《工程材料學(xué)》課件：Chapter 5 Steels used on machine parts

1、1Chapter 5 Steels used on machine parts 汽車汽車曲軸曲軸彈簧彈簧齒齒輪輪School of Manufacturing Science and Engineering2Review1、力學(xué)性能特點(diǎn)：、力學(xué)性能特點(diǎn)：屈服、冷脆、時(shí)效現(xiàn)象屈服、冷脆、時(shí)效現(xiàn)象2、工藝性能：、工藝性能：良好的冷變形和焊接能力良好的冷變形和焊接能力3、化學(xué)性能：、化學(xué)性能：耐大氣腐蝕原因及措施耐大氣腐蝕原因及措施4、普碳鋼：、普碳鋼：低碳，快冷正火工藝低碳，快冷正火工藝5、低合金高強(qiáng)度鋼、低合金高強(qiáng)度鋼低碳、合金化時(shí)以低碳、合金化時(shí)以Mn為基礎(chǔ)，加入為基礎(chǔ)，加入Al, V, Ti

2、, Nb、Cu, P及稀土元素及稀土元素School of Manufacturing Science and Engineering3Teaching Important and difficulty v重點(diǎn)是調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼。重點(diǎn)是調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼。v要求掌握要求掌握調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼和滾調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼和滾動軸承鋼和動軸承鋼和GCr15軸承軸承的的性能要求、組織特點(diǎn)的的性能要求、組織特點(diǎn)和熱處理的目的、原理，鋼中合金元素的作用。和熱處理的目的、原理，鋼中合金元素的作用。v掌握各種常用的鋼牌號的含義及所屬類別掌握各種常用的鋼牌號的含義及

3、所屬類別School of Manufacturing Science and Engineering4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)： 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理：正火或退火；正火：正火或退火；正火+高溫回火處理改變內(nèi)部高溫回火處理改變內(nèi)部組織組織 最終熱處理：最終熱處理：淬火淬火 + 高溫回火高溫回火?成分分析：成分分析：中碳碳鋼或中碳合金鋼：中碳碳鋼或中碳合金鋼：中碳中碳0.30.5%C； 主主加合金元素：加合金元素：Mn, Cr, Si, Ni, B ；輔助合金元素：輔助合金元素：Mo, W, V, Ti組織結(jié)構(gòu)：組織結(jié)構(gòu)：中碳回火索氏體組織中碳回火索氏體組織ReviewSchool of

4、Manufacturing Science and Engineering5彈簧鋼彈簧鋼：工藝組織工藝組織特點(diǎn)：特點(diǎn)：高碳鋼高碳鋼淬火淬火 + 中溫回火，回火屈氏體組中溫回火，回火屈氏體組織，保證高的彈性極限和疲勞極限織，保證高的彈性極限和疲勞極限成分分析：成分分析：含碳量較高含碳量較高：0.80.9%C（碳素鋼）（碳素鋼）, 或或0.50.7%C（合金鋼），主（合金鋼），主加入加入Si, Mn，輔加，輔加Cr, W, VReviewSchool of Manufacturing Science and Engineering6Contentsv1、Introductionv2、調(diào)制鋼（、調(diào)制

5、鋼（quenched and tempered steel） v3、彈簧鋼（、彈簧鋼（spring steel） v4、滲碳鋼（、滲碳鋼（carburizing steel） v5、滾動軸承鋼（、滾動軸承鋼（roller bearing steel） v6、特殊用途鋼（、特殊用途鋼（special steel） School of Manufacturing Science and Engineering71 Introduction用來制各種機(jī)器零件的鋼種。用來制各種機(jī)器零件的鋼種。v 包括包括軸類、齒輪、彈簧、軸承及緊固件等。軸類、齒輪、彈簧、軸承及緊固件等。v 承受承受拉伸、壓縮、彎曲、

