3第三章机器零件用钢0讲义506
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2．淬火+回火状态: 按回火温度分为： 高温回火—调质钢； 中温回火—弹簧钢； 低温回火—滚动轴承钢、超高强度钢。 3．化学热处理： 渗碳钢
氮化用钢 4．高频淬火用钢—高、中频淬火后低温回火使用
13
§3-1 调质钢
1.用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机 床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。
各类钢的化学成分特点、合金元素的作用、 强韧化机制及热处理特点。
3
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。
4
变速箱 变速齿轮
拨叉
5
齿轮 汽车万向节
曲轴
连杆
3.0 引言
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
齿轮
连杆
曲轴
汽车万向节
14
调质件（冷却轮）
破碎机主轴
轴
螺栓
马车螺栓 支架螺栓
扩展螺栓
连杆
一、工作条件、失效方式及性能要求
1．工作条件（以轴类零件为例） 作用：传动力矩 受力：主要承受交变扭转、弯曲力；
一定的冲击力 配合处摩擦力。 2．失效方式 （1）磨损：由于硬度低，耐磨性差造成的。 （2）疲劳断裂：弯曲疲劳、扭转疲劳 3．性能要求 （1）高强度，尤其是高的疲劳强度； （2）高硬度、高耐磨性； （3）塑性韧性好； 即，良好的综合力学性能。
储能减振
板簧，螺簧； 压簧、拉簧和扭簧等
Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向；
V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。
23
总结
合金元素的作用： （1）提高淬透性：Mn Cr Si Ni B （2）提高回火稳定性：Mo Cr Si （3）细化晶粒：V Ti （4）防止第二类回火脆：W （0.8%～1.2%） Mo（0.15%～0.30%）
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。
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。
机器零件承载着短时超负荷作用， 强度要求高
机器零件相互间存在相互滑动或 滚动
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
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。 按热处理状态分（使用状态）： 1．一般供应或正火状态—碳钢或碳素易削钢；
3第三章机器零件用 钢0506
主要内容
调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢 特殊用途钢
2
Chapter 5 机械制造结构钢
教学要求
➢ 基本要求：
了解各类钢的服役条件、对钢的基本性能要 求、化学成分特点和热处理特点；
掌握常用调质钢、弹簧钢、渗碳钢、滚动轴 承钢等的典型牌号。
➢ 重点与难点：
3.2Baidu Nhomakorabea调质钢
三.调质钢的化学成分：
①碳含量一般在0.3～0.5%之间； ②主加合金元素：
合金元素 Si
Mn
Cr
Ni
含量范围 (wt%)
0.6-1.4
0.8-1.8 0.8-1.7
1.0-4.5
③辅加合金元素：
合金元素 Mo
V
W
Ti
Al
B
Min.(wt%) 0.1 0.05
0.6
0.05
0.5 <0.004
7
滚珠
滚珠轴承
8
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿 9
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。
10
力学性能要求
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
较高的耐 磨性
低的缺口 敏感性
3.2 调质钢
五．常用调质钢
1．低淬透性的调质钢： DC < 30~40mm，40、 45淬火临界直径为8-17mm， 45MnV、40Cr、38CrSi、40CrV、40MnVB 钢等，油淬DC =30-40mm；
2．中淬透性的调质钢：油淬DC =40-60mm； 40CrMn、40CrNi、35CrMo、30CrMnSi
Max.
