
七、轴承钢的热处理
GCr15钢AC1 为735~765℃，840℃左 右淬火能得到最高的硬度、弯曲疲劳强 度和冲击韧性。
冷处理 ：精密轴承为保证尺寸稳定，常采 用冷处理的方法消除残余奥氏体。冷处理 温度为：-40 ~ -70℃。
回火：回火温度为150～170℃，回火时 间大于2.5小时 。 GCr15钢回火后的组 织为在隐晶回火马氏体基体上均匀分布着 细小的碳化物颗粒，硬度为HRC61～65。
氮化温度低，零件变形小。常用的氮化温 度为510～570℃，表面形成γ′相（Fe4N） 和ε相（Fe3-2N）。
2、氮化钢的合金化特点
（1）如果要求表面硬度不超过HV900， 可采用铬、钼、钨钢种；如果表面硬度需 要在HV900以上，需要采用含强氮化物 形成元素铝的钢种。
2、铬为基本合金元素
铬含量为0.40％～1.65％。铬能提高淬 透性，并与基体金属形成合金渗碳体 （Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从 而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。
3、加入硅、锰、钒等
Si、Mn进一步提高淬透性，便于制 造大型轴承。
V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化 物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。
3、典型钢种及牌号
（1）低淬透性合金渗碳钢
典型钢种为20Cr。适用于制造受冲击载荷 较小的耐磨件，如小轴、活塞销、小齿轮等。
（2）中淬透性合金渗碳钢
典型钢种是20CrMnTi。用于制造承受高速 中载、要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是 汽车、拖拉机上的重要零件。
（3）高淬透性合金渗碳钢
典 型 钢 种 为 18Cr2Ni4WA 和 20Cr2Ni4A 。 这类钢具有很好的韧性，特别是低温冲击韧 性。用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件。
（2）铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透 性。
（3）钼及钒能使钢在500~580℃之间长 时间保温时保持强度。为了防止或减轻钢 发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入 0.2～0.5％钼。
3、氮化处理提高零件疲劳强度和耐磨性 的原因
（1）在表面形成高硬度的γ′-（Fe4N）和 ε-（Fe3-2N）层；
源自文库一）轴承钢的球化退火 球化退火前的原始组织应为细片状珠光体。
球化退火的目的在于： 1、降低硬度便于切削加工； 2、获得均匀分布的细粒状珠光体，为淬
火作好组织上的准备； 3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔
和冲压加工。
（二）轴承钢的淬火和回火
淬火：轴承钢的淬火加热应获得细小的 奥氏体晶粒，快冷之后得到隐晶马氏体 加上均匀分布的细粒碳化物及少量残留 奥氏体 。
利用低碳结构钢进行渗碳，使零件从表面 到中心具有从高碳（0.8～1.l％C）到低 碳（0.10～0.25％C）连续过渡的化学 成分。渗碳层深度为0.6~2.0mm。
渗碳之后淬火，得到从表面到中心的不同 组织，例如形成高碳马氏体+低碳马氏体 十珠光体十铁素体的金相组织。
2、渗碳钢的合金化特点
（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％ 之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧 性。
（2）加入提高淬透性的合金元素，常加 入 Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后 心部的强度和韧性。Cr还能细化碳化物、 提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和 心部的韧性非常有利。
（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元 素，主要加入少量强碳化物形成元 素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的 合金碳化物。除了能阻止渗碳时奥 氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层 硬度，提高耐磨性。
（2）塑性夹杂物，在热变形过程中有良好 的塑性，沿轧向呈连续条状分布，属这类 的有MnS和铁锰硅酸盐；
（3）球状不变形夹杂物，主要是钙的铝酸 盐。
理想的情况应该是夹杂物细、少、塑性好、 呈细条状均匀分布。
五、轴承钢的合金化特点
1、高碳
为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和 高强度，碳质量分数应较高，一般为 0.95％～1.10％。
机械制造用结构钢
第六节 轴承钢
一、概述 滚动轴承是一切传动机械中不可缺
少的重要零件。轴承钢主要用来制 造滚动轴承的滚动体和套圈。 滚动轴承的受力状况 ：承受着各类 高的交变应力，如拉力、压缩、剪 切应力以及摩擦力。
根据热变形能力，可分为以下三类：
（1）脆性夹杂物，如刚玉（A12O3）、尖 晶石，沿轧制方向排列呈点链状分布；
（2）渗入的氮原子与氮化物形成元素形 成弥散的合金氮化物，提高表面氮化层的 强度和硬度。
（3）表面渗入氮原子后体积膨胀，因而 在表面产生了残留压应力，能抵消外力作 用产生的张应力，减少表面疲劳裂纹的产 生。
4、氮化钢典型牌号
常用氮化钢是38CrMoAl。经调质 和表面氮化处理后，钢表面可获得最 高氮化层硬度，达到HV900～1000 （HRC65≈HV800）。
轴承在磨削加工后要进行回火，生产上称 之谓低温时效处理（附加回火）。即 130～150℃加热，保温3～6小时。
综上所述，轴承钢的热处理主要过程为：
球化退火→淬火→冷处理→低温回火→ 低温时效处理
第七节 渗碳钢和氮化钢
一、渗碳钢 1、概述 有不少机器零件（汽车、拖拉机中的变
速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等） 的机械性能要求表面具有优异的耐磨性 和接触疲劳抗力，同时心部具有高的韧 性和足够高的强度。
4、热处理和组织性能
渗碳后直接淬火+低温回火。 热处理后，表面渗 碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残 余奥氏体组成，硬度为60～62HRC。
二、氮化钢
1、概述：
机械零件经表面氮化处理后，可显著提高 其疲劳强度和耐磨性，还具有抗水、油等 介质腐蚀的能力。氮化层在较高温度下仍 能保持其硬度。
六、典型钢种和牌号
1、铬轴承钢
最常用的是GCr15。使用量占轴承钢的 绝大部分。除制造轴承外也常用来制造 冷冲模、量具、丝锥等。
2、添加 Mn、Si、Mo、V的轴承钢
在铬轴承钢中加入 Si、Mn可提高淬透 性，例如， GCrl5SiMn、 GCr15SiMnMoV等。
七、轴承钢的热处理
GCr15钢AC1 为735~765℃，840℃左 右淬火能得到最高的硬度、弯曲疲劳强 度和冲击韧性。
冷处理 ：精密轴承为保证尺寸稳定，常采 用冷处理的方法消除残余奥氏体。冷处理 温度为：-40 ~ -70℃。
回火：回火温度为150～170℃，回火时 间大于2.5小时 。 GCr15钢回火后的组 织为在隐晶回火马氏体基体上均匀分布着 细小的碳化物颗粒，硬度为HRC61～65。