機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼

1、Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.2 低溫回火狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)鋼低溫回火狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)鋼3.3 高合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼高合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼3.4 軸承鋼軸承鋼3.5 滲碳鋼和氮化鋼滲碳鋼和氮化鋼3.6 其他機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼其他機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼彈簧鋼 易削鋼易削鋼 高錳鋼高錳鋼基本要求： l了解各類(lèi)鋼的服役條件、對(duì)鋼的基本性能要了解各類(lèi)鋼的服役條件、對(duì)鋼的基本性能要求。求。 l掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動(dòng)軸掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼等的典型牌號(hào)。承鋼等的典型牌號(hào)。 重點(diǎn)：l各類(lèi)鋼的

2、化學(xué)成分特點(diǎn)、合金元素的作用、各類(lèi)鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、合金元素的作用、強(qiáng)韌化機(jī)制及熱處理特點(diǎn)。強(qiáng)韌化機(jī)制及熱處理特點(diǎn)。 教學(xué)要求教學(xué)要求Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 一、應(yīng)用背景 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼也稱(chēng)也稱(chēng)機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼，是在優(yōu)，是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用于制質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用于制造各種機(jī)械零件所用的鋼種，故此得名。造各種機(jī)械零件所用的鋼種，故此得名。 各種齒輪、軸（桿）類(lèi)、彈簧、軸承及高強(qiáng)各種齒輪、軸（桿）類(lèi)、彈簧、軸承及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件等，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)度結(jié)構(gòu)件等，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、

3、飛機(jī)及火箭等裝床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、飛機(jī)及火箭等裝置上。置上。 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼撥叉撥叉變速齒輪變速齒輪變速箱變速箱3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼連連 桿桿 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼軸軸 Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼電氣機(jī)車(chē)大軸電氣機(jī)車(chē)大軸 磨床主軸磨床主軸 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 （AETC公司）公司） 3. 1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼葉輪、轉(zhuǎn)子葉輪、轉(zhuǎn)子 3. 1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼某軍艦汽輪機(jī)主軸某軍艦汽輪機(jī)主軸 3. 1 調(diào)

4、質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼齒輪齒輪曲軸曲軸汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)連桿連桿3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼彈簧彈簧拉力彈簧拉力彈簧離合器彈簧離合器彈簧蝶形彈簧蝶形彈簧3.0 引言引言板彈簧板彈簧Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼滾珠滾珠滾珠軸承滾珠軸承3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼履帶履帶鐵軌分道叉鐵軌分道叉破碎機(jī)顎板破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒挖掘機(jī)斗齒3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)器零件用合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器零件用合金結(jié)構(gòu)鋼

5、二、服役條件 主要是承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、主要是承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，或者是它們中的多種載荷的交互作用?；蛘呤撬鼈冎械亩喾N載荷的交互作用。服役環(huán)境是大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在服役環(huán)境是大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在-50+100范圍之間。范圍之間。 機(jī)器零件要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確機(jī)器零件要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確以及零件間有合適的公差配合等。由此以及零件間有合適的公差配合等。由此便決定機(jī)器零件用鋼在性能上要求與工便決定機(jī)器零件用鋼在性能上要求與工程構(gòu)件用鋼有所不同。程構(gòu)件用鋼有所不同。3.0 引言引言Chapter 3

6、 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 三、對(duì)鋼的性能要求 足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性：保證機(jī)器零件體積小、足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性：保證機(jī)器零件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好；結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好； 良好的疲勞性能與耐磨性等。良好的疲勞性能與耐磨性等。 l使用狀態(tài)通常為使用狀態(tài)通常為淬火淬火+回火態(tài)回火態(tài)，即強(qiáng)化態(tài)。通過(guò)熱，即強(qiáng)化態(tài)。通過(guò)熱處理強(qiáng)化以充分發(fā)揮鋼材的性能潛力。處理強(qiáng)化以充分發(fā)揮鋼材的性能潛力。l對(duì)其它工藝性能（如冶煉性能、澆注性能、可鍛性對(duì)其它工藝性能（如冶煉性能、澆注性能、可鍛性能等）也有要求，但一般問(wèn)題不大。能等）也有要求，但一般問(wèn)題不大。 l機(jī)器零件用鋼通常機(jī)器零件用鋼通常以力學(xué)性能為主，工

7、藝性能為輔以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。3.0 引言引言Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 結(jié)構(gòu)鋼在淬火結(jié)構(gòu)鋼在淬火+高溫回火后具有良好的綜合高溫回火后具有良好的綜合機(jī)械性能，即有較高的強(qiáng)度，良好的塑性機(jī)械性能，即有較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，這類(lèi)鋼稱(chēng)為調(diào)質(zhì)鋼，主要用于制和韌性，這類(lèi)鋼稱(chēng)為調(diào)質(zhì)鋼，主要用于制造軸、齒輪類(lèi)零件。造軸、齒輪類(lèi)零件。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、化學(xué)成分特點(diǎn)一、化學(xué)成分特點(diǎn) 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 合金元素合金元素SiMnCrNi含量范圍含量范圍(wt%)0

8、.6-1.40.8-1.80.8-1.71.0-4.5合金元素MoVWTiAlB含量范圍(wt%).0.1-0.50.05-0.20.6-1.20.05-0.10.5-1.20.004Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼合金元素的作用：合金元素的作用：提高淬透性；提高淬透性；Cr、Mo、W、V等阻礙等阻礙相的再結(jié)晶，也可相的再結(jié)晶，也可阻礙碳化物在高溫回火時(shí)的聚集長(zhǎng)大，使阻礙碳化物在高溫回火時(shí)的聚集長(zhǎng)大，使鋼保持高硬度。鋼保持高硬度。加入加入Mo、W來(lái)防止回火脆性。來(lái)防止回火脆性。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼二、對(duì)淬透性的

9、要求二、對(duì)淬透性的要求調(diào)質(zhì)零件上馬氏體層的厚度應(yīng)根據(jù)零件在工作時(shí)調(diào)質(zhì)零件上馬氏體層的厚度應(yīng)根據(jù)零件在工作時(shí)經(jīng)受應(yīng)力的類(lèi)型及大小來(lái)確定，并據(jù)此來(lái)確定對(duì)經(jīng)受應(yīng)力的類(lèi)型及大小來(lái)確定，并據(jù)此來(lái)確定對(duì)淬透性的要求。淬透性的要求。 例如：某些軸類(lèi)零件，它們承受彎曲力，表面受例如：某些軸類(lèi)零件，它們承受彎曲力，表面受到最大的張應(yīng)力，隨著離表面的距離增大，應(yīng)力到最大的張應(yīng)力，隨著離表面的距離增大，應(yīng)力逐漸減低，所以只要求在淬火軸的逐漸減低，所以只要求在淬火軸的1/2半徑處達(dá)到半徑處達(dá)到80馬氏體即可。馬氏體即可。 例如：某些重要的銷(xiāo)釘或螺栓，在工作時(shí)，整個(gè)例如：某些重要的銷(xiāo)釘或螺栓，在工作時(shí)，整個(gè)截面上受到大