6、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、振動和拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、振動和摩擦摩擦等力的作用等力的作用機(jī)器零件用鋼以機(jī)器零件用鋼以力力學(xué)性能為主，工藝學(xué)性能為主，工藝性能為輔性能為輔 機(jī)器零件要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速，零件間要有公差配合。機(jī)器零件要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速，零件間要有公差配合。School of Manufacturing Science and Engineering81 Introduction1.1 Mechanical Performance requirements (1) higher fatigue strength and durability of strength;(2)

7、 high yield strength, tensile strength and high fracture resistance;(3) good wear resistance and contact fatigue strength;(4) higher toughness, lower notch sensitivityHeat treatment to strengthen使用狀態(tài)為淬火加回火態(tài)，又叫強(qiáng)化態(tài)使用狀態(tài)為淬火加回火態(tài)，又叫強(qiáng)化態(tài)影響因素：影響因素：含碳量、回火溫度、合金元素種類及含量含碳量、回火溫度、合金元素種類及含量 （ Mn, Cr, Si, Ni, B等）等）S

8、chool of Manufacturing Science and Engineering91 Introduction1.2 Process performance requirements 通常的生產(chǎn)工藝：通常的生產(chǎn)工藝：型材型材改鍛改鍛 forging毛坯熱處理毛坯熱處理Heat treatment of the blank切削加工切削加工 machining最終熱處理最終熱處理final heat-treatment磨削磨削grinding因此，要有良好的因此，要有良好的切削加工性能切削加工性能、可熱處理工藝性能、良可熱處理工藝性能、良好的可鍛造性能好的可鍛造性能School of

9、Manufacturing Science and Engineering101 Introduction1.3 Classification vApplication： quenched and tempered steel, spring steel, carburizing steel, roller bearing steelvCarbon content: Low-carbon steel (0.2%), medium-carbon steel (0.4-0.6%), high-carbon steel (1%)vTempered temperature： Quench + (Low

10、/medium/high) temperature temperingSchool of Manufacturing Science and Engineering111 Introduction1.3 Classification vAlloying elementsSchool of Manufacturing Science and Engineering121 Introduction1.3 Classification Discuss their working conditions, failure modes; Analyze the role of the alloying e

11、lements, heat treatment; Introduce a variety of commonly used steel grades.School of Manufacturing Science and Engineering132 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 Quenched and tempered steel 經(jīng)淬火和高溫回火（即調(diào)質(zhì)處理）的結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)淬火和高溫回火（即調(diào)質(zhì)處理）的結(jié)構(gòu)鋼pMicrostructure：p應(yīng)用最廣（應(yīng)用最廣（30%）：）：軸、連桿、螺栓等軸、連桿、螺栓等p還可采用的熱處理工藝：還可采用的熱處理工藝：等溫淬火、正火等溫淬火、正火+表面淬火表面淬火+低溫低溫

12、回火、化學(xué)熱處理回火、化學(xué)熱處理回火索氏體?；鼗鹚魇象w。School of Manufacturing Science and Engineering142 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） v Working conditions and performance requirementsv Microstructure characteristicsv Chemical compositionv Heat treatmentv Common tempered steelSchool of Manufacturing Science and Engi

13、neering152 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） 2.1 Working conditions and performance requirements Failure forms: fatigue fracture, excessive deformation, local wearRequirements: 1. high yield strength and fatigue strength2. good impact toughness and ductility3. wear resistanceExcellent mechanica

14、l propertiesSchool of Manufacturing Science and Engineering162.2 Microstructure characteristics中碳回火索氏體組織：中碳回火索氏體組織：（1） 粒狀粒狀碳化物強(qiáng)化碳化物強(qiáng)化，彌散均勻分布，彌散均勻分布high strength（2） 組織均勻性好，減少裂紋形成組織均勻性好，減少裂紋形成high toughness and plastic（3） 基體為回火獲得的等軸晶粒鐵素體，基體為回火獲得的等軸晶粒鐵素體，晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小little tendency of cold brittle2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼

15、（ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering172.3 Chemical composition vMedium carbon steel or medium carbon alloy steel0.30.5%C + alloying elementsuMain alloying elements：Mn, Cr, Si, Ni, BuAuxiliary elements：Mo, W, V, Ti（細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和鋼的強(qiáng)韌性）（細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和鋼的強(qiáng)韌性）W、Mo

