第四章机器零讲义件用钢
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利用碳化物形成元素，如Cr，Mo，W等在渗碳后 的表层形成碳化物，提高硬度和耐磨性。
（3）细化晶粒
常加入少量强碳化物形成元素Ti、 V等阻止奥 氏体的晶粒长大。
3、合金元素对 渗层性能的影响
（1）对表层碳浓度 及渗碳层浓度梯 度的影响
①碳化物形成元素 Cr、Mo、W能增大 钢表面吸收渗碳气氛 中C原子能力，同时 又降低了C在奥氏体 中的扩散系数，因此 渗层表面碳浓度大， 渗碳层表面碳分布陡；
④高的弹性极限： 0.6-0.9％C，弹簧钢，淬火＋中温回火
⑤高硬度高耐磨、高接触疲劳性能： 轴承钢，淬火＋低温回火
第二节 渗碳钢
一、渗碳钢 机器零件中，如齿轮，用低碳钢、 低碳合金钢进行渗碳，使零件从表 面到心部具有从高碳（0.8～1.1%C） 到低碳（0.10～0.25%C）连续过渡的 化学成分。称这类钢为渗碳钢。 淬火、回火后：零件表面层具有 高强度、高耐磨性，零件心部具有 适当的强度和较好的韧性。
碳化物形成元素作用大。
(4).防止第二类回火脆性 Mo，W等
(5).改善切削性能 S，Ca，Se，Pb，Bi等
三.机器零件用钢的含碳量和热处理工艺的选择
①一般不重要的零件： 中碳钢，正火
②表面耐磨及接触应力较大的零件： 渗碳钢，渗碳、淬火＋低温回火
③综合力学性能： 中碳调质钢，淬火＋高温回火 低碳马氏体钢，淬火＋低温回火
（2）对表层碳化物形态的影响
V，W，Mo易使表面碳化物呈长条状和网状 分布，产生脆化。Cr易使碳化物呈粒状分 布，韧性降低不明显。
三、 常用渗碳钢及热处理
（一）常用渗碳钢
1.低淬透性渗碳钢 （适用于负荷不
大，对心部要求不 高的小型渗碳件）
15，20， 20Mn2，20MnV， 15Cr，20Cr， 20CrV
曲轴 连杆
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
滚珠轴承 调心球轴承
滚珠轴承
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
二、机器零件用钢的服役条件
受载情况：主要承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、 冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者承受多种载荷的 交互作用。
服役环境：大气、水和润滑油，温度在-50～100℃。
要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差 配合等。
由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢 有所不同。
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 良好的强度和韧性 以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；
➢ 良好的疲劳性能与耐磨性等 因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充
分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使 用状态通常为淬火加回火态，即强化态。
四、机器零件对工艺性能的要求
机器零件用钢制造工艺繁多： 热加工：铸造、轧制、挤压、拉拔、锻造、焊接、热处理。 冷加工：车、铣、刨、磨…等等。
通常机器零件的制造工艺流程为：
型材 改锻
预先热处理 粗加工
最终热处理
精加工
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；
机器零件用钢通常以力学性能为主， 工艺性能为辅。
引言
一、应用背景：
机器零件用钢也称机械制造结构用钢，是用于制 造各种机械零件的钢种。
机器零件用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展 起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹 簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、 拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火 箭等装置上。
变速箱 变速齿轮
拨叉
齿轮 汽车万向节
精品jing
第四章机器零件用钢
主要内容
➢机器零件用钢的强韧化 ➢渗碳钢 ➢调质钢 ➢弹簧钢 ➢滚动轴承钢 ➢超高强度结构钢
本章教学基本要求
□了解机器零件用钢的强韧化机制； □渗碳钢、调质零件、弹簧、滚动轴承以及超强度
结构钢的服役条件及对钢的基本性能要求，化 学成分特点和热处理特点； □掌握常用渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢 以及超强度结构钢的组织性能特点及用途。