10、的剪切力或拉力，因此要求零件在截面上受到大的剪切力或拉力，因此要求零件在整個(gè)截面上淬成馬氏體。整個(gè)截面上淬成馬氏體。需要根據(jù)淬透性曲線來(lái)選擇鋼種。需要根據(jù)淬透性曲線來(lái)選擇鋼種。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼三、熱處理特點(diǎn)三、熱處理特點(diǎn) 1 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 為了便于切削加工和改善鋼件因熱加工不為了便于切削加工和改善鋼件因熱加工不當(dāng)而造成的粗晶組織和帶狀組織，需要進(jìn)當(dāng)而造成的粗晶組織和帶狀組織，需要進(jìn)行預(yù)備熱處理。行預(yù)備熱處理。 合金含量較少的鋼合金含量較少的鋼在軋制和鍛造后的組織在軋制和鍛造后的組織多半是珠光體，對(duì)此類(lèi)鋼一般采用多半是珠光體，對(duì)此類(lèi)鋼一

11、般采用在在AC3線線以上加熱進(jìn)行正火。以上加熱進(jìn)行正火。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 合金含量較多的鋼合金含量較多的鋼在軋制和鍛造后的組織在軋制和鍛造后的組織多為馬氏體組織，對(duì)此類(lèi)鋼一般采用多為馬氏體組織，對(duì)此類(lèi)鋼一般采用在在AC3線以上加熱進(jìn)行正火，隨后再進(jìn)行一次高線以上加熱進(jìn)行正火，隨后再進(jìn)行一次高溫回火，溫回火，使馬氏體型鋼的強(qiáng)度由使馬氏體型鋼的強(qiáng)度由HB380550降至降至HB207240，可以順利地進(jìn)行切，可以順利地進(jìn)行切削加工。削加工。2 最終熱處理最終熱處理 （1）淬火）淬火 將鋼件加熱至將鋼件加熱至AC3線以上進(jìn)行淬火，淬火溫線以上進(jìn)行淬

12、火，淬火溫度由鋼的成分來(lái)決定，淬火介質(zhì)根據(jù)鋼件度由鋼的成分來(lái)決定，淬火介質(zhì)根據(jù)鋼件尺寸大小和鋼的淬透性加以選擇。尺寸大小和鋼的淬透性加以選擇。 Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼（2）回火）回火 根據(jù)所要求的性能來(lái)決定回火溫度，高溫回火時(shí)根據(jù)所要求的性能來(lái)決定回火溫度，高溫回火時(shí)應(yīng)考慮回火脆性問(wèn)題。應(yīng)考慮回火脆性問(wèn)題。（3）表面處理）表面處理 某些零件除了要求較高的強(qiáng)、韌、塑性配合以外，某些零件除了要求較高的強(qiáng)、韌、塑性配合以外，往往還要求往往還要求某些部位（如軸類(lèi)零件的軸頸或花鍵某些部位（如軸類(lèi)零件的軸頸或花鍵部分）部分）有良好的耐磨性。為此，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，

13、有良好的耐磨性。為此，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在局部部位進(jìn)行高頻感應(yīng)表面淬火。在局部部位進(jìn)行高頻感應(yīng)表面淬火。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼四、機(jī)械性能四、機(jī)械性能 1 1 硬度硬度 回火索氏體的硬度取決于鐵素體的硬度和碳化物回火索氏體的硬度取決于鐵素體的硬度和碳化物的彌散強(qiáng)化作用，并可用下式表示：的彌散強(qiáng)化作用，并可用下式表示： H=HH=HF F + S + S 式中：式中：H H為鋼高溫回火后的硬度；為鋼高溫回火后的硬度；H HF F為鐵素體的硬度；為鐵素體的硬度；為碳化物的強(qiáng)化系數(shù)；為碳化物的強(qiáng)化系數(shù)；S S為碳化物顆粒的總表面積。為碳化物顆粒的總表面積。

14、上式說(shuō)明：鐵素體的晶粒大小，合金元素在鐵素上式說(shuō)明：鐵素體的晶粒大小，合金元素在鐵素體中的固溶程度，碳化物的數(shù)量和彌散程度與硬體中的固溶程度，碳化物的數(shù)量和彌散程度與硬度有著密切的關(guān)系。度有著密切的關(guān)系。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼2 回火溫度與綜合機(jī)械性能的關(guān)系回火溫度與綜合機(jī)械性能的關(guān)系 當(dāng)調(diào)質(zhì)鋼淬火成馬氏體，在450650溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，硬度、抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度等不斷降低，而延伸率、斷面收縮率及沖擊韌性等不斷上升。 Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3 韌性韌性(1) 合金元素對(duì)韌性的影響合金

15、元素對(duì)韌性的影響碳：降低沖擊韌性碳：降低沖擊韌性 在保證鋼的硬度及強(qiáng)度的前提下，應(yīng)把鋼中碳含量限制在在保證鋼的硬度及強(qiáng)度的前提下，應(yīng)把鋼中碳含量限制在較低范圍內(nèi)。較低范圍內(nèi)。錳：加入量錳：加入量2%，鋼的沖擊韌性有所改善，能稍降低韌脆轉(zhuǎn)，鋼的沖擊韌性有所改善，能稍降低韌脆轉(zhuǎn)化溫度；但含量化溫度；但含量2后，沖擊韌性惡化，韌脆性轉(zhuǎn)化溫后，沖擊韌性惡化，韌脆性轉(zhuǎn)化溫度升高。度升高。 鎳：改善鋼的沖擊韌性，使韌脆轉(zhuǎn)化溫度下降。鎳：改善鋼的沖擊韌性，使韌脆轉(zhuǎn)化溫度下降。硅：降低韌性，韌脆性轉(zhuǎn)化溫度升高。硅：降低韌性，韌脆性轉(zhuǎn)化溫度升高。 磷：對(duì)沖擊韌性危害甚大。提高韌脆轉(zhuǎn)化溫度，降低沖擊值。磷：對(duì)沖擊