16、可抑制第二類回火脆性?？梢种频诙惢鼗鸫嘈浴? 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering182.4 Heat treatment型材型材改鍛改鍛毛坯熱處理毛坯熱處理切削加工切削加工最終熱處理最終熱處理磨削磨削v切削加工前切削加工前預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理：改變內(nèi)部組織（晶粒粗：改變內(nèi)部組織（晶粒粗大和帶狀組織），便于切削加工。大和帶狀組織），便于切削加工。 合金元素含量低時(shí)，采用正火或退火處理；合金元素含量低時(shí)，采用正火或退火處理； 合金元素含量高時(shí)，采用正火合金元素

17、含量高時(shí)，采用正火+高溫回火處理高溫回火處理（使正火后（使正火后M組織轉(zhuǎn)變?yōu)榱罱M織轉(zhuǎn)變?yōu)榱頟組織，組織，HB）2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering192.4 Heat treatmentv 最終熱處理：最終熱處理：淬火淬火 + 高溫回火高溫回火 回火溫度：回火溫度：500600 ，回火索氏體，回火索氏體 450 左右，回火屈氏體左右，回火屈氏體 200300 ，回火馬氏體，回火馬氏體具體根據(jù)其工作條件和失效分析確定具體根據(jù)其工作條件和失效分析確定2 調(diào)

18、質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering202.4 Heat treatment具體根據(jù)其工作條件和失效分析確定具體根據(jù)其工作條件和失效分析確定例如：例如：要求表面有好的耐磨性要求表面有好的耐磨性表面淬火或化學(xué)熱處理如表面淬火或化學(xué)熱處理如氮化處理；氮化處理；要求較高強(qiáng)度及適當(dāng)塑韌性要求較高強(qiáng)度及適當(dāng)塑韌性低溫或中溫回火。低溫或中溫回火。2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing

19、Science and Engineering2.4 Heat treatment典型零件：連桿螺栓（要求力學(xué)性能一致）典型零件：連桿螺栓（要求力學(xué)性能一致）材料：材料：40Cr鍛鍛-正（退）火正（退）火-粗車粗車-調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-精車精車-裝配裝配正火：正火：S+F（少量）（少量）u消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）u調(diào)整硬度，利于加工調(diào)整硬度，利于加工調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)：S回，回，滿足整體力學(xué)性能要求；綜合性能好滿足整體力學(xué)性能要求；綜合性能好212 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing S

20、cience and Engineering2.4 Heat treatment典型零件：機(jī)床齒輪（典型零件：機(jī)床齒輪（載荷較小，硬度要求不太高）載荷較小，硬度要求不太高）材料：材料：45鍛鍛-正（退）火正（退）火-粗車粗車-調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-精車精車-表面表面淬火淬火+低溫回火低溫回火-裝配裝配正火：正火：調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)：S回，回，保證心部的強(qiáng)度和韌性保證心部的強(qiáng)度和韌性表面淬火表面淬火+低溫回火：低溫回火：表：表：M回回+A；心：；心：S回回達(dá)到表硬心韌達(dá)到表硬心韌222 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Sc

21、ience and Engineering232.5 常用調(diào)質(zhì)鋼常用調(diào)質(zhì)鋼（1）低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：）低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：臨界淬火直徑低于臨界淬火直徑低于40mm 40, 45, 40Cr, 45MnV, 38CrSi, 40CrV（2）中淬透性調(diào)質(zhì)鋼：）中淬透性調(diào)質(zhì)鋼：臨界淬火直徑臨界淬火直徑4060mm 40CrMn, 40CrNi, 35CrMo,30CrMnSi（3）高淬透性調(diào)質(zhì)鋼）高淬透性調(diào)質(zhì)鋼: 臨界淬火直徑臨界淬火直徑60100mm 40CrNiMo, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA常用調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分、熱處理規(guī)范、力學(xué)性能和用途常用調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分、熱處理規(guī)范、力學(xué)性能和用途

