金属材料学第3章机器零件用钢

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
金属材料学第3章机器零件用钢
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。
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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。
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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。
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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。
0.25~0.45%C的合金钢经调
屈服强度相同的碳钢和合
质后室温性能变化
金结构钢断面收缩率变化
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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
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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；
二、 获得最佳强韧化的工艺因素
相间 析出
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
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相间沉淀析出示意图
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三、 组织因素对强韧性贡献的大小
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。
金属材料学第3章机器零件用钢
金属材料学第3章机器零件用钢
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。
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
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分析比较： 40Cr→40CrNi→40CrNiMo
淬透性 回稳性 塑韧性
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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.
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。
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。
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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
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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
其主要失效形式是疲劳破坏，
况
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，
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
金属材料学第3章机器零件用钢
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
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。
用 体钢、超高强度钢等。
Байду номын сангаас
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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
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上图 S7332 螺纹磨床丝杠
下图 T615K镗床镗杆
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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
40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr
回脆性
40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo
思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？
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3、调质钢强韧化工艺的发展
正确 认识 性能 指标