16、韌性危害甚大。提高韌脆轉(zhuǎn)化溫度，降低沖擊值。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼中的含磷量限制在高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼中的含磷量限制在0.035%，為了進(jìn)一步改善，為了進(jìn)一步改善鋼的韌性，甚至把含磷量降低到鋼的韌性，甚至把含磷量降低到0.02%以下。以下。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 (2) 高溫回火脆性高溫回火脆性 回火脆性與冷卻速回火脆性與冷卻速度關(guān)系度關(guān)系 冷卻速度愈慢，室溫冷卻速度愈慢，室溫沖擊韌性愈低，韌脆沖擊韌性愈低，韌脆轉(zhuǎn)化溫度愈高。轉(zhuǎn)化溫度愈高。 處理?xiàng)l件處理?xiàng)l件冷卻冷卻方式方式 室溫沖擊值室溫沖擊值（J/cm2）40CrNi鋼鋼820淬火淬火650回火回火爐冷爐冷 9.64

17、0CrNi鋼鋼820淬火淬火650回火回火空冷空冷2440CrNi鋼鋼820淬火淬火650回火回火油冷油冷6140CrNi鋼鋼820淬火淬火650回火回火水冷水冷763.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼表表3-1 回火脆性與回火保溫時(shí)間的關(guān)系回火脆性與回火保溫時(shí)間的關(guān)系 在在350600等溫回火保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，室溫沖擊等溫回火保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，室溫沖擊韌性愈惡化，韌脆轉(zhuǎn)化溫度愈高，如教材圖韌性愈惡化，韌脆轉(zhuǎn)化溫度愈高，如教材圖4-8?；鼗鸫嘈耘c化學(xué)成分的關(guān)系回火脆性與化學(xué)成分的關(guān)系 碳素鋼對(duì)高溫回火脆性是不敏感的；碳素鋼對(duì)高溫回火脆性是不敏感的； 鉻、錳、鎳、硅強(qiáng)烈促

18、進(jìn)回火脆性?xún)A向；鉻、錳、鎳、硅強(qiáng)烈促進(jìn)回火脆性?xún)A向； 鉬、鎢降低高溫回火脆性鉬、鎢降低高溫回火脆性； 稀土元素降低高溫回火脆性。稀土元素降低高溫回火脆性。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 避免或減輕回火脆性的措施避免或減輕回火脆性的措施 盡可能縮短回火保溫時(shí)間；盡可能縮短回火保溫時(shí)間； 回火后采用快冷；回火后采用快冷； 采用含鉬、鎢鋼種，并盡可能降低鋼中的磷、采用含鉬、鎢鋼種，并盡可能降低鋼中的磷、錫、銻含量；錫、銻含量； 對(duì)已感受回火脆性的鋼，用重新加熱到對(duì)已感受回火脆性的鋼，用重新加熱到650后快冷的方法來(lái)恢復(fù)。后快冷的方法來(lái)恢復(fù)。 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼

19、Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼4 機(jī)械性能機(jī)械性能 碳素調(diào)質(zhì)鋼與合金調(diào)質(zhì)鋼相比，經(jīng)淬火、回碳素調(diào)質(zhì)鋼與合金調(diào)質(zhì)鋼相比，經(jīng)淬火、回火到相同抗拉強(qiáng)度和硬度時(shí)，屈服強(qiáng)度和延火到相同抗拉強(qiáng)度和硬度時(shí)，屈服強(qiáng)度和延伸率相近，但斷面收縮率稍低，圖伸率相近，但斷面收縮率稍低，圖4-7。 不同成分的合金調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火、回火到相同不同成分的合金調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火、回火到相同抗拉強(qiáng)度時(shí)，屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮抗拉強(qiáng)度時(shí)，屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率相近。只要淬透性相當(dāng)，可以互換。率相近。只要淬透性相當(dāng)，可以互換。五、常用調(diào)質(zhì)鋼的成分、熱處理、機(jī)械性能五、常用調(diào)質(zhì)鋼的成分、熱處理、機(jī)械性能 和用途和用

20、途 表表3-2 常用調(diào)質(zhì)鋼的成分和用途常用調(diào)質(zhì)鋼的成分和用途 鋼鋼 號(hào)號(hào)主要化學(xué)成分（主要化學(xué)成分（%）用用 途途CMnSiCrNiMo450.42-0.500.50-0.800.17-0.37主軸、主軸、齒輪齒輪40Cr0.37-0.450.50-0.800.20-0.400.80-1.10重要軸重要軸類(lèi)、重類(lèi)、重要齒輪要齒輪30CrMnSi0.27-0.340.80-1.100.90-1.200.80-1.10高速高速輪軸輪軸40CrNiMo0.37-0.440.50-0.800.20-0.400.80-0.901.25-1.750.15-0.25航空航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸機(jī)軸Chapter

21、 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼表表3-3 常用調(diào)質(zhì)鋼的熱處理和機(jī)械性能常用調(diào)質(zhì)鋼的熱處理和機(jī)械性能鋼鋼 號(hào)號(hào)熱熱 處處 理理機(jī)機(jī) 械械 性性 能能淬火淬火/回火回火/ 毛坯毛坯尺寸尺寸/mm Rm/MPa Rp0.2/MPa A/% /% k/J45850水水600空空1065035017384540Cr850油油500油油2510008009456030CrMnSi880油油520油油25110090010455040CrNiMo850油油600油油3011009001255100Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 典型調(diào)質(zhì)鋼及其應(yīng)用

22、：典型調(diào)質(zhì)鋼及其應(yīng)用：n低淬透性碳素調(diào)質(zhì)鋼：低淬透性碳素調(diào)質(zhì)鋼： 45鋼、鋼、45B鋼，用于截面尺寸較小或不要鋼，用于截面尺寸較小或不要求完全淬透的零件。求完全淬透的零件。n低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr、45Mn2、40MnB、 35SiMn等，油等，油淬臨界直徑最大為淬臨界直徑最大為30mm40mm。通常用。通常用于制造一般尺寸的重要零件。于制造一般尺寸的重要零件。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼n中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 35CrMo、40CrMn、40CrNi、42CrMo、40CrMnMo等。油淬臨界直徑最大為等

23、。油淬臨界直徑最大為40mm60mm。主要用于制造截面較大。主要用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、的零件，例如曲軸、連桿、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。葉輪等。3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼n高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼： 34CrNi3MoV、37CrNi3、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等，油淬臨界直徑最大為等，油淬臨界直徑最大為60mm100mm。主要用于制造大截面、。主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽輪機(jī)主軸、葉輪等。汽輪機(jī)主軸、葉輪等。 3.1 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Cha