0.5
0.2
1.2
0.1
1.2
－
④重要的调质钢一般都含有多种合金元素。
22
三．调质钢的化学成分及热处理特点
含碳量在0.25~0.45%。常用合金元素作用：
Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向；
Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆 ；
3．高淬透性的调质钢：油淬DC≥60-100mm， 40CrNiMo、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA；
28
六．调质零件用钢的发展动向
1．低碳马氏体型钢 2．中碳微合金非调质钢
29
§3-3弹簧钢
1. 用途
弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
30
一．弹簧的工作条件、失效方式、性能要求
弹簧功能 弹簧类型
粒状珠光体
2. 最终热处理
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。
20
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。
24
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。
2．淬火+回火状态: 按回火温度分为： 高温回火—调质钢； 中温回火—弹簧钢； 低温回火—滚动轴承钢、超高强度钢。 3．化学热处理： 渗碳钢
氮化用钢 4．高频淬火用钢—高、中频淬火后低温回火使用
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§3-1 调质钢
1.用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机 床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。
各类钢的化学成分特点、合金元素的作用、 强韧化机制及热处理特点。
3
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。
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变速箱 变速齿轮
拨叉
5
齿轮 汽车万向节
曲轴
连杆
3.0 引言
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
齿轮
连杆
曲轴
汽车万向节
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调质件（冷却轮）
破碎机主轴
轴
螺栓
马车螺栓 支架螺栓
扩展螺栓
连杆
一、工作条件、失效方式及性能要求
1．工作条件（以轴类零件为例） 作用：传动力矩 受力：主要承受交变扭转、弯曲力；
一定的冲击力 配合处摩擦力。 2．失效方式 （1）磨损：由于硬度低，耐磨性差造成的。 （2）疲劳断裂：弯曲疲劳、扭转疲劳 3．性能要求 （1）高强度，尤其是高的疲劳强度； （2）高硬度、高耐磨性； （3）塑性韧性好； 即，良好的综合力学性能。
储能减振
板簧，螺簧； 压簧、拉簧和扭簧等
Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向；
V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。
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总结
合金元素的作用： （1）提高淬透性：Mn Cr Si Ni B （2）提高回火稳定性：Mo Cr Si （3）细化晶粒：V Ti （4）防止第二类回火脆：W （0.8%～1.2%） Mo（0.15%～0.30%）
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。
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。
机器零件承载着短时超负荷作用， 强度要求高
机器零件相互间存在相互滑动或 滚动
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
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。 按热处理状态分（使用状态）： 1．一般供应或正火状态—碳钢或碳素易削钢；
3第三章机器零件用 钢0506
主要内容
调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢 特殊用途钢
2
Chapter 5 机械制造结构钢
教学要求
➢ 基本要求：
了解各类钢的服役条件、对钢的基本性能要 求、化学成分特点和热处理特点；
掌握常用调质钢、弹簧钢、渗碳钢、滚动轴 承钢等的典型牌号。
➢ 重点与难点：
3.2Baidu Nhomakorabea调质钢
三.调质钢的化学成分：
①碳含量一般在0.3～0.5%之间； ②主加合金元素：
合金元素 Si
Mn
Cr
Ni
含量范围 (wt%)
0.6-1.4
0.8-1.8 0.8-1.7
1.0-4.5
③辅加合金元素：
合金元素 Mo
V
W
Ti
Al
B
Min.(wt%) 0.1 0.05
0.6
0.05
0.5 <0.004
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滚珠
滚珠轴承
8
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿 9
简介
用途：轴类、齿轮、弹簧、紧固件等。 分类：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结
构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和 易削钢等。
10
力学性能要求
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
较高的耐 磨性
低的缺口 敏感性
3.2 调质钢
五．常用调质钢
1．低淬透性的调质钢： DC < 30~40mm，40、 45淬火临界直径为8-17mm， 45MnV、40Cr、38CrSi、40CrV、40MnVB 钢等，油淬DC =30-40mm；
2．中淬透性的调质钢：油淬DC =40-60mm； 40CrMn、40CrNi、35CrMo、30CrMnSi
Max.
0.5
0.2
1.2
0.1
1.2
－
④重要的调质钢一般都含有多种合金元素。
22
三．调质钢的化学成分及热处理特点
含碳量在0.25~0.45%。常用合金元素作用：
Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向；
Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆 ；
3．高淬透性的调质钢：油淬DC≥60-100mm， 40CrNiMo、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA；
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六．调质零件用钢的发展动向
1．低碳马氏体型钢 2．中碳微合金非调质钢
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§3-3弹簧钢
1. 用途
弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
30
一．弹簧的工作条件、失效方式、性能要求
弹簧功能 弹簧类型
粒状珠光体
2. 最终热处理
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。
20
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。
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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。