机械制造结构钢
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用。 ➢ Cr、Mo、W、V等阻碍α相的再结晶，也可
阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使 钢保持高硬度。 ➢ 加入Mo、W来防止回火脆性。 ➢ V、Ti、Al起细化晶粒的作用。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
二、对调质钢的淬透性要求
➢ 调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时 经受应力的类型及大小来确定，并据此来确定对 淬透性的要求。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
四、调质钢的合金元素与机械性能
1 调质钢的硬度
回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和碳化物 的弥散强化作用，并可用下式表示：
H=HF + αS 式中：H为钢高温回火后的硬度；
HF为铁素体的硬度； α为碳化物的强化系数； S为碳化物颗粒的总表面积。 上式说明：铁素体的晶粒大小，合金元素在铁素体 中的固溶程度，碳化物的数量和碳化物的弥散程 度与调质钢的硬度有着密切的关系。
➢ 重点与难点：
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。
第三章机械制造结构钢
3.0 引言
一、应用背景
➢ 机械制造结构钢也称机器零件用钢，是在优 质碳素结构钢的基础上发展起来的，用于制 造各种机械零件所用的钢种，故此得名。
➢ 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。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
2 回火温度与调质钢综合机械性能的关系
当调质钢淬火成马氏 体，在450～650℃ 温度范围内回火时， 随着回火温度的升高， 硬度、抗拉强度，屈 服强度等不断降低， 而延伸率、断面收缩 率及冲击韧性等不断 上升。
第三章 机械制造结构钢
主要内容
• 调质钢 • 弹簧钢 • 滚动轴承钢 • 渗碳钢 • 氮化钢 • 马氏体结构钢 • 特殊用途钢
第三章机械制造结构钢
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。
2 最终热处理
（1）淬火
• 将钢件加热至AC3线以上进行淬火，淬火温 度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢件 尺寸大小和钢的淬透性加以选择。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
（2）回火 根据所要求的性能来决定回火温度，回火是使调 质钢的性能定型化的重要工序。高温回火时应考
（3）表面处理 某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外， 往往还要求某些部位（如轴类零件的轴颈或花键 部分）有良好的耐磨性。为此，经调质处理后， 在局部部位进行高频感应表面淬火。
第三章机械制造结构钢
➢ 对钢材的其它工艺性能（如冶炼性能、 浇注性能、可锻性能等）也有要求，但 一般问题不大。 机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺 性能为辅。
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
3.1 调质钢
• 结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合 机械性能，有较高的强度，良好的塑性和 韧性。适用于这种热处理的钢种称为调质 钢。
3百度文库1 调质钢
第三章机械制造结构钢
三、调质钢的热处理特点
1 预备热处理 为了便于切削加工和改善钢件因热加工不 当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进
• 合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织 多半是珠光体，对此类钢一般采用在AC3线 以上加热进行正火。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
• 合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织 多为马氏体组织，对此类钢一般采用在AC3 线以上加热进行正火，随后再进行一次高 温回火，使马氏体型钢的强度由HB380～ 550降至HB207～240，可以顺利地进行切 削加工。
第三章机械制造结构钢
一、调质钢的化学成分特点
1. 碳 ➢ 中碳，碳含量一般在0.3%~0.5%； ➢ 钢中的碳保证有足够多的碳化物体积分
数以获得高的强度。 碳含量过低时，淬硬性不够；碳含量过 高则韧性下降。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
2. 合金元素
主加合金元素：Cr、Mn、Si、Ni； 辅加合金元素：Mo、W、V、Ti、Al、 B等。 重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。
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
合金元素 Mo
含量范围 (wt%) 0.1-0.5 .
