第3章機器零件用鋼-1課件

1、第第3 3章章 機器制造結(jié)構鋼機器制造結(jié)構鋼n nRel700MPa,Rel700MPa,低強度鋼，低強度鋼， Rel=700-1400MPa中強度鋼，大于中強度鋼，大于1400MPa，超，超高強度鋼。（下屈服強度）高強度鋼。（下屈服強度）n按照熱處理工藝：整體強化態(tài)鋼和表面強按照熱處理工藝：整體強化態(tài)鋼和表面強化態(tài)鋼?；瘧B(tài)鋼。n根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分為：調(diào)質(zhì)根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度結(jié)構鋼、滲鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度結(jié)構鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、軸承鋼和易削鋼碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、軸承鋼和易削鋼等。等。3.1 概概 述述 一、工作條件與性能要求一

2、、工作條件與性能要求主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應力，且往往是幾種載荷的同時作用；可以力，且往往是幾種載荷的同時作用；可以使恒載或變載，作用力的方向是單向或反使恒載或變載，作用力的方向是單向或反復的。復的。綜合力學性能綜合力學性能（強度、塑性、韌度、疲勞（強度、塑性、韌度、疲勞強度、耐磨性等強度、耐磨性等； 良好的加工性能；良好的加工性能； 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 一定的耐腐蝕性能。一定的耐腐蝕性能。 二、機器零件用鋼合金化特點二、機器零件用鋼合金化特點 主加主加元素元素 Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：主要作用：淬透性和力學性能

3、。淬透性和力學性能。輔加輔加元素元素 Mo、W、V等等 過熱敏感性，過熱敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。最佳最佳范圍范圍 C 含量在含量在0.08- 0.70%之間之間, 合金元素總合金元素總量一般不超過量一般不超過5%，少量例外；，少量例外； 范圍為：范圍為：1.2%Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是單獨加入，或是復合加入?；蚴菃为毤尤?，或是復合加入。彈性設計：根據(jù)比例極限塑性設計：根據(jù)屈服強度高強度的取得，往往是綜合應用了細晶強化、固溶強化、沉淀硬化和位錯強化等方法的結(jié)果。還需考慮韌性設計：沖擊吸收能量、韌脆

4、轉(zhuǎn)變溫度和斷裂韌度。應選擇合理的含碳量和熱處理工藝。 三、機械制造結(jié)構鋼的強度與脆性三、機械制造結(jié)構鋼的強度與脆性 低碳馬氏體型結(jié)構鋼，采用淬火低碳馬氏體型結(jié)構鋼，采用淬火+低溫回火。低溫回火。為為耐磨性，可進行滲碳處理；汽車拖拉機齒輪類耐磨性，可進行滲碳處理；汽車拖拉機齒輪類為代表為代表. 回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火+高溫高溫回火。為回火。為耐磨性，可進行滲氮處理或高耐磨性，可進行滲氮處理或高 頻感應加頻感應加熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類零件為典型。熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類零件為典型。 1 1、對于要求良好綜合力學性能，零件選、對于要求良好綜

5、合力學性能，零件選 材料的途徑為：材料的途徑為： 2、如要求更高的強度，則適當犧牲塑韌、如要求更高的強度，則適當犧牲塑韌性。可選擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如性?？蛇x擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機械較多低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機械較多. 3、如要求高的彈性極限和屈服強度，又、如要求高的彈性極限和屈服強度，又要有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，要有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，進行中溫回火。如彈簧鋼。進行中溫回火。如彈簧鋼。 4、零件要求高強度、高硬度，高接觸疲、零件要求高強度、高硬度，高接觸疲勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳

