金属材料学第3章机器零件用钢
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆 ；
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。
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来 分级的。 DC为油淬临界直径
低淬透性合金钢: DC < 30~40mm, 有40Cr、 40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等
0.14
1.30~ 1.60
0.79
0.05~ 0.15
0.10 0.11
0.02N
3.2.3 弹簧钢
一、弹簧的服役条件及性能要求
弹簧功能
储能减振
弹簧类型
板簧，螺簧； 压簧、拉簧和扭簧等
压缩螺簧 扭转螺簧
拉伸螺簧 单板弹簧
叠形板簧
典型的螺旋弹簧及板簧
椭圆板簧
扭杆弹簧
a)实芯扭杆b)串联式扭杆
卡簧（圈）基本形状
获得最佳性能→称为极限合金化理论 结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn， 1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。 或是单独加入，或是复合加入。
三、零件材料和工艺选择途径
1、对于要求良好综合力学性能，零件选 材料的途径为：
① 低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。 为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类 为代表.
4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲 劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬 火+低温回火。如轴承钢。
由于不同机器零件的服役条件和
失效方式不同，主要的设计依据和
失效判据也不同，所以应合理选择
辨
钢的含碳量和热处理工艺。
证
应该明确:
思
一般情况下，某零件制造的材料并
维
不是唯一的；
某一种钢采用不同的热处理工艺可
图 带状碳化物 500×
图 碳化物液析 500×
合金 高碳，加入Cr、Si、Mn等。如GCrl5、
化 GCrl5SiMn。
Cr含量 ?
组织 特点
经合适的热处理，应得到组织： 细小均匀的奥氏体晶粒度5~8级；M中 含0.5~0.6%C；隐晶M基体上分布细小均 匀的粒状K，体积分数约7~8%， 一般可 有少量AR。 负荷较小时,为提高σ-1，可设计M中 约含0.45%C，K体积分数约5%。→钢中总 含碳量应↓
金属材料学第3章机器零件用钢
单击此处输入你的副标题，请尽量言 简意赅的阐述观点。
第3章 机器零件用钢
根据钢的生产工艺和用途，可分 为：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。
3.1 概 述
一、机器零件用钢的性能要求
1、具有良好的冷热加工工艺性 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、
综合 强化 工艺
如复合热处理，即热处理强化、表面 处理及形变强化工艺结合起来。如汽车转 向节园角处进行高频淬火处理后，疲劳寿 命提高了50倍
冷变 形
如滚压、喷丸等冷变形方法的效果也比 较好, 能提高零件寿命
锻造 余热 淬火
既能节约能源、简化工序，又能细化组 织，提高零件的强韧性。如柴油机连杆， 已普遍采用锻造余热淬火工艺
② 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温 回火。为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加 热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。
2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧 性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如 低合金中碳马氏体钢。农业机械较多.
3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又 要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢， 进行中温回火。如弹簧钢。
② Si / Mn ↑淬透性，Ms不过分↓,开裂倾向小; ③ Si有效↑回稳性, 但↑脱C倾向; ④ Si、Mn复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰 钢为小.
常用螺旋弹簧钢有50CrVA等。
50CrVA :
① Cr 、V均↑回稳性, 韧性好； ② V 细化晶粒, ↓过热敏感性; ③ 含Si少,脱C敏感性↓, 热处理不易脱C; 常用于受应力高的螺旋弹簧及<300℃工作的阀 门弹簧.