22、 表表3.12 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering24School of Manufacturing Science and Engineering252.6 調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展動向（自學(xué)）調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展動向（自學(xué)）v1、低碳馬氏體鋼、低碳馬氏體鋼v2、中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering26S

23、ummary：工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)： 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理：正火或退火；正火：正火或退火；正火+高溫回火處理改變內(nèi)部高溫回火處理改變內(nèi)部組織組織 最終熱處理：最終熱處理：淬火淬火 + 高溫回火高溫回火?成分分析：成分分析：中碳碳鋼或中碳合金鋼：中碳碳鋼或中碳合金鋼：中碳中碳0.30.5%C； 主主加合金元素：加合金元素：Mn, Cr, Si, Ni, B ；輔助合金元素：輔助合金元素：Mo, W, V, Ti組織結(jié)構(gòu)：組織結(jié)構(gòu)：中碳回火索氏體組織中碳回火索氏體組織2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Sc

24、ience and Engineering273 彈簧鋼彈簧鋼 （spring steel） v 是用于制造各種彈簧或類似彈簧性能的鋼種是用于制造各種彈簧或類似彈簧性能的鋼種v 板簧鋼和螺旋彈簧鋼板簧鋼和螺旋彈簧鋼受力分析：受力分析：板簧板簧 ：承受彎曲、剪切應(yīng)力和磨損：承受彎曲、剪切應(yīng)力和磨損 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v 利用利用彈性變形彈性變形來儲存能量、緩和振動和沖擊，載荷屬于變來儲存能量、緩和振動和沖擊，載荷屬于變動載荷。動載荷。School of Manufacturing Science and Engineering283 彈簧鋼彈簧鋼（spri

25、ng steel） 兩個(gè)概念：兩個(gè)概念：v 彈性極限：彈性極限：不遺留任何永久變形的條件下，材料能承受的不遺留任何永久變形的條件下，材料能承受的最大應(yīng)力最大應(yīng)力,如果拉力擴(kuò)大，就會使這個(gè)物體斷裂如果拉力擴(kuò)大，就會使這個(gè)物體斷裂（例如橡（例如橡皮筋）皮筋）拉伸試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一值，材料將不會自行恢拉伸試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一值，材料將不會自行恢復(fù)原狀，此應(yīng)力值，為彈性限度。若材料承受的應(yīng)力小于復(fù)原狀，此應(yīng)力值，為彈性限度。若材料承受的應(yīng)力小于彈性限度，則可以自行恢復(fù)原狀。彈性限度，則可以自行恢復(fù)原狀。v 疲勞極限：疲勞極限：在疲勞試驗(yàn)中，應(yīng)力交變循環(huán)大至無限次而試在疲勞試驗(yàn)中，應(yīng)力交變循環(huán)大至

26、無限次而試樣仍不破損時(shí)的最大應(yīng)力叫疲勞極限。樣仍不破損時(shí)的最大應(yīng)力叫疲勞極限。School of Manufacturing Science and Engineering293.1 Working conditions and performance requirements uMajor role: to absorb impact energy, reduce the role of the mechanical vibration and shock.uFailure forms: fatigue fracture, plastic deformationuPerformance re

27、quirements: High elastic limit, high yield strength and high yield ratio High fatigue limit With a certain degree of plasticity and toughness Good heat resistance and corrosion resistance3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering303.2 Characteristics and commonly used steelsCarbo

28、n steel and alloy steel （table 3.2）（以強(qiáng)度以強(qiáng)度為主）為主）（1）Chemical composition 0.8-0.9%C（碳素鋼）（碳素鋼）, 或或0.50.7%C（合金鋼）（合金鋼） 加入加入Si, Mn：提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體(固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)固溶強(qiáng)化作用強(qiáng))、提高回火穩(wěn)定性、提高回火穩(wěn)定性 但不宜過多但不宜過多(Si:石墨化傾向；石墨化傾向；Mn:增加鋼的過熱敏感性增加鋼的過熱敏感性) 加入加入Cr, W, V：防過熱和脫碳；防過熱和脫碳；Cr提高淬透性；提高淬透性；W、V可細(xì)化晶?？杉?xì)化晶粒 3 Spring steel S