6、鋼，淬火火+低溫回火。如軸承鋼。低溫回火。如軸承鋼。 辨辨證證思思維維 由于不同機器零件的服役條件和由于不同機器零件的服役條件和失效方式不同，主要的設計依據(jù)和失效方式不同，主要的設計依據(jù)和失效判據(jù)也不同，所以應合理選擇失效判據(jù)也不同，所以應合理選擇鋼的含碳量和熱處理工藝。鋼的含碳量和熱處理工藝。 應該明確應該明確: : 一般情況下，某零件制造的材料一般情況下，某零件制造的材料并不是唯一的；并不是唯一的； 某一種鋼采用不同的熱處理工藝某一種鋼采用不同的熱處理工藝可以制造不同類型的零件；可以制造不同類型的零件； 某一零件用某一材料制造，其熱某一零件用某一材料制造，其熱處理工藝方法也可能是多種的。處

7、理工藝方法也可能是多種的。 四、四、整體強化態(tài)鋼整體強化態(tài)鋼基基本本情情況況 整體強化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交整體強化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交變應力，大部分是整體受力。變應力，大部分是整體受力。 其主要失效形式是疲勞破壞，其主要失效形式是疲勞破壞， 主要性能指標主要性能指標-1、Rm、AK、KIC等。等。 總體上要求良好的綜合力學性能?？傮w上要求良好的綜合力學性能。主主要要應應用用 主要制造軸、桿、軸承類等機器零件，主要制造軸、桿、軸承類等機器零件，如連桿、螺栓、主軸、半軸等。這類鋼主如連桿、螺栓、主軸、半軸等。這類鋼主要有調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳馬氏要有調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳馬氏體

8、鋼、超高強度鋼等。體鋼、超高強度鋼等。 汽車半軸汽車半軸 a)一端法蘭式一端法蘭式; b)二端花鍵式二端花鍵式; c)變截面臺階式變截面臺階式 M7150A砂輪主軸砂輪主軸汽汽 拖用連桿拖用連桿下圖下圖 T615K鏜床鏜桿鏜床鏜桿上圖上圖 S7332 螺紋磨床絲杠螺紋磨床絲杠3. 2 3. 2 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 所謂調(diào)質(zhì)鋼,一般是指含碳量在0.3-0.5%的中碳鋼.一般用這類鋼制作的零件要求具有很好的綜合機械性能,即在保持較高的強度的同時又具有很好的塑性和韌性,人們往往使用調(diào)制處理來達到這個目的,所以人們習慣上就把這一類鋼稱作調(diào)質(zhì)鋼。各類機器上的結(jié)構零件大量采用調(diào)質(zhì)鋼，是結(jié)構鋼中使用最廣泛的一類鋼

9、。二二. . 調(diào)質(zhì)鋼的成分、合金化調(diào)質(zhì)鋼的成分、合金化n成分成分 0.300.50%C0.300.50%C的的C C鋼或中、低合金鋼鋼或中、低合金鋼 n合金化合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, BMn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, B 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性提高淬透性（主要作用）（主要作用） 固溶強化；細晶強化；固溶強化；細晶強化； 彌散強化彌散強化 三三. . 調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級調(diào)質(zhì)鋼的種類與分級 在機械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來在機械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來分級的。分級的。 DC

10、為油淬臨界直徑為油淬臨界直徑 低淬透性低淬透性合金鋼合金鋼: DC 3040mm, 有有40Cr、40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等等 中淬透性中淬透性合金鋼合金鋼: DC:4060mm, 有有40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等等 高淬透性高淬透性合金鋼合金鋼: DC60100mm, 有有37CrNi3、40CrNiMo、40CrMnMo等等四四.調(diào)質(zhì)鋼的組織與性能調(diào)質(zhì)鋼的組織與性能回火回火S S或回火或回火T; T; 具有良好綜合力學性能，尤其是沖擊韌性。具有良好綜合力學性能，尤其是沖擊韌性。 n強度（屈強：強度（屈強：700-1200MPa70