图 高碳铬轴承钢中马氏体含碳量与疲劳寿命的关系
图 GCr15轴承钢中未溶K量与疲劳寿命间的关系
三、高碳铬轴承钢的热处理
磨等。 2、具有良好的力学性能 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐
磨性等有不同要求。 一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质
钢或高级优质钢。
二、机器零件用钢合金化特点
主加 元素
Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：↑淬透性和力学性能。
源自文库
辅加 元素
Mo、W、V等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
最佳 范围
以制造不同类型的零件；
某一零件用某一材料制造，其热处
理工艺方法也可能是多种的。
3.2 整体强化态钢
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交
基 变应力，大部分是整体受力。
本 情 况
其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标σ-1、Rm、AK、KIC等。
总体上要求良好的综合力学性能。
主
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，
求
一定韧度→承受冲击，以免碎裂；
尺寸稳定性好→保证精度；
一定耐蚀性→大气、润滑油腐蚀。
关键因素
化学成分、冶金质量和加工工艺
二、轴承钢的冶金质量和合金化
接触面小
应力集中大
材质纯净、组织均匀
易产生裂纹
冶金 质量 要求
纯净→夹杂物要少：主要有各种
氧化物（如A12O3）和硅酸盐等； 危害程度依次递减：A12O3、球
二、常用弹簧钢及强化工艺
合金化：
含碳量在0.60~1.05％,低合金弹簧钢在
0.40~0.74％C。
?
+ Si、Mn、Cr、V等合金元素. Cr和Mn主
要是提高淬透性， Si提高弹性极限， V提高
淬透性和细化晶粒.
常用硅锰板簧钢有60Si2Mn 、 55Si2Mn等
60Si2Mn:
① Si、Mn复合,强化F,→↑σe， σs/σb可达到 0.8~0.9；
低温退火?
热处理 工艺
淬火和 中温回火
回火 屈氏体
具有一定的冲击韧度，较高的弹性极 限、屈强比和最高的疲劳强度
关键问题: 弹性参数和韧性参数之间的 平衡或最佳配合。
60Si2Mn钢力学性能与 回火温度的关系
55Si2Mn钢疲劳强度随 回火温度的变化
形变强化效果好
板簧最适合形变强化: 滚压、喷丸等冷变形强化强化都能有效地提
基本 工艺 方式
热成形 弹簧
冷成形 弹簧
大型 弹簧
小型 弹簧
热成形后+ 淬、回火
冷变形或热处 理强化+冷成形 +低温退火
火车缓冲压缩螺旋弹簧热成形的三种热处理工艺 a)常规热处理 b)热卷簧余热淬火 c)高温形变热处理
思考题： 大型弹簧为什么要先成形后
强化，小型弹簧先强化后成形? 小型弹簧成形后为什么进行
CU为冲击韧性,Rm为抗拉强度,D是珠光体片间距,fp是珠光体 体积分数,dr为奥氏体晶粒大小, △Rmp
复合微合金化非调质钢典型成分
牌号
C Si Mn
27MnSiVS6(德) 0.26 0.70 1.50
Cr V Nb Ti
0.10
0.02
其他
S1000(法) 30ΧΓΦΤ(俄)
0.47 0.36 1.55 0.30 0.55 1.0
中淬透性合金钢: DC:40~60mm, 有40CrNi、 42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等
高淬透性合金钢: DC≥60~100mm, 有37CrNi3、 40CrNiMo、40CrMnMo等
分析比较： 40Cr→40CrNi→40CrNiMo
淬透性 回稳性 塑韧性
40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr
0.14 0.12 0.065
0.03
Mo
0.60 ≤0.2
≤0.17
1524MoV(美) 0.22 0.35 1.54 NC33HFB(日) 0.33 0.24 1.46
0.11
0.11
Mo
0.06
0.01 0.01N
AHF50B(日) 45VNbN(中)
0.35~ 0.40
0.44
0.15~ 0.35
工
作 条
高转速→ 循环周次高达每分钟数万次；
件
高灵敏度→ 精度要求高→磨损、麻点→噪音
失效形式
接触疲劳破坏，麻点、剥落
滚动轴承及其受到载分布情况
滚子轴承
圆柱滚子推力轴承
圆锥滚子推力轴承
滚针保持架组件
高而均匀的硬度和耐磨性→足够
性
淬透性和淬硬性，>60HRC；
能
高接触疲劳强度→以免过早失效
要
→保证材质、组织；
高板簧使用寿命,如结合高温形变热处理则更好
板簧喷丸作用举例:
疲劳强度(MPa)
板厚/mm 未喷丸 喷丸 应力喷丸
13
390
470
800
11
350
700
850
3.2.4 滚动轴承钢
一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求
滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、 针）及保持器组成。
高负荷→最大接触应力可高达3000~5000MPa
要 如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主