V
0.05-0.2
W
0.6-1.2
Ti
0.05-0.1
Al
B
0.5-1.2
<0.004
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
合金元素的作用：
➢ 提高淬透性； ➢ Cr、Mn、Si、Ni溶于α相，起固溶强化作
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 要求强度和韧性以保证机器零件体积小、 结构紧凑及安全性好；
➢ 要求有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。
3.0 引言
• 例如：某些轴类零件，它们承受弯曲力，表面受 到最大的张应力，随着离表面的距离增大，应力 逐渐减低，所以只要求在淬火轴的1/2半径处达到 80％马氏体即可。
• 例如：某些重要的销钉或螺栓，在工作时，整个 截面上受到大的剪切力或拉力，因此要求零件在 整个截面上淬成马氏体。
➢ 需要根据淬透性曲线来选择钢种。
二、机械制造结构钢的服役条件
➢ 主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、 弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用， 或者是它们中的多种载荷的交互作用。 服役环境是大气、水和润滑油，温度在50℃~+100℃范围之间。
➢ 机器零件要求结构紧凑、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。
变速箱 变速齿轮
第三章机械制造结构钢
拨叉
3.0 引言
齿轮 汽车万向节
第三章机械制造结构钢
曲轴
连杆
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
滚珠
滚珠轴承
3.0 引言
履带
第三章机械制造结构钢
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
3.0 引言
第三章机器 械零 制件 造用 结合 构金 钢结构钢
阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使 钢保持高硬度。 ➢ 加入Mo、W来防止回火脆性。 ➢ V、Ti、Al起细化晶粒的作用。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
二、对调质钢的淬透性要求
➢ 调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时 经受应力的类型及大小来确定，并据此来确定对 淬透性的要求。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
四、调质钢的合金元素与机械性能
1 调质钢的硬度
回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和碳化物 的弥散强化作用，并可用下式表示：
H=HF + αS 式中：H为钢高温回火后的硬度；
HF为铁素体的硬度； α为碳化物的强化系数； S为碳化物颗粒的总表面积。 上式说明：铁素体的晶粒大小，合金元素在铁素体 中的固溶程度，碳化物的数量和碳化物的弥散程 度与调质钢的硬度有着密切的关系。
➢ 重点与难点：
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。
第三章机械制造结构钢
3.0 引言
一、应用背景
➢ 机械制造结构钢也称机器零件用钢，是在优 质碳素结构钢的基础上发展起来的，用于制 造各种机械零件所用的钢种，故此得名。
➢ 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。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
2 回火温度与调质钢综合机械性能的关系
当调质钢淬火成马氏 体，在450～650℃ 温度范围内回火时， 随着回火温度的升高， 硬度、抗拉强度，屈 服强度等不断降低， 而延伸率、断面收缩 率及冲击韧性等不断 上升。
第三章 机械制造结构钢
主要内容
• 调质钢 • 弹簧钢 • 滚动轴承钢 • 渗碳钢 • 氮化钢 • 马氏体结构钢 • 特殊用途钢
第三章机械制造结构钢
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。
2 最终热处理
（1）淬火
• 将钢件加热至AC3线以上进行淬火，淬火温 度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢件 尺寸大小和钢的淬透性加以选择。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
（2）回火 根据所要求的性能来决定回火温度，回火是使调 质钢的性能定型化的重要工序。高温回火时应考
（3）表面处理 某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外， 往往还要求某些部位（如轴类零件的轴颈或花键 部分）有良好的耐磨性。为此，经调质处理后， 在局部部位进行高频感应表面淬火。
第三章机械制造结构钢
➢ 对钢材的其它工艺性能（如冶炼性能、 浇注性能、可锻性能等）也有要求，但 一般问题不大。 机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺 性能为辅。
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
3.1 调质钢
• 结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合 机械性能，有较高的强度，良好的塑性和 韧性。适用于这种热处理的钢种称为调质 钢。
3百度文库1 调质钢
第三章机械制造结构钢
三、调质钢的热处理特点
1 预备热处理 为了便于切削加工和改善钢件因热加工不 当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进
• 合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织 多半是珠光体，对此类钢一般采用在AC3线 以上加热进行正火。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
• 合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织 多为马氏体组织，对此类钢一般采用在AC3 线以上加热进行正火，随后再进行一次高 温回火，使马氏体型钢的强度由HB380～ 550降至HB207～240，可以顺利地进行切 削加工。
第三章机械制造结构钢
一、调质钢的化学成分特点
1. 碳 ➢ 中碳，碳含量一般在0.3%~0.5%； ➢ 钢中的碳保证有足够多的碳化物体积分
数以获得高的强度。 碳含量过低时，淬硬性不够；碳含量过 高则韧性下降。
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
2. 合金元素
主加合金元素：Cr、Mn、Si、Ni； 辅加合金元素：Mo、W、V、Ti、Al、 B等。 重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。
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
合金元素 Mo
含量范围 (wt%) 0.1-0.5 .
V
0.05-0.2
W
0.6-1.2
Ti
0.05-0.1
Al
B
0.5-1.2
<0.004
3.1 调质钢
第三章机械制造结构钢
合金元素的作用：
➢ 提高淬透性； ➢ Cr、Mn、Si、Ni溶于α相，起固溶强化作
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 要求强度和韧性以保证机器零件体积小、 结构紧凑及安全性好；
➢ 要求有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。
3.0 引言
• 例如：某些轴类零件，它们承受弯曲力，表面受 到最大的张应力，随着离表面的距离增大，应力 逐渐减低，所以只要求在淬火轴的1/2半径处达到 80％马氏体即可。
• 例如：某些重要的销钉或螺栓，在工作时，整个 截面上受到大的剪切力或拉力，因此要求零件在 整个截面上淬成马氏体。
➢ 需要根据淬透性曲线来选择钢种。
二、机械制造结构钢的服役条件
➢ 主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、 弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用， 或者是它们中的多种载荷的交互作用。 服役环境是大气、水和润滑油，温度在50℃~+100℃范围之间。
➢ 机器零件要求结构紧凑、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。
变速箱 变速齿轮
第三章机械制造结构钢
拨叉
3.0 引言
齿轮 汽车万向节
第三章机械制造结构钢
曲轴
连杆
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
3.0 引言
第三章机械制造结构钢
滚珠
滚珠轴承
3.0 引言
履带
第三章机械制造结构钢
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
3.0 引言
第三章机器 械零 制件 造用 结合 构金 钢结构钢