二、 渗碳钢的化学成分特点
1. 低碳
一般在0.12% ～ 0.25%C。主要目的是为了保证心部有
良好的韧性。
2. 合金化特点
常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、Ti、V、B、W 等。 （1）提高淬透性 Cr、Mn、Ni、Si、Mo、B提高钢材的淬透性，提高零件 的强度和韧性；
（2）提高渗层硬度和耐磨性
机器零件用钢钢种：
渗碳用钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、氮化用钢、 低碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、 易切削钢等。
第一节 机器零件用钢的强韧化
一、机器零件用钢的强韧化的基本方法
由前面介绍的机器零件用钢的工作环境、力学性能 要求和工艺性能要求可以看到：
不同零件对性能要求侧重点有很大的区别，但其共同 特点都可以归一为强度和韧性两个方面。因此机器零 件用钢在使用过程中，总希望尽可能高的强度和保证 足够的韧性。
活塞销(20Cr)
柴油机凸轮轴
来自百度文库
凸轮轴工作原理示意图
2. 中淬透性渗碳钢
适用于中型负荷， 截面较大的耐磨件， 如汽车的变速箱齿轮
为使机器零件用钢获得高强度和足够韧性，主要采用 固溶强化、沉淀强化、细晶强化等方法。
热处理淬火，回火等相变强化手段也是机器零件用钢 必不可少的工艺方法。
二、合金元素在机器零件用钢中的作用
在机器零件用钢中合金元素分为两大类： 主加元素：提高淬透性和固溶强化 辅加元素：细化晶粒，防止第二类回火脆性
和改善切削加工性能。 1 主加元素作用 (1).提高淬透性
提高淬透性元素：Ni，Si，Cr，Mo，Mn，（B）等 只有合金元素完全溶入奥氏体中才能提高淬透性
(2).固溶强化 Ni，Si，Cr，Mo，Mn等不仅可以提高淬透性而且都 能产生固溶强化效果。
2、辅加元素作用
(1).提高回火稳定性
W ，Mo，v，Ti等。
(2).细化晶粒 除Mn外，碳化物形成元素均能细化A晶粒，其中强
②非碳化物形成元素 Ni 的作用相反， 加速 C原子扩散，降低表层 碳浓度，有利于形成 由表及里的较平缓的 碳浓度梯度。
③Si元素 Si使钢的表面增碳
困难，使渗碳速度 降低，因此渗碳钢 很少加Si
因此，合理搭配碳化物形成元素和非碳化物形 成元素（Ni），可以加快钢渗碳速度和较快获得 必要的表面碳浓度、渗层深度，避免表面碳浓度 太高及渗层碳浓度分布太陡。
（3）细化晶粒
常加入少量强碳化物形成元素Ti、 V等阻止奥 氏体的晶粒长大。
3、合金元素对 渗层性能的影响
（1）对表层碳浓度 及渗碳层浓度梯 度的影响
①碳化物形成元素 Cr、Mo、W能增大 钢表面吸收渗碳气氛 中C原子能力，同时 又降低了C在奥氏体 中的扩散系数，因此 渗层表面碳浓度大， 渗碳层表面碳分布陡；
④高的弹性极限： 0.6-0.9％C，弹簧钢，淬火＋中温回火
⑤高硬度高耐磨、高接触疲劳性能： 轴承钢，淬火＋低温回火
第二节 渗碳钢
一、渗碳钢 机器零件中，如齿轮，用低碳钢、 低碳合金钢进行渗碳，使零件从表 面到心部具有从高碳（0.8～1.1%C） 到低碳（0.10～0.25%C）连续过渡的 化学成分。称这类钢为渗碳钢。 淬火、回火后：零件表面层具有 高强度、高耐磨性，零件心部具有 适当的强度和较好的韧性。
碳化物形成元素作用大。
(4).防止第二类回火脆性 Mo，W等
(5).改善切削性能 S，Ca，Se，Pb，Bi等
三.机器零件用钢的含碳量和热处理工艺的选择
①一般不重要的零件： 中碳钢，正火
②表面耐磨及接触应力较大的零件： 渗碳钢，渗碳、淬火＋低温回火
③综合力学性能： 中碳调质钢，淬火＋高温回火 低碳马氏体钢，淬火＋低温回火
（2）对表层碳化物形态的影响
V，W，Mo易使表面碳化物呈长条状和网状 分布，产生脆化。Cr易使碳化物呈粒状分 布，韧性降低不明显。
三、 常用渗碳钢及热处理
（一）常用渗碳钢
1.低淬透性渗碳钢 （适用于负荷不
大，对心部要求不 高的小型渗碳件）
15，20， 20Mn2，20MnV， 15Cr，20Cr， 20CrV
曲轴 连杆
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
滚珠轴承 调心球轴承
滚珠轴承
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
二、机器零件用钢的服役条件
受载情况：主要承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、 冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者承受多种载荷的 交互作用。
服役环境：大气、水和润滑油，温度在-50～100℃。
