3第3章 机器零件用钢DOC

第3章机器制造结构钢

1、了解机械制造结构钢的服役条件，理解主要失效形式、性能要求和合金化特点，掌握强韧化机理；

2、理解调质钢、非调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、低碳马氏体钢、合金渗碳钢、氮化钢、耐磨钢的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；

3、理解零件材料选择的基本原则和思路并简单运用。

机械制造结构钢的强度和脆性；各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；零件材料选择的基本原则和思路。

各钢种的主要失效形式、性能要求和强韧化机理；运用理论知识选择零件材料。

5

多媒体+讲授，案例

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、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。

辅加元素：Mo、W、V等↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。

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。

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

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.

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。

材料的途径为：

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。

辨证思维：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，所以应合理选择钢的含碳量和热处理工艺。

应该明确：一般情况下，某零件制造的材料并不是唯一的；某一种钢采用不同的热处理工艺可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 调质钢

基本情况：整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，大部分是整体受力。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。

主要应用：主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏体钢、超高强度钢等。

1、淬透性原则

淬透性相同的同类调质钢，可互相代用。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；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。

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40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr；回脆性40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr

回稳性40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr；塑韧性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：A K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K IC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。

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。

3.3 非调质机械结构钢

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。

复合微合金化非调质钢典型成分