24、pter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2 低溫回火狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)鋼低溫回火狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)鋼一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能一、低溫回火鋼的顯微組織及力學(xué)性能1 顯微組織及強(qiáng)度顯微組織及強(qiáng)度 回火馬氏體?；鼗瘃R氏體。 碳在碳在相過(guò)飽和相過(guò)飽和固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化；-Fe2.4C與基與基體共格體共格沉淀強(qiáng)化；馬氏體相變強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化；馬氏體相變強(qiáng)化。 含碳量在含碳量在0.2-0.5%時(shí)，抗拉強(qiáng)度與碳含量時(shí)，抗拉強(qiáng)度與碳含量呈線性增加關(guān)系呈線性增加關(guān)系: Rm=2880C%+800MPa.2 回火脆性回火脆性 淬火鋼淬火鋼在在250-350范圍內(nèi)范圍內(nèi)有低溫回火脆性有低溫回火脆性，含雜質(zhì)

25、元素極低的含雜質(zhì)元素極低的超純鋼超純鋼不產(chǎn)生低溫回火不產(chǎn)生低溫回火脆性，脆性，圖圖4-9。 錳、鉻加劇低溫回火脆性，錳、鉻加劇低溫回火脆性，Mn 2，淬，淬火態(tài)也可得到沿晶淬斷，低溫回火脆化傾火態(tài)也可得到沿晶淬斷，低溫回火脆化傾向進(jìn)一步加劇。向進(jìn)一步加劇。 鉬改善低溫回火脆性，但不能消除。鉬改善低溫回火脆性，但不能消除。 硅、鋁將低溫回火脆化范圍推向硅、鋁將低溫回火脆化范圍推向350 以以上。上。二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼二、低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼1 顯微組織和性能顯微組織和性能 C0.3%時(shí)，淬火馬氏體為位錯(cuò)型的板條馬時(shí)，淬火馬氏體為位錯(cuò)型的板條馬氏體，具有高強(qiáng)度和良好韌性。氏體，具有高強(qiáng)度和良好韌性。

26、 低溫回火后綜合力學(xué)性能優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼，低溫回火后綜合力學(xué)性能優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼，并且冷脆傾向小，有低缺口敏感度。并且冷脆傾向小，有低缺口敏感度。2 與中碳調(diào)質(zhì)鋼相比的優(yōu)點(diǎn)與中碳調(diào)質(zhì)鋼相比的優(yōu)點(diǎn) 冷變形性能好。冷變形性能好。 例如：做高強(qiáng)度螺栓，可冷鐓變形，比熱例如：做高強(qiáng)度螺栓，可冷鐓變形，比熱鍛的螺栓精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，鍛的螺栓精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，減少切削量，節(jié)約鋼材。減少切削量，節(jié)約鋼材。 三、低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼三、低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 以調(diào)質(zhì)鋼為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，用做飛機(jī)起以調(diào)質(zhì)鋼為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，用做飛機(jī)起落架、飛機(jī)機(jī)身大梁，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼，落架、飛機(jī)機(jī)身大梁，火箭發(fā)

27、動(dòng)機(jī)外殼，火箭殼體、高壓容器等?；鸺龤んw、高壓容器等。 碳：碳：0.27-0.45%，加入鉻、錳、硅、鎳、，加入鉻、錳、硅、鎳、鉬、釩等，保證足夠高的淬透性。鉬、釩等，保證足夠高的淬透性。 高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度1500-2300MPa），隨強(qiáng)），隨強(qiáng)度提高，缺口敏感性增大，如圖度提高，缺口敏感性增大，如圖4-10。 脫碳傾向較大；熱處理變形較大，不易矯脫碳傾向較大；熱處理變形較大，不易矯直；焊接性能不好。直；焊接性能不好。3.3 高合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼高合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一、馬氏體時(shí)效鋼中合金元素作用馬氏體時(shí)效鋼中合金元素作用1 鎳鎳 主加元素，主加元素，保證馬氏體的形成保證馬氏體的

28、形成，從而增加基體的，從而增加基體的強(qiáng)度；強(qiáng)度； 有利于馬氏體中析出沉淀相。有利于馬氏體中析出沉淀相。2 鈷鈷 降低殘余奧氏體含量：降低殘余奧氏體含量：隨著鎳含量的增加，隨著鎳含量的增加，MS點(diǎn)點(diǎn)會(huì)下降，因此要控制鎳的加入量；加入鈷能升高會(huì)下降，因此要控制鎳的加入量；加入鈷能升高M(jìn)S點(diǎn)；點(diǎn)； 鈷鈷和和鉬鉬復(fù)合加入，復(fù)合加入，使沉淀強(qiáng)化效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)使沉淀強(qiáng)化效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，如圖協(xié)同效應(yīng)，如圖4-11。3 合金元素鈦、鋁、鉬、鈮合金元素鈦、鋁、鉬、鈮加入合金元素鈦、鋁、鉬、鈮等，以形成加入合金元素鈦、鋁、鉬、鈮等，以形成金屬間化合物金屬間化合物Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和和Fe2

29、Mo相等沉淀硬化相。相等沉淀硬化相。4雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素碳：與鉬、鈦、鈮形成穩(wěn)定碳化物在晶界碳：與鉬、鈦、鈮形成穩(wěn)定碳化物在晶界析出，使韌性和缺口強(qiáng)度降低；并減少合析出，使韌性和缺口強(qiáng)度降低；并減少合金元素含量，使強(qiáng)化效應(yīng)減少；若固溶于金元素含量，使強(qiáng)化效應(yīng)減少；若固溶于馬氏體中，降低馬氏體塑性。馬氏體中，降低馬氏體塑性。氮：形成氮：形成TiN和和NbN，是裂紋源。，是裂紋源。4 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素 硅：對(duì)韌性有害，硅：對(duì)韌性有害，Si總量控制總量控制0.1%。 硫、磷：含量控制很低。硫、磷：含量控制很低。 鉻、錳：部分代替鎳。鉻、錳：部分代替鎳。 硼、鋯、鈣、鎂和稀土元素：改善性能。硼、鋯、鈣、

30、鎂和稀土元素：改善性能。 見(jiàn)表見(jiàn)表4-4。二、馬氏體時(shí)效鋼的熱處理和性能二、馬氏體時(shí)效鋼的熱處理和性能n固溶處理固溶處理，隨后空冷至室溫，合金冷卻時(shí)轉(zhuǎn)，隨后空冷至室溫，合金冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。由于合金含量很高，淬透性極高，變?yōu)轳R氏體。由于合金含量很高，淬透性極高，因而常常在空氣中冷卻。因而常常在空氣中冷卻。固溶處理后其硬度在固溶處理后其硬度在HRC 2832 ，很容易進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工。，很容易進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工。 n時(shí)效硬化，通過(guò)時(shí)效硬化，通過(guò)480時(shí)效時(shí)效36h來(lái)完成的。由來(lái)完成的。由于時(shí)效過(guò)程中于時(shí)效過(guò)程中形成金屬間化合物形成金屬間化合物Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和和Fe2M

