機械工程材料6-2

1、6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼五、五、 彈簧鋼彈簧鋼（一）彈簧對性能的要求（一）彈簧對性能的要求板簧板簧 ：承受彎曲、剪切應(yīng)力和微動磨損承受彎曲、剪切應(yīng)力和微動磨損螺旋彈簧螺旋彈簧 ：承受扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力承受扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力 彈簧主要有螺旋彈簧和板簧兩種，它是利用彈性變形來儲彈簧主要有螺旋彈簧和板簧兩種，它是利用彈性變形來儲存能量、緩和振動和沖擊的，承受的載荷也屬于存能量、緩和振動和沖擊的，承受的載荷也屬于變動載荷變動載荷。1.1.受力分析受力分析6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼2.2.失效形式：失效形式：主要是疲勞斷裂。主要是疲勞斷裂。 較高的彈性極限較高的彈性極限 高的疲勞強度高的疲勞強度 具有足夠的韌

2、性具有足夠的韌性 一定的淬透性一定的淬透性 耐熱性和耐蝕性耐熱性和耐蝕性3.3.對彈簧的性能要求對彈簧的性能要求6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(二二)彈簧鋼的化學(xué)成分彈簧鋼的化學(xué)成分 (1)提高淬透性提高淬透性 Si、Mn、Cr (2)強化鐵素體強化鐵素體 Si、Mn、Cr (3)提高回火穩(wěn)定性提高回火穩(wěn)定性 Cr、V (4)提高高溫強度提高高溫強度 Cr、V2.合金元素合金元素合金彈簧鋼中主要含有合金彈簧鋼中主要含有Si、Mn、Cr、V等等主要作用主要作用1.含碳量（含碳量（WC） 采用較高的含碳量保證高彈性極限和疲勞強度。采用較高的含碳量保證高彈性極限和疲勞強度。 碳素鋼：碳素鋼： WC 0.

3、6%0.75%合金鋼：合金鋼： WC 0.46%0.70%6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(三三)常用彈簧鋼常用彈簧鋼65Mn鋼中錳含量為鋼中錳含量為0.90%1.20%，屬于較高，屬于較高錳含量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼淬透性較好，錳含量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼淬透性較好，強度較高，但有脫碳敏感性、過熱傾向和回火強度較高，但有脫碳敏感性、過熱傾向和回火脆性，淬火時容易開裂。脆性，淬火時容易開裂。 55Si2Mn、60Si2Mn屬于硅錳彈簧鋼，由于硅含屬于硅錳彈簧鋼，由于硅含量較高，可顯著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。量較高，可顯著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。 55SiMnMoV為新鋼種，有更好的淬透性和更

4、高為新鋼種，有更好的淬透性和更高的強度，可替代的強度，可替代55CrVA鋼制造大截面汽車板簧鋼制造大截面汽車板簧和重型車、越野車的板簧。和重型車、越野車的板簧。6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(四四)彈簧的生產(chǎn)工藝路線彈簧的生產(chǎn)工藝路線1.熱軋彈簧鋼熱軋彈簧鋼淬火淬火+中溫（中溫（460540 ）回火，得到回火屈氏體）回火，得到回火屈氏體材料選擇（材料選擇（p182表表7-7）熱處理熱處理65Mn：淬透性好，強度高，但有脫碳敏感性、淬透性好，強度高，但有脫碳敏感性、過熱傾向和回火脆性，淬火時易開裂。過熱傾向和回火脆性，淬火時易開裂。硅錳彈簧鋼如硅錳彈簧鋼如55Si2Mn、60Si2Mn，硅含量高，硅

5、含量高，提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。7-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼回火回火T6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼板簧加工路線板簧加工路線（1）淬火加熱溫度為）淬火加熱溫度為830880 ，加熱時不容許脫碳，以，加熱時不容許脫碳，以免降低鋼的疲勞強度，嚴格控制爐內(nèi)氣氛，縮短加熱時間。免降低鋼的疲勞強度，嚴格控制爐內(nèi)氣氛，縮短加熱時間。注意：注意：（2）彈簧熱處理后要進行噴丸處理，使其表面強化，并且）彈簧熱處理后要進行噴丸處理，使其表面強化，并且使表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高彈簧的疲勞壽命。使表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高彈簧的疲勞壽命。噴丸噴丸扁鋼剪斷扁鋼剪斷加熱壓彎成型后淬火加熱壓彎成型后淬火