应 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏
用 体钢、超高强度钢等。
M7150A砂轮主轴 汽\拖用连杆
汽车半轴 a)一端法兰式; b)二端花键式; c)变截面台阶式
上图 S7332 螺纹磨床丝杠
下图 T615K镗床镗杆
3.2.1 调质钢
1、淬透性原则 淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
其它强化机制都不同程度地降低韧度
C、N原子的固溶强化，其脆化矢量分别 为0.72℃/ MPa、1.97℃/ MPa；
Mn和Cr元素的脆化矢量为零； Si为0.53℃/ MPa。 铁素体中固溶C、N量极小，Mn和Si固溶 量有限。所以固溶强化相对是较小的。
在强化机制上，不同的成分和工艺是不同 的，所以使钢的组织、性能也有很大的差异。
Mn对非调质钢韧度的影响
V、Ti、Nb对 强度的影响
四 非调质钢的优化设计
通过合适的成分配比和工艺控制可达到同时提高 强度和韧度的目的。
( R , C) U R fp m, C fp U fp R D m, C D U D
+ dR r 1 m /2, d C r 1/2 U dr 1/2 ( R R m m)p ,( C R m)U p R mp
3.2.2 微合金非调质钢
一、 微合金元素对强韧化的贡献 非调钢组织：主要是F+P+弥散析出K。 主要强化作用：细化组织和相间沉淀。 微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，
V是主要的。 多元适量，复合加入：Nb-V-N和Ti-V等—
主要贡献是细化组织。
二、 获得最佳强韧化的工艺因素
相间 析出
回脆性
40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo
思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？
3、调质钢强韧化工艺的发展
正确 认识 性能 指标
AK是一次大能量冲击性能指标， 小能量多冲条件下工作的，很难正确 反映。有些重要零件应以断裂韧度KIC 来衡量。
由于服役条件差异，钢最佳综合性 能也不一定都是高温回火态好。零件 在承受冲击能量大时，钢强度应低些， 塑性和韧度宜高些；冲击能量较小时， 强度应高些。以达最佳配合。
碟形弹 簧截面
板簧 螺簧
弯曲载荷 扭转应力
疲劳破坏 弹性减退
高的弹性极限σe、屈强比σs/σb→弹性↓ 高的疲劳强度σ-1 → 避免早期疲劳破坏 有足够的塑性和韧性→ 不产生脆性断裂 足够的淬透性 → 保证σe和整体强度
其他要求: 冶金质量、表面质量
思考题： 为什么弹簧要求有好的表 面质量，如表面不允许有裂 纹、折迭、严重脱碳等缺陷?
状不变形夹杂、铝硅酸盐。
氧化物夹杂数量对轴承钢疲劳寿命的影响
碳化物细小均布。主要有三类K：
组
K液析→ 结晶时枝晶偏析而存在→
织
高温扩散退火，不允许液析严重；
均
带状K→ 轧制时二次碳化物偏析→
匀
高温扩散退火；
网状K→冷却时在晶界析出→正火
图 GCr15钢 淬火回火态 500× 图 网状碳化物 500× （回火隐晶马氏体＋碳化物）
沉淀强化 细化组织
工艺参数 是关键
控制轧制 控制冷却
细化组织和沉 淀析出要协调
决定各种强化机制的效果
相间沉淀析出示意图
三、 组织因素对强韧性贡献的大小
间隙型碳氮化合物沉淀析出的强化量 一般认为可提高150~400 MPa，甚至可达 到600 MPa。
细化组织强化量大约在50 ~ 300 MPa， 脆化矢量为- 0.66℃/ MPa。
0.25~0.45%C的合金钢经调 质后室温性能变化
屈服强度相同的碳钢和合 金结构钢断面收缩率变化
结构钢抗拉强度与硬度的关系
结构钢是否淬透对屈强比的影响
2、合金化及常用钢
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；
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。
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来 分级的。 DC为油淬临界直径
低淬透性合金钢: DC < 30~40mm, 有40Cr、 40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等
0.14
1.30~ 1.60
0.79
0.05~ 0.15
0.10 0.11
0.02N
3.2.3 弹簧钢
一、弹簧的服役条件及性能要求
弹簧功能
储能减振
弹簧类型
板簧，螺簧； 压簧、拉簧和扭簧等
压缩螺簧 扭转螺簧
拉伸螺簧 单板弹簧
叠形板簧
典型的螺旋弹簧及板簧
椭圆板簧
扭杆弹簧
a)实芯扭杆b)串联式扭杆
卡簧（圈）基本形状
获得最佳性能→称为极限合金化理论 结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn， 1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。 或是单独加入，或是复合加入。
三、零件材料和工艺选择途径
1、对于要求良好综合力学性能，零件选 材料的途径为：
① 低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。 为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类 为代表.