31、o相等沉淀硬化相，此時(shí)硬度相等沉淀硬化相，此時(shí)硬度HRC 52。引起很小的尺寸變化，可以作為產(chǎn)引起很小的尺寸變化，可以作為產(chǎn)品的最終熱處理。品的最終熱處理。馬氏體時(shí)效鋼的性能特點(diǎn)：馬氏體時(shí)效鋼的性能特點(diǎn)：l在高強(qiáng)度水平下還在高強(qiáng)度水平下還具有優(yōu)越的塑性、韌性和缺口具有優(yōu)越的塑性、韌性和缺口強(qiáng)度強(qiáng)度； l比許多常用合金結(jié)構(gòu)鋼比許多常用合金結(jié)構(gòu)鋼有較好的氫脆和應(yīng)力腐蝕有較好的氫脆和應(yīng)力腐蝕抗力抗力； l低加工硬化指數(shù)，高冷變形能力；低加工硬化指數(shù)，高冷變形能力；l在固溶處理和時(shí)效以后均在固溶處理和時(shí)效以后均可進(jìn)行焊接而不需要預(yù)可進(jìn)行焊接而不需要預(yù)熱熱。 n這類(lèi)鋼的這類(lèi)鋼的高合金度高合金度和和生產(chǎn)工

32、藝生產(chǎn)工藝極其嚴(yán)格，使得鋼極其嚴(yán)格，使得鋼的生產(chǎn)成本很高。的生產(chǎn)成本很高。馬氏體時(shí)效鋼的應(yīng)用：馬氏體時(shí)效鋼的應(yīng)用： 航空、航天的重要構(gòu)件：航空、航天的重要構(gòu)件：大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、空間運(yùn)載工具的扭力棒懸掛體、火殼體、空間運(yùn)載工具的扭力棒懸掛體、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件、直升飛機(jī)的柔性轉(zhuǎn)動(dòng)軸、箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件、直升飛機(jī)的柔性轉(zhuǎn)動(dòng)軸、飛機(jī)起落架部件、旋轉(zhuǎn)機(jī)翼式飛機(jī)的鉸鏈飛機(jī)起落架部件、旋轉(zhuǎn)機(jī)翼式飛機(jī)的鉸鏈結(jié)合部件、水翼艇及潛艇的零部件；結(jié)合部件、水翼艇及潛艇的零部件； 制造高壓容器、螺栓、緊固件和機(jī)槍彈簧、制造高壓容器、螺栓、緊固件和機(jī)槍彈簧、槍管、噴油泵零件、低溫服役零件等。槍管、噴油泵零件、低

33、溫服役零件等。3.4 軸承鋼軸承鋼特大型軸承特大型軸承大型圓錐滾子軸承大型圓錐滾子軸承 離合器分離軸承離合器分離軸承 各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)軸承各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)軸承 四列圓錐滾子軸承四列圓錐滾子軸承 輪轂軸承輪轂軸承 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、滾動(dòng)軸承的工作條件一、滾動(dòng)軸承的工作條件 滾動(dòng)軸承的作用是支撐軸滾動(dòng)軸承的作用是支撐軸。滾動(dòng)軸承通。滾動(dòng)軸承通常由內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體（如滾珠、滾常由內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體（如滾珠、滾輪、滾針）和保持架四部分組成。其中輪、滾針）和保持架四部分組成。其中除保持架用低碳鋼（除保持架用低碳鋼（08鋼）薄板沖制而鋼）薄板沖制而成，其余三

34、個(gè)部分均由軸承鋼制造。成，其余三個(gè)部分均由軸承鋼制造。 n滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)或滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)或線接觸，承受很大的壓應(yīng)力（高達(dá)線接觸，承受很大的壓應(yīng)力（高達(dá)1800MPa5000MPa）和交變載荷。）和交變載荷。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼n滾動(dòng)體與套圈之間不但有滾動(dòng)摩擦，而且滾動(dòng)體與套圈之間不但有滾動(dòng)摩擦，而且有滑動(dòng)摩擦，有時(shí)在強(qiáng)大的沖擊載荷作用有滑動(dòng)摩擦，有時(shí)在強(qiáng)大的沖擊載荷作用下，軸承也可能產(chǎn)生破碎；對(duì)在特殊條件下，軸承也可能產(chǎn)生破碎；對(duì)在特殊條件條件下工作的軸承，常與大氣、水蒸氣及條件下工作的軸承，常與大氣、

35、水蒸氣及腐蝕介質(zhì)相接觸，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕。腐蝕介質(zhì)相接觸，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕。 n滾動(dòng)軸承損壞的正常形式是：疲勞剝落，滾動(dòng)軸承損壞的正常形式是：疲勞剝落，即接觸疲勞破壞。即接觸疲勞破壞。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼二、滾動(dòng)軸承的性能要求1 高的淬硬性和必要的淬透性；高的淬硬性和必要的淬透性；2 高的耐磨性；高的耐磨性；3 高的接觸疲勞性能；高的接觸疲勞性能；4 高的彈性極限和一定的沖擊韌性；高的彈性極限和一定的沖擊韌性；5 尺寸要精確而經(jīng)久穩(wěn)定；尺寸要精確而經(jīng)久穩(wěn)定；6 一定的抗腐蝕能力；一定的抗腐蝕能力；7 良好的工藝性能。良好的工藝性能。Chapter

36、 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼三、滾動(dòng)軸承鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)三、滾動(dòng)軸承鋼的化學(xué)成分特點(diǎn) 1 高碳高碳 l為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性，軸承為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性，軸承鋼的碳含量很高，鋼的碳含量很高，一般為一般為0.95%1.15%，屬屬于過(guò)共析鋼。于過(guò)共析鋼。 n一部分一部分存在于馬氏體基體中以強(qiáng)化馬氏體存在于馬氏體基體中以強(qiáng)化馬氏體； n另一部分另一部分形成足夠數(shù)量的碳化物以獲得所要形成足夠數(shù)量的碳化物以獲得所要求的耐磨性求的耐磨性。 n過(guò)高的碳含量會(huì)增加碳化物分布的不均勻性，過(guò)高的碳含量會(huì)增加碳化物分布的不均勻性，且易生成網(wǎng)狀碳化物而降低其性能

