机器零件用钢

➢ 淬透层深度视零件的工作条件而定
零件类型 螺栓、销钉等
工作条件 全截面受力
淬透程度的差 异
淬透
轴类零件等
表面应力大，中心 应力小。
不淬透
➢ 淬透性的应用
（1）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致； （2）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的
淬火介质以减小淬火应力。 （3）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，
合金元素：主加Mn、Si、Cr、Ni、B等，辅加Mo、W、V。 作用：↑淬透性；固溶强化；防止第二类回火脆性；↓d 。
要求钢材的韧脆转变温度比 实际工作低
断裂韧性
Байду номын сангаас
材料抵抗裂纹突然扩展能力
一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。 因此对机械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。使用态：淬火态+回火 即强化态
2.具有良好的冷热加工工艺性能 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。
4.2结构钢的淬透性
4、轴承钢
五、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（实际上就是复合材 料）；汽车拖拉机齿轮类为代表。
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。
基本概念
➢ 钢的淬透性 钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其
大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有 效淬硬深度）的距离作为淬透层深度。
➢ 钢的淬硬性 钢的淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，
淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。
钢的顶端淬火试验
➢ 临界淬火直径
生产中也常用临界淬火直 径表示钢的淬透性。所谓临界 高强螺栓 淬火直径，是指圆棒试样在某 介质中淬火时所能得到的最大 淬透直径（即心部被淬成半马 氏体的最大直径），用Do表示。 在相同冷却条件下，Do越大， 钢的淬透性越好。
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。
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。
完全淬透时，强度↑ 塑性↑，韧性↑。
四、含碳量的选择和回火温度的确定
1、低碳钢（20,20Cr，18CrMnTi,18Cr2Ni4WA)
淬火组织：M板+A′ <250℃ σb=1200-1300MPa ψ=50-60%
回火温度对低碳合金钢机械性能的影响
2、中碳钢（45,40Cr，40CrMn,40CrNiMo)
§3.2调质钢
一、组织性能特点
F基体＋均匀粒状K 组织均匀，↓裂纹的形成，↑塑性、韧性 F晶粒细小，Tk↓ 性能:抗拉强度1000Mpa,屈服800Mpa,延伸率9-15%,断面
收缩率50%,ak=60-120J/cm2 , Tk≤-40℃。
二、化学成分
碳含量：中碳0.25%～0.5%，多为0.4%左右，以保证调 质处理后优良的强度和韧性的配合。
可选用淬透性大的钢。 （4）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用
低淬透性钢。
合金元素对淬透性的影响
➢ 合金元素增加淬透性的能力 钢中常见的合金元素对增大淬透性的能力为：
B＞Mn＞Mo＞Cr＞Si＞Ni，其中C元素也能增加淬透性， 而且它决定了钢的淬硬性。
增大淬透性，以合金元素完全溶于奥氏体中为前提， 若以碳化物形式存在，则情况相反。
一、机器零件用钢的性能要求
4.1 概述
1、具有良好的力学性能（强调强度与韧性配合）
不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。
强度 设计
在弹性范围内工作，根据比例极限σp计算
允许少量塑性变形的零件，根据屈服强度σs或 σ0.2计算
韧性 设计
低温冲击韧性 韧-脆转化温度
4.1 概述
反映钢材脆断趋势
➢ 合金元素增加淬透性的多元少量原则
（1） 强、中、弱、非碳化物形成元素的配合添加，如 Cr－Ni－Mo－V 等。
（2） 对淬透性要求不高的合金，可采用单一合金元素 加入，如40Cr 。
显然，合金钢的淬透性一般大于碳钢。
三、机械零件用钢的合金化特点
主加 元素
B，Mn,Mo,Cr,Si,Ni （由强到弱） 主要作用：↑淬透性和力学性能。
柴油机连杆 齿轮
研究钢的淬透性的重要意义
➢ 淬透后的钢性能优越 淬透的钢回火后可获得高的强度和屈强比，高的断裂韧
性KIC值，冲击韧性值以及低的FATT50（℃）。
退火钢σb=690MPa 淬火钢σb=1700MPa
高的断裂韧性KIC值
低的FATT50（断口面积转化温度）
M的FATT50最低 B 的FATT50要高于M P的FATT50最高
第4章 机器零件用钢
概念:机器零件用钢是指……
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。
4.1 概述
机械零件用钢的性能要求 结构钢的淬透性 机械零件用钢的合金化特点 含碳量的选择和回火温度的确定 零件材料和工艺选择途径
淬火组织：M混+A′ 低温回火200-250℃ σb=1600-1700MPa；ψ 较低 高温回火550-600℃ σb=1200-1300MPa ψ=60%
回火温度对中碳合金钢机械性能的影响
3、中高碳钢（65Mn,60Si2Mn,60,70)
300℃以下回火脆断 350℃附件回火，最高的σe, σs, 显微组织为T回或T回+S回
辅加 元素
Mo、W、V等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
合金元素在机器零件用钢中的其他作用 1）↑回火稳定性：↑韧； 2）↓d：↑强韧 3）固溶强化：↑强； 4）防止第二类回火脆性：↑韧
最佳 范围
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。