4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲 劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬 火+低温回火。如轴承钢。
由于不同机器零件的服役条件和
失效方式不同，主要的设计依据和
失效判据也不同，所以应合理选择
辨
钢的含碳量和热处理工艺。
证
应该明确:
思
一般情况下，某零件制造的材料并
维
不是唯一的；
某一种钢采用不同的热处理工艺可
图 带状碳化物 500×
图 碳化物液析 500×
合金 高碳，加入Cr、Si、Mn等。如GCrl5、
化 GCrl5SiMn。
Cr含量 ?
组织 特点
经合适的热处理，应得到组织： 细小均匀的奥氏体晶粒度5~8级；M中 含0.5~0.6%C；隐晶M基体上分布细小均 匀的粒状K，体积分数约7~8%， 一般可 有少量AR。 负荷较小时,为提高σ-1，可设计M中 约含0.45%C，K体积分数约5%。→钢中总 含碳量应↓
金属材料学第3章机器零件用钢
单击此处输入你的副标题，请尽量言 简意赅的阐述观点。
第3章 机器零件用钢
根据钢的生产工艺和用途，可分 为：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。
3.1 概 述
一、机器零件用钢的性能要求
1、具有良好的冷热加工工艺性 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、
综合 强化 工艺
如复合热处理，即热处理强化、表面 处理及形变强化工艺结合起来。如汽车转 向节园角处进行高频淬火处理后，疲劳寿 命提高了50倍
冷变 形
如滚压、喷丸等冷变形方法的效果也比 较好, 能提高零件寿命
锻造 余热 淬火
既能节约能源、简化工序，又能细化组 织，提高零件的强韧性。如柴油机连杆， 已普遍采用锻造余热淬火工艺
② 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温 回火。为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加 热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。
2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧 性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如 低合金中碳马氏体钢。农业机械较多.
3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又 要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢， 进行中温回火。如弹簧钢。
② Si / Mn ↑淬透性，Ms不过分↓,开裂倾向小; ③ Si有效↑回稳性, 但↑脱C倾向; ④ Si、Mn复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰 钢为小.
常用螺旋弹簧钢有50CrVA等。
50CrVA :
① Cr 、V均↑回稳性, 韧性好； ② V 细化晶粒, ↓过热敏感性; ③ 含Si少,脱C敏感性↓, 热处理不易脱C; 常用于受应力高的螺旋弹簧及<300℃工作的阀 门弹簧.