37、且易生成網(wǎng)狀碳化物而降低其性能。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼2 加入主加合金元素鉻加入主加合金元素鉻 Cr的作用是提高鋼的淬透性和鋼的耐腐蝕的作用是提高鋼的淬透性和鋼的耐腐蝕性能。性能。 l鋼中部分鉻形成的合金滲碳體鋼中部分鉻形成的合金滲碳體(Fe,Cr)3C在在淬火加熱時(shí)溶解較慢，可減少過(guò)熱傾向，淬火加熱時(shí)溶解較慢，可減少過(guò)熱傾向，經(jīng)熱處理后可以得到較細(xì)的組織；碳化物經(jīng)熱處理后可以得到較細(xì)的組織；碳化物能以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻分布于鋼基體組織中，能以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻分布于鋼基體組織中，既可提高鋼的回火穩(wěn)定性，又可提高鋼的既可提高鋼的回火穩(wěn)定性，又可提高鋼的

38、硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。度。適宜的鉻含量為適宜的鉻含量為0.40%1.65%。3.4 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l當(dāng)鉻含量高于當(dāng)鉻含量高于1.65%以后，則會(huì)使殘余奧以后，則會(huì)使殘余奧氏體增加，使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降氏體增加，使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低，同時(shí)還會(huì)增加碳化物的不均勻性，低，同時(shí)還會(huì)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性。降低鋼的韌性。 3 加入硅、錳、釩等以進(jìn)一步提高淬加入硅、錳、釩等以進(jìn)一步提高淬透性。透性。 l大型軸承用鋼中還需加入更多的合金元大型軸承用鋼中還需加入更多的合金元素以提高

39、淬透性，通常加入素以提高淬透性，通常加入Mn、Si提高提高淬透性，適量的淬透性，適量的Si（0.40%0.60%）還）還能明顯地提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限；能明顯地提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限；3.4 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l加入加入V一部分溶于奧氏體，提高淬透性，一部分溶于奧氏體，提高淬透性，另一部分形成碳化釩另一部分形成碳化釩VC，提高鋼的耐磨，提高鋼的耐磨性并防止過(guò)熱。通常無(wú)鉻鋼中都含有釩。性并防止過(guò)熱。通常無(wú)鉻鋼中都含有釩。 4 降低降低S、P含量，減少氧化物、硅酸含量，減少氧化物、硅酸鹽夾雜物的數(shù)量，提高冶金質(zhì)量。鹽夾雜物的數(shù)量，提高冶金質(zhì)量。 l

40、由于軸承鋼的接觸疲勞性能對(duì)鋼材的微小由于軸承鋼的接觸疲勞性能對(duì)鋼材的微小缺陷十分敏感，所以要求缺陷十分敏感，所以要求S0.02%，P0.027%，一般采用電渣重熔、電爐冶，一般采用電渣重熔、電爐冶煉及真空冶煉等技術(shù)以減少夾雜物數(shù)量。煉及真空冶煉等技術(shù)以減少夾雜物數(shù)量。 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼四、滾動(dòng)軸承鋼的滾動(dòng)軸承鋼的原始組織要求 1 原始組織必須無(wú)縮孔，皮下氣泡、白點(diǎn)和原始組織必須無(wú)縮孔，皮下氣泡、白點(diǎn)和過(guò)燒；過(guò)燒；2 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物；嚴(yán)格控制非金屬夾雜物；3 嚴(yán)格控制疏松級(jí)別；嚴(yán)格控制疏松級(jí)別；4 改善碳化物不均勻性（網(wǎng)狀、帶狀和

41、液改善碳化物不均勻性（網(wǎng)狀、帶狀和液析）。析）。 Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼五、滾動(dòng)軸承鋼的熱處理特點(diǎn)五、滾動(dòng)軸承鋼的熱處理特點(diǎn) 由于軸承鋼是過(guò)共析鋼，并且對(duì)碳化物的形狀和分布由于軸承鋼是過(guò)共析鋼，并且對(duì)碳化物的形狀和分布要求較高，因此其要求較高，因此其預(yù)先熱處理通常采用球化退火預(yù)先熱處理通常采用球化退火。 1 球化退火球化退火 GCr15鋼的球化退火加熱溫度范圍為鋼的球化退火加熱溫度范圍為770810，790被認(rèn)為是最適宜的加熱溫度。被認(rèn)為是最適宜的加熱溫度。l加熱溫度過(guò)高，奧氏體中未溶碳化物量過(guò)少，奧氏體加熱溫度過(guò)高，奧氏體中未溶碳化物量過(guò)

42、少，奧氏體成分進(jìn)一步均勻化，冷卻后得到的是粗片層珠光體，成分進(jìn)一步均勻化，冷卻后得到的是粗片層珠光體，或有大塊聚集碳化物，這是不合格的過(guò)熱組織；或有大塊聚集碳化物，這是不合格的過(guò)熱組織；l加熱溫度不足，片狀珠光體溶解得不充分，奧氏體成加熱溫度不足，片狀珠光體溶解得不充分，奧氏體成分很不均勻，冷卻過(guò)程中碳化物沿著原片層析出，或分很不均勻，冷卻過(guò)程中碳化物沿著原片層析出，或呈細(xì)小的鏈狀特征。呈細(xì)小的鏈狀特征。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 碳化物的形狀取決于加熱溫度，而碳化物碳化物的形狀取決于加熱溫度，而碳化物的彌散度取決于冷卻速度。冷卻速度越大，的彌

43、散度取決于冷卻速度。冷卻速度越大，碳化物的彌散度也越大，其硬度也越高。碳化物的彌散度也越大，其硬度也越高。 球化退火冷卻方式有兩種，一種是連續(xù)冷球化退火冷卻方式有兩種，一種是連續(xù)冷卻，按冷卻速度卻，按冷卻速度20-30/h冷到冷到650出爐；出爐；或者在或者在700等溫等溫2-4h，再爐冷到，再爐冷到650出出爐。爐。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼2 最終熱處理最終熱處理 軸承鋼的最終熱處理是淬火加低溫回火。軸承鋼的最終熱處理是淬火加低溫回火。 l對(duì)對(duì)GCr15GCr15鋼，淬火加熱溫度為鋼，淬火加熱溫度為820820-840840。l溫度過(guò)高溫度