6、中溫回火中溫回火烤漆烤漆7-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼板簧加熱爐板簧加熱爐板簧淬火線板簧淬火線板簧回火爐板簧回火爐板簧噴丸機板簧噴丸機板簧疲勞試驗機板簧疲勞試驗機板簧烤漆線板簧烤漆線6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼2.冷拉（軋）彈簧鋼冷拉（軋）彈簧鋼材料選擇材料選擇碳鋼（碳鋼（65、65Mn、75）或合金鋼（）或合金鋼（ 55Si2Mn、60Si2Mn ）制造過程制造過程（1）“索氏體化索氏體化”：奧氏體化后在：奧氏體化后在500 550 的鉛浴中等溫處理得到索氏體組織（加少的鉛浴中等溫處理得到索氏體組織（加少 量屈氏體）。量屈氏體）。（2）冷拉成細絲或冷軋成薄帶。）冷拉成細絲或冷軋成薄帶。（3）加工成

7、型后進行去應(yīng)力退火。）加工成型后進行去應(yīng)力退火。6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼六、六、 滾動軸承鋼滾動軸承鋼（一）滾動軸承工作條件及性能要求（一）滾動軸承工作條件及性能要求（1）內(nèi)圈）內(nèi)圈 （2）外圈）外圈（3）滾動體）滾動體（4） 保持架保持架（1）、（）、（2）、（）、（3）均為滾動軸承鋼）均為滾動軸承鋼保持架為低碳鋼（球軸承）和有色金屬（滾柱軸承）保持架為低碳鋼（球軸承）和有色金屬（滾柱軸承）6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼2、對于尺寸較大的軸承，承受的力也很大，并且、對于尺寸較大的軸承，承受的力也很大，并且 還會有一定的沖擊還會有一定的沖擊1、高的接觸應(yīng)力、高的接觸應(yīng)力 （可高達（可高達3000

8、3500MPa）并且有滾動和滑動）并且有滾動和滑動表面具有高硬度、耐磨性和接觸疲勞強度表面具有高硬度、耐磨性和接觸疲勞強度選材：選材：高碳鋼高碳鋼失效形式失效形式: 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞選材：選材：滲碳鋼滲碳鋼失效形式失效形式: 斷裂斷裂大的軸承要有較高的韌性大的軸承要有較高的韌性6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼（二）滾動軸承鋼的化學(xué)成分（二）滾動軸承鋼的化學(xué)成分1、0.95%1.1%C 2、0.4%1.65%Cr 淬透性和耐磨性（淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、0.45%0.75%Si 0.95%1.25%Mn 提高淬透性提高淬透性4、P0.025% S0.025 % 減少夾雜物，提高

9、疲勞壽命減少夾雜物，提高疲勞壽命GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn常用鋼號常用鋼號淬透性增加淬透性增加6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼（三）滾動軸承鋼的熱處理（三）滾動軸承鋼的熱處理目的：目的：如果終鍛溫度比較高和鍛造如果終鍛溫度比較高和鍛造后冷卻速度比較慢，會出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化后冷卻速度比較慢，會出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物的缺陷。這種網(wǎng)狀碳化物在球化退物的缺陷。這種網(wǎng)狀碳化物在球化退火時不易被消除，需要在球化退火前火時不易被消除，需要在球化退火前用正火工藝進行消除。用正火工藝進行消除。1.正火和球化退火正火和球化退火（1 1）正火）正火900950空冷或風(fēng)冷空冷或風(fēng)冷6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)

10、鋼目的：目的： a、便于切削加工便于切削加工 207229HBS b、 為淬火作組織準備為淬火作組織準備 粒狀珠光體在加熱時滲碳體不容易溶解，粒狀珠光體在加熱時滲碳體不容易溶解，得到得到 C=0.45%0.6%的的A+Fe3C，F(xiàn)e3C呈細小球狀均勻分布在呈細小球狀均勻分布在A的基體的基體上，上，A晶粒非常細小，淬火后得到隱針晶粒非常細小，淬火后得到隱針M和均勻分布在和均勻分布在M上的未溶碳化上的未溶碳化物，硬度、接觸疲勞強度和耐磨性都很高。物，硬度、接觸疲勞強度和耐磨性都很高。（2 2）球化退火）球化退火780810 12h710720 34h6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼2.淬火和回火淬火和回