29、chool of Manufacturing Science and Engineering313.2 Characteristics and commonly used steels（2）最終熱處理：）最終熱處理：淬火淬火 + 中溫回火中溫回火（350450) ，回火屈氏體組織回火屈氏體組織，保證，保證高的彈性極限和疲勞極限高的彈性極限和疲勞極限（3）冶金質(zhì)量要求高）冶金質(zhì)量要求高 ：(優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼)避免夾雜物引起應(yīng)力集中而成為疲勞裂紋源。避免夾雜物引起應(yīng)力集中而成為疲勞裂紋源。（4）表面質(zhì)量要求高）表面質(zhì)量要求高 （表（表3.3， 表表3.4）（脫碳、裂紋、折疊、斑疤氣泡夾雜等引起應(yīng)力集中

30、，降低（脫碳、裂紋、折疊、斑疤氣泡夾雜等引起應(yīng)力集中，降低疲勞極限。）疲勞極限。） 3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering32School of Manufacturing Science and Engineering333.3 Heat treatment冷卷成形冷卷成形強(qiáng)化后成形強(qiáng)化后成形熱卷成形熱卷成形成型后強(qiáng)化成型后強(qiáng)化強(qiáng)化方式：形變強(qiáng)化、熱處理強(qiáng)化強(qiáng)化方式：形變強(qiáng)化、熱處理強(qiáng)化3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineerin

31、g（1）冷成形彈簧的熱處理）冷成形彈簧的熱處理強(qiáng)化后成形強(qiáng)化后成形 （螺旋彈簧）（螺旋彈簧）熱處理強(qiáng)化或冷變形強(qiáng)化成形熱處理強(qiáng)化或冷變形強(qiáng)化成形冷拔鋼絲冷卷成形（加工硬化冷拔鋼絲冷卷成形（加工硬化強(qiáng)化）強(qiáng)化）鉛浴等溫淬火冷拔鋼絲鉛浴等溫淬火冷拔鋼絲 450550等溫淬火等溫淬火+多次冷拔多次冷拔形變熱處理形變熱處理冷拔鋼絲：冷拔鋼絲：冷拔變形強(qiáng)化，冷拔變形強(qiáng)化，工序間工序間退火退火改善塑性改善塑性淬火中溫回火鋼絲：淬火中溫回火鋼絲：冷拔冷拔+熱處理熱處理強(qiáng)化強(qiáng)化+冷卷成形冷卷成形343.3 Heat treatment3 Spring steel 冷冷卷卷成成型型School of Manuf

32、acturing Science and Engineering（1）冷成形彈簧的熱處理）冷成形彈簧的熱處理強(qiáng)化后成形強(qiáng)化后成形 螺旋彈簧螺旋彈簧 成形后工序成形后工序低溫回火：低溫回火：消除應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，提高彈性極限。消除應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，提高彈性極限。353.3 Heat treatment3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering363.3 Heat treatment（2）熱成形彈簧的熱處理）熱成形彈簧的熱處理成型后強(qiáng)化成型后強(qiáng)化 （汽（汽車板簧）車板簧） 淬火與熱成形結(jié)合（加熱溫度高于淬火溫度）淬火與熱

33、成形結(jié)合（加熱溫度高于淬火溫度）加熱后熱卷成形；余熱淬火；中溫回加熱后熱卷成形；余熱淬火；中溫回火?；??；鼗鹎象w回火屈氏體形變熱處理形變熱處理提高彈性極限和疲勞壽命提高彈性極限和疲勞壽命3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering373.3 Heat treatmentNotes：v 控制熱處理工藝參數(shù)，保證性能：控制熱處理工藝參數(shù)，保證性能：多為硅錳鋼，多為硅錳鋼，Si促促進(jìn)脫碳，進(jìn)脫碳，Mn過熱傾向大促進(jìn)晶粒長大。過熱傾向大促進(jìn)晶粒長大。淬火后盡快回火，防止延遲裂紋。淬火后盡快回火，防止延遲裂紋。v 回火溫度