44、過(guò)高會(huì)引起過(guò)熱，晶粒長(zhǎng)大，使鋼的會(huì)引起過(guò)熱，晶粒長(zhǎng)大，使鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過(guò)低，溫度過(guò)低，則奧氏體中溶解的鉻和碳的含則奧氏體中溶解的鉻和碳的含量不夠，鋼淬火后硬度不足。量不夠，鋼淬火后硬度不足。 l馬氏體中的碳含量在馬氏體中的碳含量在0.45%-0.5%0.45%-0.5%時(shí)，軸承時(shí)，軸承鋼既具有高硬度，又有良好的韌性，還具鋼既具有高硬度，又有良好的韌性，還具有最高的接觸疲勞壽命。有最高的接觸疲勞壽命。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造

45、結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 軸承零件淬火后一般要滿(mǎn)足以下要求：軸承零件淬火后一般要滿(mǎn)足以下要求：（1）細(xì)小均勻的奧氏體晶粒）細(xì)小均勻的奧氏體晶粒(58級(jí)級(jí))；（2）顯微組織是隱晶馬氏體基體上分布著均）顯微組織是隱晶馬氏體基體上分布著均勻細(xì)小的碳化物；未溶碳化物數(shù)量應(yīng)占勻細(xì)小的碳化物；未溶碳化物數(shù)量應(yīng)占78%左右，殘余奧氏體量不大于左右，殘余奧氏體量不大于8左右，左右，固溶體的碳含量在固溶體的碳含量在0.500.60%之間；之間；（3）淬火組織硬度為）淬火組織硬度為HRC6466；（4）淬火后零件表面不應(yīng)有氧化脫碳及軟點(diǎn)。）淬火后零件表面不應(yīng)有氧化脫碳及軟點(diǎn)。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造

46、結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼l淬火后應(yīng)立即回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，提高淬火后應(yīng)立即回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，提高韌性、穩(wěn)定組織和尺寸；韌性、穩(wěn)定組織和尺寸；l回火溫度一般為（回火溫度一般為（150160），保溫時(shí)，保溫時(shí)間為間為24h。為使回火性能均勻一致，回火為使回火性能均勻一致，回火溫度也要嚴(yán)格控制，最好在油中進(jìn)行。溫度也要嚴(yán)格控制，最好在油中進(jìn)行。 l軸承鋼經(jīng)淬火及回火后的組織軸承鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為極細(xì)的回為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的細(xì)粒狀碳化物以及火馬氏體、均勻分布的細(xì)粒狀碳化物以及少量的殘余奧氏體，硬度為少量的殘余奧氏體，硬度為6266HRC。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chap

47、ter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l軸承在淬火及回火后的磨削加工過(guò)程中，軸承在淬火及回火后的磨削加工過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生還會(huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力磨削應(yīng)力，因此通常還要進(jìn)行一，因此通常還要進(jìn)行一次附加回火（回火溫度為次附加回火（回火溫度為120150，回火，回火時(shí)間為時(shí)間為23h）以穩(wěn)定組織和尺寸。）以穩(wěn)定組織和尺寸。 l對(duì)于精密軸承，為了保證能對(duì)于精密軸承，為了保證能長(zhǎng)期存放和使長(zhǎng)期存放和使用中不變形用中不變形，在淬火后要立即進(jìn)行，在淬火后要立即進(jìn)行“冷處冷處理理”，以使鋼中未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體進(jìn)一步，以使鋼中未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變；再在磨削加工后進(jìn)行附加回火發(fā)生轉(zhuǎn)變；再在磨削加工后進(jìn)行附加

48、回火（溫度為（溫度為120150，時(shí)間為，時(shí)間為510h）。）。 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼六、滾動(dòng)軸承鋼的應(yīng)用實(shí)例六、滾動(dòng)軸承鋼的應(yīng)用實(shí)例 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼1 常用軸承鋼常用軸承鋼 根據(jù)其合金元素的種類(lèi)分為兩類(lèi)：根據(jù)其合金元素的種類(lèi)分為兩類(lèi)：l鉻軸承鋼鉻軸承鋼 典型代表是典型代表是GCr15，使用量占軸承鋼的絕，使用量占軸承鋼的絕大部分。由于淬透性不是很高，因此多大部分。由于淬透性不是很高，因此多用用于制造中小型軸承于制造中小型軸承。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l添加添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼的軸承鋼。

49、u在鉻軸承鋼中加入在鉻軸承鋼中加入Mn、Si可提高淬透性，可提高淬透性，如如GCr15SiMn鋼鋼等，等，主要用于制造大主要用于制造大型軸承型軸承； u為了節(jié)約為了節(jié)約Cr，可以加入，可以加入Mo、V，得到不，得到不含鉻的軸承鋼，如含鉻的軸承鋼，如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE鋼鋼等，其性能和用途與等，其性能和用途與GCr15相近。相近。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼必須指出的是高碳鉻軸承鋼也可用于制造必須指出的是高碳鉻軸承鋼也可用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等

50、耐磨件。精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。滾珠絲杠副滾珠絲杠副 絲杠絲杠3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼2 其它類(lèi)型的軸承鋼其它類(lèi)型的軸承鋼 滲碳軸承鋼：滲碳軸承鋼：軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械、建軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械、建筑機(jī)械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的筑機(jī)械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的軸承，不僅要求其表面硬度高、耐磨性好，軸承，不僅要求其表面硬度高、耐磨性好，具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，還要求心部有一具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，還要求心部有一定的韌性、足夠的強(qiáng)度和硬度?？梢赃x用滲定的韌性、足夠的強(qiáng)度和硬度?？梢赃x用滲碳鋼制造。碳鋼制造。 l滲碳軸承

51、鋼，采用合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方滲碳軸承鋼，采用合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法，另在牌號(hào)頭部加符號(hào)法，另在牌號(hào)頭部加符號(hào)“G”。例如：。例如：“G20 CrNiMo”。高級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼，在牌號(hào)尾。高級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼，在牌號(hào)尾部加部加“A”。例如：。例如：“G20CrNiMoA”。 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l可用于制造軸承鋼的滲碳鋼可用于制造軸承鋼的滲碳鋼，如，如20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，并發(fā)展了一些新鋼種，等，并發(fā)展了一些新鋼種，如如G10CrNi3Mo、G20CrMo、G20Cr2M

52、n2Mo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo及及G20Cr2Ni4等。等。 l用滲碳軸承鋼制造軸承，加工工藝性能好，用滲碳軸承鋼制造軸承，加工工藝性能好，可以采用冷沖壓技術(shù)，提高材料的利用率，可以采用冷沖壓技術(shù)，提高材料的利用率，再經(jīng)滲碳、淬火及回火處理后，在零件的表再經(jīng)滲碳、淬火及回火處理后，在零件的表面形成有利的殘余壓應(yīng)力，提高軸承的使用面形成有利的殘余壓應(yīng)力，提高軸承的使用壽命。壽命。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼，采用不，采用不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)表示方法，牌號(hào)頭部銹鋼和耐熱鋼的牌