图 高碳铬轴承钢中马氏体含碳量与疲劳寿命的关系
图 GCr15轴承钢中未溶K量与疲劳寿命间的关系
三、高碳铬轴承钢的热处理
磨等。 2、具有良好的力学性能 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐
磨性等有不同要求。 一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质
钢或高级优质钢。
二、机器零件用钢合金化特点
主加 元素
Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：↑淬透性和力学性能。
源自文库
辅加 元素
Mo、W、V等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
最佳 范围
以制造不同类型的零件；
某一零件用某一材料制造，其热处
理工艺方法也可能是多种的。
3.2 整体强化态钢
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交
基 变应力，大部分是整体受力。
本 情 况
其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标σ-1、Rm、AK、KIC等。
总体上要求良好的综合力学性能。
主
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，
求
一定韧度→承受冲击，以免碎裂；
尺寸稳定性好→保证精度；
一定耐蚀性→大气、润滑油腐蚀。
关键因素
化学成分、冶金质量和加工工艺
二、轴承钢的冶金质量和合金化
接触面小
应力集中大
材质纯净、组织均匀
易产生裂纹
冶金 质量 要求
纯净→夹杂物要少：主要有各种
氧化物（如A12O3）和硅酸盐等； 危害程度依次递减：A12O3、球
二、常用弹簧钢及强化工艺
合金化：
含碳量在0.60~1.05％,低合金弹簧钢在
0.40~0.74％C。
?
+ Si、Mn、Cr、V等合金元素. Cr和Mn主
要是提高淬透性， Si提高弹性极限， V提高
淬透性和细化晶粒.
常用硅锰板簧钢有60Si2Mn 、 55Si2Mn等
60Si2Mn:
① Si、Mn复合,强化F,→↑σe， σs/σb可达到 0.8~0.9；
低温退火?
热处理 工艺
淬火和 中温回火
回火 屈氏体
具有一定的冲击韧度，较高的弹性极 限、屈强比和最高的疲劳强度
关键问题: 弹性参数和韧性参数之间的 平衡或最佳配合。
60Si2Mn钢力学性能与 回火温度的关系
55Si2Mn钢疲劳强度随 回火温度的变化
形变强化效果好
板簧最适合形变强化: 滚压、喷丸等冷变形强化强化都能有效地提
基本 工艺 方式
热成形 弹簧
冷成形 弹簧
大型 弹簧
小型 弹簧
热成形后+ 淬、回火
冷变形或热处 理强化+冷成形 +低温退火
火车缓冲压缩螺旋弹簧热成形的三种热处理工艺 a)常规热处理 b)热卷簧余热淬火 c)高温形变热处理
思考题： 大型弹簧为什么要先成形后
强化，小型弹簧先强化后成形? 小型弹簧成形后为什么进行
CU为冲击韧性,Rm为抗拉强度,D是珠光体片间距,fp是珠光体 体积分数,dr为奥氏体晶粒大小, △Rmp
复合微合金化非调质钢典型成分
牌号
C Si Mn
27MnSiVS6(德) 0.26 0.70 1.50
Cr V Nb Ti
0.10
0.02
其他
S1000(法) 30ΧΓΦΤ(俄)
0.47 0.36 1.55 0.30 0.55 1.0
中淬透性合金钢: DC:40~60mm, 有40CrNi、 42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等
高淬透性合金钢: DC≥60~100mm, 有37CrNi3、 40CrNiMo、40CrMnMo等
分析比较： 40Cr→40CrNi→40CrNiMo
淬透性 回稳性 塑韧性
40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr
0.14 0.12 0.065
0.03
Mo
0.60 ≤0.2
≤0.17
1524MoV(美) 0.22 0.35 1.54 NC33HFB(日) 0.33 0.24 1.46
0.11
0.11
Mo
0.06
0.01 0.01N
AHF50B(日) 45VNbN(中)
0.35~ 0.40
0.44
0.15~ 0.35
工
作 条
高转速→ 循环周次高达每分钟数万次；
件
高灵敏度→ 精度要求高→磨损、麻点→噪音
失效形式
接触疲劳破坏，麻点、剥落
滚动轴承及其受到载分布情况
滚子轴承
圆柱滚子推力轴承
圆锥滚子推力轴承
滚针保持架组件
高而均匀的硬度和耐磨性→足够
性
淬透性和淬硬性，>60HRC；