34、回火溫度350-450：表面狀態(tài)好，低限溫度回火；表面狀態(tài)好，低限溫度回火；反之，選擇上限溫度，以提高韌性。反之，選擇上限溫度，以提高韌性。v 彈簧鋼含彈簧鋼含硅硅量高，加熱過程易石墨化，要保證碳含量。量高，加熱過程易石墨化，要保證碳含量。3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering38小結(jié)：小結(jié)：工藝組織工藝組織特點(diǎn)：特點(diǎn)：高碳鋼高碳鋼淬火淬火 + 中溫回火，回火屈氏體組中溫回火，回火屈氏體組織，保證高的彈性極限和疲勞極限織，保證高的彈性極限和疲勞極限成分分析：成分分析：含碳量較高含碳量較高：0.80.9%C（碳

35、素鋼）（碳素鋼）, 或或0.50.7%C（合金鋼），主（合金鋼），主加入加入Si, Mn，輔加，輔加Cr, W, V3 彈簧鋼（彈簧鋼（spring steel） School of Manufacturing Science and Engineering394 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）變速箱齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷和部分量具等。變速箱齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷和部分量具等。v 滲碳鋼滲碳鋼是經(jīng)滲碳處理后使用的鋼種是經(jīng)滲碳處理后使用的鋼種低碳鋼或低碳合金鋼、經(jīng)低碳鋼或低碳合金鋼、經(jīng)滲碳滲碳后進(jìn)行后進(jìn)行淬火和低溫淬火和低溫回火處理?；鼗鹛幚怼chool of

36、 Manufacturing Science and Engineering40鋼的滲碳：鋼的滲碳：將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱(900-950)并保溫并保溫,使使C原子滲入表層的原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝化學(xué)熱處理工藝.v目的：目的：用于要求表面硬度高、耐磨，心部韌性好，用于要求表面硬度高、耐磨，心部韌性好，同時(shí)有較高的疲勞抗力的零件。同時(shí)有較高的疲勞抗力的零件。-表硬心韌表硬心韌v滲碳后的熱處理：滲碳后的熱處理：淬火低溫回火淬火低溫回火4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）適用鋼種：適用鋼種：W WC C：0.100.100.250.25低碳鋼、低碳合金

37、鋼低碳鋼、低碳合金鋼School of Manufacturing Science and Engineering414 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）v 主要的失效形式：主要的失效形式：齒面齒面磨損磨損和剝落以及齒和剝落以及齒牙牙斷裂斷裂。v 要求：要求：表面耐磨、高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接表面耐磨、高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，心部組織有較高韌性以防止觸疲勞強(qiáng)度，心部組織有較高韌性以防止齒輪斷裂。齒輪斷裂。 (表面強(qiáng)化表面強(qiáng)化)v 采用表面強(qiáng)化的方法：采用表面強(qiáng)化的方法：表面淬火、表面淬火、滲碳滲碳或碳氮共滲、滲氮及表面冷塑或碳氮共滲、滲氮及表面冷塑性變形（噴丸、碾壓）等

38、。性變形（噴丸、碾壓）等。表面強(qiáng)化用鋼表面強(qiáng)化用鋼School of Manufacturing Science and Engineering424 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）4.1 Working conditions and performance requirements v工作條件：工作條件：彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、滾動與滑動、沖擊載荷。彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、滾動與滑動、沖擊載荷。v性能要求性能要求： 1* 高的耐磨性、高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的彎曲疲勞強(qiáng)度高的耐磨性、高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的彎曲疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度 2* 較高的塑性和韌性較高的塑性和韌性v工藝