11、0-1200MPa） Cr, Mo, W, V Cr, Mo, W, V 可阻礙可阻礙K K在高溫回火時聚集長大，在高溫回火時聚集長大，使鋼保持高強度；使鋼保持高強度； 阻礙阻礙 再結(jié)晶，使再結(jié)晶，使 相保持細?。幌啾３旨毿?； 合金元素的固溶強化、細晶強化合金元素的固溶強化、細晶強化 n韌性韌性: : 調(diào)節(jié)溫度可具有不同的韌性；調(diào)節(jié)溫度可具有不同的韌性； 細化；細化； 防止或減輕回火脆性，加入防止或減輕回火脆性，加入 Mo,WMo,W五五. 調(diào)質(zhì)鋼的應用調(diào)質(zhì)鋼的應用 調(diào)質(zhì)鋼的不足：調(diào)質(zhì)鋼的不足： 1 1）沒有利用馬氏體精細結(jié)構強化作用；）沒有利用馬氏體精細結(jié)構強化作用； 2 2）K K的彌散強

12、化作用也沒有充分體現(xiàn)。的彌散強化作用也沒有充分體現(xiàn)。 3) 3) 淬火和高溫回火兩次加熱耗能多、周期長，增淬火和高溫回火兩次加熱耗能多、周期長，增加了熱處理變形和表面氧化脫碳等機會。加了熱處理變形和表面氧化脫碳等機會。 應用：應用： 在要求良好的綜合機械性能，尤其是需要較高的在要求良好的綜合機械性能，尤其是需要較高的（沖擊）韌性時，采用中（沖擊）韌性時，采用中C C鋼的調(diào)質(zhì)處理才正能鋼的調(diào)質(zhì)處理才正能發(fā)揮其優(yōu)勢。發(fā)揮其優(yōu)勢。 六、調(diào)質(zhì)鋼強韌化工藝的發(fā)展六、調(diào)質(zhì)鋼強韌化工藝的發(fā)展 正確正確認識認識性能性能指標指標 AK是一次大能量沖擊性能指標，是一次大能量沖擊性能指標，小能量多沖小能量多沖條件下

13、工作的，很難正確條件下工作的，很難正確反映。有些重要零件應以斷裂韌度反映。有些重要零件應以斷裂韌度KIC來衡量。來衡量。 由于服役條件差異，鋼最佳綜合性由于服役條件差異，鋼最佳綜合性能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件在承受沖擊能量大時，鋼強度應低些，在承受沖擊能量大時，鋼強度應低些，塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時，塑性和韌度宜高些；沖擊能量較小時，強度應高些。以達最佳配合。強度應高些。以達最佳配合。綜合綜合強化強化工藝工藝 如復合熱處理，即熱處理強化、表面如復合熱處理，即熱處理強化、表面處理及形變強化工藝結(jié)合起來。如汽車轉(zhuǎn)處理及形變強化工藝結(jié)合起來。如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)

14、園角處進行高頻淬火處理后，疲勞壽向節(jié)園角處進行高頻淬火處理后，疲勞壽命提高了命提高了5050倍倍冷變冷變形形鍛造鍛造余熱余熱淬火淬火 如滾壓、噴丸等如滾壓、噴丸等冷變形冷變形方法的效果也比方法的效果也比較好較好, , 能提高零件壽命能提高零件壽命 既能節(jié)約能源、簡化工序，又能細化組既能節(jié)約能源、簡化工序，又能細化組織，提高零件的強韌性。如柴油機連桿，織，提高零件的強韌性。如柴油機連桿，已普遍采用鍛造余熱淬火工藝已普遍采用鍛造余熱淬火工藝 3.3 彈簧鋼彈簧鋼 一、彈簧的服役條件及性能要求一、彈簧的服役條件及性能要求 彈簧功能彈簧功能儲能減振儲能減振彈簧類型彈簧類型板簧，螺簧；板簧，螺簧；壓簧、

15、拉簧和扭簧等壓簧、拉簧和扭簧等 典型的螺旋彈簧及板簧典型的螺旋彈簧及板簧壓縮螺簧壓縮螺簧拉伸螺簧拉伸螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧單板彈簧單板彈簧橢圓板簧橢圓板簧疊形板簧疊形板簧卡簧（圈）基本形狀卡簧（圈）基本形狀碟形彈碟形彈簧截面簧截面 扭桿彈簧扭桿彈簧 a)a)實芯扭桿實芯扭桿b)b)串聯(lián)式扭桿串聯(lián)式扭桿 板簧板簧彎曲載荷彎曲載荷螺簧螺簧扭轉(zhuǎn)應力扭轉(zhuǎn)應力疲勞破壞疲勞破壞彈性減退彈性減退 高的彈性極限高的彈性極限e e、屈強比、屈強比s s/ /b b彈性彈性 高的高的疲勞強度疲勞強度-1 避免早期疲勞破壞避免早期疲勞破壞 有足夠的塑性和韌性有足夠的塑性和韌性 不產(chǎn)生脆性斷裂不產(chǎn)生脆性斷裂 足夠的淬透