能
高接触疲劳强度→以免过早失效
要
→保证材质、组织；
高板簧使用寿命,如结合高温形变热处理则更好
板簧喷丸作用举例:
疲劳强度(MPa)
板厚/mm 未喷丸 喷丸 应力喷丸
13
390
470
800
11
350
700
850
3.2.4 滚动轴承钢
一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求
滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、 针）及保持器组成。
高负荷→最大接触应力可高达3000~5000MPa
要 如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主
应 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏
用 体钢、超高强度钢等。
M7150A砂轮主轴 汽\拖用连杆
汽车半轴 a)一端法兰式; b)二端花键式; c)变截面台阶式
上图 S7332 螺纹磨床丝杠
下图 T615K镗床镗杆
3.2.1 调质钢
1、淬透性原则 淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
其它强化机制都不同程度地降低韧度
C、N原子的固溶强化，其脆化矢量分别 为0.72℃/ MPa、1.97℃/ MPa；
Mn和Cr元素的脆化矢量为零； Si为0.53℃/ MPa。 铁素体中固溶C、N量极小，Mn和Si固溶 量有限。所以固溶强化相对是较小的。
在强化机制上，不同的成分和工艺是不同 的，所以使钢的组织、性能也有很大的差异。
Mn对非调质钢韧度的影响
V、Ti、Nb对 强度的影响
四 非调质钢的优化设计
通过合适的成分配比和工艺控制可达到同时提高 强度和韧度的目的。
( R , C) U R fp m, C fp U fp R D m, C D U D
+ dR r 1 m /2, d C r 1/2 U dr 1/2 ( R R m m)p ,( C R m)U p R mp
3.2.2 微合金非调质钢
一、 微合金元素对强韧化的贡献 非调钢组织：主要是F+P+弥散析出K。 主要强化作用：细化组织和相间沉淀。 微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，
V是主要的。 多元适量，复合加入：Nb-V-N和Ti-V等—
主要贡献是细化组织。
二、 获得最佳强韧化的工艺因素
相间 析出
回脆性
40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo
思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？
3、调质钢强韧化工艺的发展
正确 认识 性能 指标
AK是一次大能量冲击性能指标， 小能量多冲条件下工作的，很难正确 反映。有些重要零件应以断裂韧度KIC 来衡量。
由于服役条件差异，钢最佳综合性 能也不一定都是高温回火态好。零件 在承受冲击能量大时，钢强度应低些， 塑性和韧度宜高些；冲击能量较小时， 强度应高些。以达最佳配合。
碟形弹 簧截面
板簧 螺簧
弯曲载荷 扭转应力
疲劳破坏 弹性减退
高的弹性极限σe、屈强比σs/σb→弹性↓ 高的疲劳强度σ-1 → 避免早期疲劳破坏 有足够的塑性和韧性→ 不产生脆性断裂 足够的淬透性 → 保证σe和整体强度
其他要求: 冶金质量、表面质量
思考题： 为什么弹簧要求有好的表 面质量，如表面不允许有裂 纹、折迭、严重脱碳等缺陷?
状不变形夹杂、铝硅酸盐。
氧化物夹杂数量对轴承钢疲劳寿命的影响
碳化物细小均布。主要有三类K：
组
K液析→ 结晶时枝晶偏析而存在→
织
高温扩散退火，不允许液析严重；
均
带状K→ 轧制时二次碳化物偏析→
匀
高温扩散退火；
网状K→冷却时在晶界析出→正火
图 GCr15钢 淬火回火态 500× 图 网状碳化物 500× （回火隐晶马氏体＋碳化物）
沉淀强化 细化组织
工艺参数 是关键
控制轧制 控制冷却
细化组织和沉 淀析出要协调
决定各种强化机制的效果
相间沉淀析出示意图
三、 组织因素对强韧性贡献的大小
间隙型碳氮化合物沉淀析出的强化量 一般认为可提高150~400 MPa，甚至可达 到600 MPa。
细化组织强化量大约在50 ~ 300 MPa， 脆化矢量为- 0.66℃/ MPa。
0.25~0.45%C的合金钢经调 质后室温性能变化
屈服强度相同的碳钢和合 金结构钢断面收缩率变化
结构钢抗拉强度与硬度的关系
结构钢是否淬透对屈强比的影响
2、合金化及常用钢
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；