11、火淬火加熱溫度對高碳鋼組織和性能影響非常大。淬火加熱溫度對高碳鋼組織和性能影響非常大。當加熱溫度高于當加熱溫度高于Ac1后，隨加熱溫度升高，會發(fā)生如下變化：后，隨加熱溫度升高，會發(fā)生如下變化：(1)(1)加熱溫度對組織和性能的影響加熱溫度對組織和性能的影響a、A中的含碳量中的含碳量b、殘余奧氏體、殘余奧氏體c、晶粒、晶粒A中的含碳量不斷升高，馬氏中的含碳量不斷升高，馬氏體硬度不斷升高，韌性降低。體硬度不斷升高，韌性降低。殘余奧氏體含量不斷升高，殘余奧氏體含量不斷升高，導(dǎo)致淬火后硬度略有降低。導(dǎo)致淬火后硬度略有降低。晶粒不斷長大，淬火后組織由隱針晶粒不斷長大，淬火后組織由隱針M變?yōu)榇执笸哥R狀變?yōu)?/p>

12、粗大透鏡狀M，強度和韌性降低。，強度和韌性降低。6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼64HRC約約0.5%約約5%Ac1Accm溫度溫度馬氏體中含碳量馬氏體中含碳量殘余殘余A6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼820840油油冷冷溫溫度度時間時間150170 回火回火13次次(2)(2)淬火、回火工藝淬火、回火工藝3.冷處理冷處理對于精密軸承，要求殘余對于精密軸承，要求殘余A要少，否則在使用過要少，否則在使用過程中因殘余程中因殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸而使尺寸變化。而使尺寸變化。淬火后立即冷到淬火后立即冷到-79-80 保持保持12h，回火后可，回火后可使殘余使殘余A減少到減少到5%左右。冷處理后可使硬度提左右。冷處理

13、后可使硬度提高高2HRC左右。左右。多次回火也可以使尺寸穩(wěn)定。多次回火也可以使尺寸穩(wěn)定。對精密軸承，磨削后還要進行時效處理，在低對精密軸承，磨削后還要進行時效處理，在低于回火溫度的溫度下保溫于回火溫度的溫度下保溫510h，消除內(nèi)應(yīng)力，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。穩(wěn)定尺寸。4.時效處理時效處理6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼對于高速鐵路軸承和礦山、冶金機械上使用的軸對于高速鐵路軸承和礦山、冶金機械上使用的軸承，承受載荷大，對韌性要求高。為了提高韌性，承，承受載荷大，對韌性要求高。為了提高韌性，可以采用等溫淬火方法進行處理。可以采用等溫淬火方法進行處理。硝鹽等溫硝鹽等溫時間根據(jù)時間根據(jù)B下下量而定量而定空冷空

14、冷回火回火5.等溫淬火等溫淬火等溫溫度選在等溫溫度選在Ms點附近，得到點附近，得到M+B下下+A+K。A1MS時間時間溫度溫度6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(四四)軸承零件的生產(chǎn)工藝路線軸承零件的生產(chǎn)工藝路線棒料棒料（球化退火狀態(tài)）（球化退火狀態(tài)）冷鐓冷鐓粗磨粗磨淬火淬火加低溫回火加低溫回火磨磨研磨（拋光）研磨（拋光）無縫管無縫管（球化退火狀態(tài)）（球化退火狀態(tài)）機加工機加工淬火加淬火加低溫回火低溫回火粗磨粗磨研磨（拋光）研磨（拋光）鍛造鍛造球化退火球化退火機加工機加工淬火加低溫回火淬火加低溫回火粗磨粗磨研磨（拋光）研磨（拋光）1鋼球、滾柱鋼球、滾柱2微型、小型套圈微型、小型套圈3小型、中型、大型小

15、型、中型、大型6-1合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼6-2合金工具鋼合金工具鋼刃具鋼：刃具鋼：制造車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具制造車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具 工模具鋼是用于制造各類切削工具、模具和量具的鋼種。工模具鋼是用于制造各類切削工具、模具和量具的鋼種。按化學(xué)成分可分為按化學(xué)成分可分為:碳素工具鋼碳素工具鋼、合金工具鋼合金工具鋼和和高速鋼高速鋼；按退火組織可分為按退火組織可分為:亞共析鋼亞共析鋼、過共析鋼過共析鋼和和萊氏體鋼萊氏體鋼；按用途可分為按用途可分為:刃具鋼刃具鋼、模具鋼模具鋼和和量具鋼量具鋼。模具鋼：模具鋼：制造沖壓、模鍛、擠壓、壓鑄等模具制造沖壓、模鍛、擠壓、壓鑄等模具量具鋼：量具鋼