39、特點(diǎn)工藝特點(diǎn)：低碳鋼低碳鋼 + 滲碳工藝滲碳工藝 + 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火School of Manufacturing Science and Engineering434 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）4.1 Working conditions and performance requirements 組織結(jié)構(gòu)：組織結(jié)構(gòu)： v 經(jīng)滲碳后，齒輪具有從表面至心部由高碳（經(jīng)滲碳后，齒輪具有從表面至心部由高碳（0.8-1.1C）至低碳（至低碳（0.10-0.25%C連續(xù)過渡的化學(xué)成分。連續(xù)過渡的化學(xué)成分。v 表面組織表面組織：回火回火M+細(xì)粒狀碳化物細(xì)粒狀碳化物+

40、殘余殘余A具有高硬度、高耐具有高硬度、高耐磨性和高接觸疲勞強(qiáng)度。磨性和高接觸疲勞強(qiáng)度。v 心部：心部：低碳鋼，回火低碳鋼，回火M（全部淬透）或部分（全部淬透）或部分F加加T（未淬透）（未淬透） School of Manufacturing Science and Engineering444.2 Chemical composition （1）鋼材的含碳量）鋼材的含碳量 心部心部0.10.25%C，表層，表層0.8%C（心部（心部C含量低，易使硬化層剝落，可適當(dāng)增加）含量低，易使硬化層剝落，可適當(dāng)增加）（2）鋼材的淬透性）鋼材的淬透性 加入合金元素，保證心部馬氏體數(shù)量，提高淬加入合金元素，保

41、證心部馬氏體數(shù)量，提高淬透性。透性。 Cr, Mn, Mo, Ni, W, Si, B4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering454.2 Chemical composition（3）表層碳化物的形態(tài)）表層碳化物的形態(tài)滲碳層碳化物：滲碳層碳化物：v呈長條狀或網(wǎng)狀呈長條狀或網(wǎng)狀，脆性加大，易于脫落；，脆性加大，易于脫落； W、Mo、V、Si，易形成，易形成v粒狀碳化物粒狀碳化物，即使含量高，也不會影響表層性能。，即使含量高，也不會影響表層性能。元素元素Cr 4 滲碳鋼滲碳鋼 （carbu

42、rizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering464.2 Chemical composition（4）合金元素對滲碳鋼工藝的影響）合金元素對滲碳鋼工藝的影響表現(xiàn)在：表現(xiàn)在：影響滲碳速度、滲層深度和表層碳濃度影響滲碳速度、滲層深度和表層碳濃度 碳化物形成元素碳化物形成元素Cr, Mo, W, Ti, V, Mn等促使表面碳等促使表面碳 ；滲碳速度滲碳速度、滲層深度、滲層深度 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Si, Ni, Co, Al等，則減少。等，則減少。另外，滲碳溫度達(dá)另外，滲碳溫度達(dá)930，會使奧氏體晶粒長大，會使

43、奧氏體晶粒長大，Mn會促進(jìn)會促進(jìn)晶粒長大，因此，要復(fù)合加入少量的晶粒長大，因此，要復(fù)合加入少量的V、Ti、Mo細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒。 4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering474.2 Chemical composition小結(jié)：小結(jié)：滲碳鋼，滲碳鋼， 心部心部0.10.25%C，表層，表層0.8%-0.9%C，增，增加碳含量可促進(jìn)碳化物沿晶界析出，降低韌性。加碳含量可促進(jìn)碳化物沿晶界析出，降低韌性。合金元素：合金元素：v 主加主加Cr、Mn、Ni、B， Ni4.5% 提高強(qiáng)度和韌性，

44、提高強(qiáng)度和韌性，提高淬透性。提高淬透性。v 輔加元素輔加元素W (1.2%) 、Mo 0.6% 、V 0.4% 、Ti 0.1%，防止?jié)B碳時(shí)晶粒長大。防止?jié)B碳時(shí)晶粒長大。4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering484.3 Heat treatment滲碳改變表層滲碳改變表層C量，熱處理淬火量，熱處理淬火+回火得到最終性能回火得到最終性能工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)：低碳鋼表面滲碳低碳鋼表面滲碳 + 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火淬火方法：淬火方法：（1） 直接淬火：直接淬火：常用常用（2） 預(yù)冷直