16、性足夠的淬透性 保證保證e和整體強度和整體強度 其他要求其他要求: : 冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量思考題：思考題： 為什么彈簧要求有好的為什么彈簧要求有好的表面質(zhì)量表面質(zhì)量，如表面不允許有如表面不允許有裂紋裂紋、折迭折迭、嚴重脫碳等嚴重脫碳等缺陷缺陷? ?彈簧在工作中要產(chǎn)生形變，內(nèi)部要產(chǎn)生并保持應力，如果表面狀態(tài)不好，會形成應力集中區(qū)而產(chǎn)生破壞。二、二、常用彈簧鋼及強化工藝常用彈簧鋼及強化工藝 1. 合金化：合金化： 含碳量在含碳量在0.601.05, ,低合金彈簧鋼在低合金彈簧鋼在0.400.74C。 ? + Si、Mn、Cr、V等合金元素等合金元素. Cr和和Mn主主要是提高淬透

17、性，要是提高淬透性， Si提高彈性極限，提高彈性極限， V提高提高淬透性和細化晶粒淬透性和細化晶粒. 60Si2Mn: Si、Mn復合復合,強化強化F,e e， s/b可達到可達到0.80.9； Si / Mn 淬透性，淬透性，Ms不過分不過分, ,開裂傾向小開裂傾向小; ; Si有效有效回穩(wěn)性回穩(wěn)性, 但但脫脫C傾向傾向; Si、Mn復合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳復合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小鋼為小.常用硅錳板簧鋼有常用硅錳板簧鋼有60Si2Mn 、 55Si2Mn等等常用螺旋彈簧鋼有常用螺旋彈簧鋼有50CrVA等。等。 50CrVA :(高級優(yōu)質(zhì)鋼）高級優(yōu)質(zhì)鋼） Cr 、V均均回

18、穩(wěn)性回穩(wěn)性, , 韌性好韌性好； V 細化晶粒細化晶粒, 過熱敏感性過熱敏感性; ; 含含Si少少, ,脫脫C敏感性敏感性, , 熱處理不易脫熱處理不易脫C; ; 常用于受應力高的螺旋彈簧及常用于受應力高的螺旋彈簧及60HRC； 高接觸疲勞強度高接觸疲勞強度以免過早失效；以免過早失效； 高的彈性極限和一定高的彈性極限和一定韌度韌度 承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂； 尺寸穩(wěn)定性好尺寸穩(wěn)定性好保證精度；保證精度； 一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤滑油腐蝕。大氣、潤滑油腐蝕。關鍵因素關鍵因素 化學成分、冶金質(zhì)量和加工工藝化學成分、冶金質(zhì)量和加工工藝n常用高碳鉻軸承鋼的化學成分常用高碳鉻軸承鋼的化

19、學成分 p 高高C C： 0.95-1.05% 0.95-1.05% 固溶強化提高硬度固溶強化提高硬度; ; 形成碳化物。形成碳化物。 CrCr：0.6%1.5% 0.6%1.5% Cr Cr 提高淬透性、耐磨性、耐蝕性。提高淬透性、耐磨性、耐蝕性。 Mo, V, Mn, SiMo, V, Mn, Si等：等： 制造大型軸承。制造大型軸承。 嚴格控制嚴格控制雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S S，P P和殘余元素和殘余元素Cu, NiCu, Ni。合金合金化化典型如典型如GCrl5、GCrl5SiMn。 Cr含量含量 ?組織組織特點特點 經(jīng)合適的熱處理，應得到組織：經(jīng)合適的熱處理，應得到組織： 細小均勻的奧氏