16、：制造樣板、直尺、塞規(guī)、塊規(guī)等制造樣板、直尺、塞規(guī)、塊規(guī)等6-2合金工具鋼合金工具鋼6-2合金工具鋼合金工具鋼一、一、 刃具鋼刃具鋼（一）刃具工作條件和性能要求（一）刃具工作條件和性能要求 刃具在切削加工零件時，受到零件及切屑的摩擦力，切削刃具在切削加工零件時，受到零件及切屑的摩擦力，切削速度越高，摩擦越嚴重，刃部溫度越高速度越高，摩擦越嚴重，刃部溫度越高(500600)，加工對，加工對象不同時還受到?jīng)_擊和震動。故刃具失效形式主要是磨損，但象不同時還受到?jīng)_擊和震動。故刃具失效形式主要是磨損，但有時也會因突然加載或強度、韌性不足而折斷。有時也會因突然加載或強度、韌性不足而折斷。 因此，刃具鋼經(jīng)適

17、當熱處理后應(yīng)具有高的硬度、耐磨性和因此，刃具鋼經(jīng)適當熱處理后應(yīng)具有高的硬度、耐磨性和熱硬性，足夠的強度，一定的韌性，以及良好的加工工藝性。熱硬性，足夠的強度，一定的韌性，以及良好的加工工藝性。 用來制造車刀、銑刀、銼刀、絲錐、板牙、鉆頭等刃具用來制造車刀、銑刀、銼刀、絲錐、板牙、鉆頭等刃具的鋼統(tǒng)稱為刃具鋼。的鋼統(tǒng)稱為刃具鋼。6-2合金工具鋼合金工具鋼1. 高硬度高硬度 刃具的硬度必須高于被加工零件才能使零件刃具的硬度必須高于被加工零件才能使零件 被加工成形，一般刃口部位的硬度在被加工成形，一般刃口部位的硬度在60HRC以上。以上。2. 高耐磨性高耐磨性 是影響刃具使用壽命和工作效率的主要因是影

18、響刃具使用壽命和工作效率的主要因 素之一，取決于鋼的硬度、韌性和碳化物的種類、數(shù)素之一，取決于鋼的硬度、韌性和碳化物的種類、數(shù) 量、尺寸、分布等。量、尺寸、分布等。3. 高紅硬性高紅硬性 是指鋼在高溫度下保持高硬度的能力。刃是指鋼在高溫度下保持高硬度的能力。刃 具工作時刃部受到嚴重摩擦而產(chǎn)生高溫，故紅硬性具工作時刃部受到嚴重摩擦而產(chǎn)生高溫，故紅硬性 的高低是衡量刃具鋼的重要指標之一，紅硬性高低的高低是衡量刃具鋼的重要指標之一，紅硬性高低 與鋼的回火穩(wěn)定性和合金碳化物彌散沉淀有關(guān)。與鋼的回火穩(wěn)定性和合金碳化物彌散沉淀有關(guān)。4. 良好配合的強度、塑性和韌性良好配合的強度、塑性和韌性 能使刃具在沖擊

19、或震能使刃具在沖擊或震 動載荷等作用下正常工作，防止脆斷、崩刃等破壞。動載荷等作用下正常工作，防止脆斷、崩刃等破壞。5. 良好的加工工藝性良好的加工工藝性 通過熱、冷加工易獲得滿足使用通過熱、冷加工易獲得滿足使用 要求的各種形狀的刃具。要求的各種形狀的刃具。6-2合金工具鋼合金工具鋼含碳量：含碳量：WC = 0.75%1.5%熱處理：熱處理：淬火淬火+ 低溫回火低溫回火刃具淬火加熱時，為防止其氧化與脫碳，要用鹽刃具淬火加熱時，為防止其氧化與脫碳，要用鹽浴爐或真空爐加熱。浴爐或真空爐加熱。金相組織：金相組織：M回回 + K（碳化物）（碳化物）+ A少少刃具鋼中的含碳量、熱處理特點及金相組織刃具鋼中的含碳量、熱處理特點及金相組織6-2合金工具鋼合金工具鋼（二）碳素及低合金刃具鋼（二）碳素及低合金刃具鋼沖頭沖頭（1） 碳素刃具鋼碳素刃具鋼 鋼號鋼號T7、T8A、T10A、T12A隨含碳量增加，耐磨性增加。隨含碳量增加，耐磨性增加。 用途用途：用于制造手用工具、低速及小走刀量的機用刀具鑿子、：用于制造手用工具、低速及小走刀量的機