53、號(hào)表示方法，牌號(hào)頭部不加符號(hào)不加符號(hào)“G”。例如：高碳鉻不銹軸承鋼。例如：高碳鉻不銹軸承鋼“9Cr18”和高溫軸承鋼和高溫軸承鋼“10Cr14Mo”。 l不銹軸承鋼：不銹軸承鋼：對(duì)于在酸、堿、鹽等腐蝕介對(duì)于在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)質(zhì)中使用的軸承，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造，定性，故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造，如如9Cr18等。等。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼水下軸承水下軸承 外球面軸承外球面軸承 3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼l高溫軸承鋼：高

54、溫軸承鋼：燃汽輪機(jī)、航空及航天工業(yè)用燃汽輪機(jī)、航空及航天工業(yè)用軸承的工作溫度已超過(guò)軸承的工作溫度已超過(guò)300以上，因此對(duì)以上，因此對(duì)所用軸承的材料要求有足夠的高溫硬度、高所用軸承的材料要求有足夠的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蝕性溫強(qiáng)度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蝕性能、良好的尺寸穩(wěn)定性和高溫下的壽命。能、良好的尺寸穩(wěn)定性和高溫下的壽命。 uGCr15軸承鋼的最高工作溫度不超過(guò)軸承鋼的最高工作溫度不超過(guò)180，含抗回火穩(wěn)定性元素含抗回火穩(wěn)定性元素Si、Mo、V、Al的低合的低合金軸承鋼的工作溫度也不能超過(guò)金軸承鋼的工作溫度也不能超過(guò)260。因。因此在更高溫度下使用的軸承必須采用

55、高溫軸此在更高溫度下使用的軸承必須采用高溫軸承鋼。承鋼。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼超高溫軸承超高溫軸承高溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑軸承高溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑軸承3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼u常用的高溫軸承鋼有常用的高溫軸承鋼有Cr4Mo4V、Cr14Mo4、Cr15Mo4、GCr18Mo、W6Mo5Cr4V2等。這類(lèi)鋼等。這類(lèi)鋼的成分特點(diǎn)是含有大量的的成分特點(diǎn)是含有大量的W、Mo、Cr、V等碳化物等碳化物形成元素，淬火后可獲得高合金化的高碳馬氏體，形成元素，淬火后可獲得高合金化的高碳馬氏體，具有良好的回火穩(wěn)

56、定性，并在高溫回火后產(chǎn)生二次具有良好的回火穩(wěn)定性，并在高溫回火后產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良硬化現(xiàn)象，能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞強(qiáng)度。好的接觸疲勞強(qiáng)度。 n Cr4Mo4V鋼是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上最常用的高溫軸鋼是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上最常用的高溫軸承鋼承鋼。這種鋼在熱處理和性能上具有高速鋼的特點(diǎn)，。這種鋼在熱處理和性能上具有高速鋼的特點(diǎn)，但含合金元素含量略少，故高溫硬度不如高速鋼，但含合金元素含量略少，故高溫硬度不如高速鋼，但這種鋼的加工性能好于高速鋼。但這種鋼的加工性能好于高速鋼。3.3 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.5

57、3.5 滲碳鋼和氮化鋼滲碳鋼和氮化鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、滲碳鋼的服役條件及對(duì)性能要求一、滲碳鋼的服役條件及對(duì)性能要求 有一些機(jī)器零件，在工作時(shí)零件整體受到有一些機(jī)器零件，在工作時(shí)零件整體受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用，并且周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用，并且零件與零件表面之間還有相對(duì)的摩擦，并零件與零件表面之間還有相對(duì)的摩擦，并有高的接觸應(yīng)力。有高的接觸應(yīng)力。 這些零件對(duì)材料的機(jī)械性能要求：這些零件對(duì)材料的機(jī)械性能要求： (1) 表面具有高的彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度和高的表面具有高的彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度和高的耐磨性。耐磨性。(2) 心部具有高強(qiáng)度和韌性。心部具有高強(qiáng)

58、度和韌性。Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4 滲碳鋼滲碳鋼二、滲碳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)二、滲碳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn) 1 低碳低碳 一般在一般在0.12% 0.25%。主要目的是為。主要目的是為了保證心部有良好的韌性。了保證心部有良好的韌性。 2 合金化合金化 常加入的合金元素有常加入的合金元素有Mn、Cr、Ni、 Mo、 W、Si、V、Ti、B等。等。 （1）提高鋼材的淬透性）提高鋼材的淬透性，提高機(jī)件的強(qiáng)，提高機(jī)件的強(qiáng)度和韌性；度和韌性； lV、Ti可以細(xì)化奧氏體晶粒?？梢约?xì)化奧氏體晶粒。 3.4 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼（2）根據(jù)滲碳工藝）根

59、據(jù)滲碳工藝 碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用：碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用：（a）增大鋼表面吸收碳原子的能力；）增大鋼表面吸收碳原子的能力；（b）增大滲碳層表面碳濃度；）增大滲碳層表面碳濃度；（c）阻礙碳在奧氏體中的擴(kuò)散。）阻礙碳在奧氏體中的擴(kuò)散。 前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，而后一因素不利于滲碳層的加厚。而后一因素不利于滲碳層的加厚。 總的效果是鉻、錳、鉬等元素加大滲碳層的總的效果是鉻、錳、鉬等元素加大滲碳層的厚度，鈦減小滲碳層的厚度。厚度，鈦減小滲碳層的厚度。 Chapter 3 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4 滲碳鋼滲碳鋼 非碳化物形成元素對(duì)滲

60、碳的作用與碳化物形成元非碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用與碳化物形成元素相反：素相反： 總的效果是鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于總的效果是鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚。滲碳層的加厚。 碳化物形成元素含量過(guò)多，將在滲碳層中產(chǎn)生許碳化物形成元素含量過(guò)多，將在滲碳層中產(chǎn)生許多塊狀碳化物，造成表面脆性。所以合金元素的多塊狀碳化物，造成表面脆性。所以合金元素的含量要適當(dāng)。含量要適當(dāng)。 錳是一個(gè)較好的合金元素，既可以加速滲碳層增錳是一個(gè)較好的合金元素，既可以加速滲碳層增厚，又不過(guò)多提高滲碳層的含碳量。厚，又不過(guò)多提高滲碳層的含碳量。 對(duì)于一般零件對(duì)于一般零件:(1)滲碳層的含碳量限制為滲碳層的