45、接淬火：預(yù)冷直接淬火：合金元素含量低，但又不易過熱的鋼；合金元素含量低，但又不易過熱的鋼；20CrMnTiv 目的目的:可減小淬火變形，同時(shí)在預(yù)冷過程中，析出碳化物，可減小淬火變形，同時(shí)在預(yù)冷過程中，析出碳化物，提高了表層的硬度和疲勞強(qiáng)度。提高了表層的硬度和疲勞強(qiáng)度。4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering494.3 Heat treatment淬火方法：淬火方法：（3）一次淬火法一次淬火法：緩冷至室溫，重新加熱淬火：緩冷至室溫，重新加熱淬火及低溫回火及低溫回火： 易過熱的碳鋼及合金鋼

46、；易過熱的碳鋼及合金鋼； 目的：目的：細(xì)化心部晶粒并消除表層網(wǎng)狀組織細(xì)化心部晶粒并消除表層網(wǎng)狀組織4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering504.3 Heat treatment淬火方法：淬火方法：（4）二次淬火：二次淬火：緩冷至室溫，重新二次加熱淬火緩冷至室溫，重新二次加熱淬火（高（高合金鋼）合金鋼） 第一次加熱細(xì)化心部組織，消除表層網(wǎng)狀碳化物；第一次加熱細(xì)化心部組織，消除表層網(wǎng)狀碳化物； 第二次加熱第二次加熱改善滲層結(jié)構(gòu)及細(xì)化表層晶粒，改善滲層結(jié)構(gòu)及細(xì)化表層晶粒，使表層高硬度、使表

47、層高硬度、高耐磨。高耐磨。適用于性能要求很高的工件、工藝復(fù)雜、成本較高應(yīng)用較少。適用于性能要求很高的工件、工藝復(fù)雜、成本較高應(yīng)用較少。4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering514.3 Heat treatment合金元素多時(shí)，淬火后存在多的殘余奧氏體，降低硬合金元素多時(shí)，淬火后存在多的殘余奧氏體，降低硬度度減少殘余奧氏體的方法：減少殘余奧氏體的方法：冷處理；滲碳空冷后高溫回火冷處理；滲碳空冷后高溫回火+淬火淬火+低溫回火；滲低溫回火；滲碳后噴丸強(qiáng)化碳后噴丸強(qiáng)化4 滲碳鋼滲碳鋼 （ca

48、rburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering524.4常用滲碳鋼常用滲碳鋼 (表表3.5) 4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）（1）低淬透性鋼）低淬透性鋼 15、20Cr、20MnV、20Mn2（2）中淬透性鋼）中淬透性鋼 20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、12CrNi3A特點(diǎn)：合金元素總量特點(diǎn)：合金元素總量4%，淬透性（臨界直徑，淬透性（臨界直徑2560mm）和）和力學(xué)性能較高。力學(xué)性能較高。應(yīng)用：承受中等沖擊載荷的耐磨零件，如齒輪、聯(lián)軸節(jié)、應(yīng)用：承受中等沖擊載荷的耐磨零件

49、，如齒輪、聯(lián)軸節(jié)、齒輪軸、花鍵套軸等。齒輪軸、花鍵套軸等。特點(diǎn)：價(jià)格低、淬透性低、心部強(qiáng)度低。特點(diǎn)：價(jià)格低、淬透性低、心部強(qiáng)度低。 （水淬臨界直（水淬臨界直徑徑2035mm）應(yīng)用：凸輪軸、活塞銷、小齒輪。應(yīng)用：凸輪軸、活塞銷、小齒輪。School of Manufacturing Science and Engineering534.4 常用滲碳鋼常用滲碳鋼 4 滲碳鋼滲碳鋼 （carburizing steel）（3） 高淬透性鋼高淬透性鋼 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A特點(diǎn)：合金元素總量特點(diǎn)：合金元素總量0.8%C，增加碳含量，增加碳含量可促進(jìn)碳化物沿晶界析出，降低韌性?？纱龠M(jìn)碳化物沿晶界析出，降低韌性。主加主加Cr、Mn、Ni、B；輔加元素輔加元素W、Mo、V、Ti。組