要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差 配合等。
由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢 有所不同。
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 良好的强度和韧性 以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；
➢ 良好的疲劳性能与耐磨性等 因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充
分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使 用状态通常为淬火加回火态，即强化态。
四、机器零件对工艺性能的要求
机器零件用钢制造工艺繁多： 热加工：铸造、轧制、挤压、拉拔、锻造、焊接、热处理。 冷加工：车、铣、刨、磨…等等。
通常机器零件的制造工艺流程为：
型材 改锻
预先热处理 粗加工
最终热处理
精加工
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；
机器零件用钢通常以力学性能为主， 工艺性能为辅。
引言
一、应用背景：
机器零件用钢也称机械制造结构用钢，是用于制 造各种机械零件的钢种。
机器零件用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展 起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹 簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、 拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火 箭等装置上。
变速箱 变速齿轮
拨叉
齿轮 汽车万向节
精品jing
第四章机器零件用钢
主要内容
➢机器零件用钢的强韧化 ➢渗碳钢 ➢调质钢 ➢弹簧钢 ➢滚动轴承钢 ➢超高强度结构钢
本章教学基本要求
□了解机器零件用钢的强韧化机制； □渗碳钢、调质零件、弹簧、滚动轴承以及超强度
结构钢的服役条件及对钢的基本性能要求，化 学成分特点和热处理特点； □掌握常用渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢 以及超强度结构钢的组织性能特点及用途。
二、 渗碳钢的化学成分特点
1. 低碳
一般在0.12% ～ 0.25%C。主要目的是为了保证心部有
良好的韧性。
2. 合金化特点
常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、Ti、V、B、W 等。 （1）提高淬透性 Cr、Mn、Ni、Si、Mo、B提高钢材的淬透性，提高零件 的强度和韧性；
（2）提高渗层硬度和耐磨性
机器零件用钢钢种：
渗碳用钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、氮化用钢、 低碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、 易切削钢等。
第一节 机器零件用钢的强韧化
一、机器零件用钢的强韧化的基本方法
由前面介绍的机器零件用钢的工作环境、力学性能 要求和工艺性能要求可以看到：
不同零件对性能要求侧重点有很大的区别，但其共同 特点都可以归一为强度和韧性两个方面。因此机器零 件用钢在使用过程中，总希望尽可能高的强度和保证 足够的韧性。
活塞销(20Cr)
柴油机凸轮轴
来自百度文库
凸轮轴工作原理示意图
2. 中淬透性渗碳钢
适用于中型负荷， 截面较大的耐磨件， 如汽车的变速箱齿轮
为使机器零件用钢获得高强度和足够韧性，主要采用 固溶强化、沉淀强化、细晶强化等方法。
热处理淬火，回火等相变强化手段也是机器零件用钢 必不可少的工艺方法。
二、合金元素在机器零件用钢中的作用
在机器零件用钢中合金元素分为两大类： 主加元素：提高淬透性和固溶强化 辅加元素：细化晶粒，防止第二类回火脆性
和改善切削加工性能。 1 主加元素作用 (1).提高淬透性
提高淬透性元素：Ni，Si，Cr，Mo，Mn，（B）等 只有合金元素完全溶入奥氏体中才能提高淬透性
(2).固溶强化 Ni，Si，Cr，Mo，Mn等不仅可以提高淬透性而且都 能产生固溶强化效果。
2、辅加元素作用
(1).提高回火稳定性
W ，Mo，v，Ti等。
(2).细化晶粒 除Mn外，碳化物形成元素均能细化A晶粒，其中强
②非碳化物形成元素 Ni 的作用相反， 加速 C原子扩散，降低表层 碳浓度，有利于形成 由表及里的较平缓的 碳浓度梯度。
③Si元素 Si使钢的表面增碳
困难，使渗碳速度 降低，因此渗碳钢 很少加Si
因此，合理搭配碳化物形成元素和非碳化物形 成元素（Ni），可以加快钢渗碳速度和较快获得 必要的表面碳浓度、渗层深度，避免表面碳浓度 太高及渗层碳浓度分布太陡。