20、體晶粒度細小均勻的奧氏體晶粒度58級；級；M中中含含0.50.6%C；隱晶；隱晶M基體上分布細小均基體上分布細小均勻的粒狀勻的粒狀K，體積分數(shù)約，體積分數(shù)約78%， 一般可一般可有少量有少量AR。 負荷較小時負荷較小時,為提高為提高-1-1，可設計，可設計M中中約約含含0.45%C0.45%C，K體積分數(shù)約體積分數(shù)約5%5%。鋼中總鋼中總含碳量應含碳量應二二. . 軸承鋼的冶金質(zhì)量軸承鋼的冶金質(zhì)量 純凈度和組織均勻性純凈度和組織均勻性是軸承鋼冶金質(zhì)量的兩個主要問是軸承鋼冶金質(zhì)量的兩個主要問題。題。 p 軸承鋼由冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占總失效的軸承鋼由冶金質(zhì)量缺陷造成的失效占總失效的6565。這

21、里是指這里是指非金屬夾雜物和碳化物不均勻性非金屬夾雜物和碳化物不均勻性所造成的冶所造成的冶金質(zhì)量缺陷。金質(zhì)量缺陷。 可見鋼材的冶金質(zhì)量對軸承的使用壽可見鋼材的冶金質(zhì)量對軸承的使用壽命起著非常重要的影響。命起著非常重要的影響。1. 1. 非金屬夾雜物非金屬夾雜物 （1 1）分類）分類 根據(jù)化學成分：根據(jù)化學成分： 簡單氧化物簡單氧化物：如：如AlAl2 2OO3 3, SiO, SiO2 2 復雜氧化物復雜氧化物：包括尖晶石：包括尖晶石：MnOMnOAlAl2 2OO3 3 鈣的鋁酸鹽：鈣的鋁酸鹽： CaOCaO2A12A12 2OO3 3 硅酸鹽和硅酸鹽玻璃硅酸鹽和硅酸鹽玻璃： l FeO-m

22、MnO-nAll FeO-mMnO-nAl2 2OO3 3- pSiO- pSiO2 2 硫化物硫化物：如：如MnSMnS，(Mn,Fe)S(Mn,Fe)S，CaSCaS等等 氮化物氮化物：如：如AlNAlN等。等。 n 根據(jù)檢驗時金相形態(tài)來分類：根據(jù)檢驗時金相形態(tài)來分類： p v脆性夾雜物脆性夾雜物 如剛玉如剛玉(Al(Al2 2OO3 3), ),尖晶石尖晶石, ,沿軋制方向排列呈點鏈沿軋制方向排列呈點鏈狀分布狀分布 v 塑性夾雜物塑性夾雜物 在變形過程中有良好的塑性，沿軋向呈連續(xù)條狀分布，有在變形過程中有良好的塑性，沿軋向呈連續(xù)條狀分布，有MnSMnS和鐵錳硅酸鹽和鐵錳硅酸鹽 v球狀不變

23、形夾雜物球狀不變形夾雜物 鈣的鋁酸鹽鈣的鋁酸鹽 v v半塑性夾雜物半塑性夾雜物： 主要是復相鋁硅酸鹽，含有主要是復相鋁硅酸鹽，含有AlAl2 2OO3 3或尖晶石氧化物或尖晶石氧化物 （2 2）非金屬夾雜物對軸承鋼疲勞壽命的影響）非金屬夾雜物對軸承鋼疲勞壽命的影響 p 其其危害程度危害程度按剛玉、尖晶石、球狀不變形夾雜、半塑按剛玉、尖晶石、球狀不變形夾雜、半塑性鋁硅酸鹽、塑性硅酸鹽、硫化物依次遞減；性鋁硅酸鹽、塑性硅酸鹽、硫化物依次遞減； p 理想的情況是：理想的情況是： 數(shù)量少數(shù)量少、尺寸小尺寸小、塑性好塑性好、 細條狀細條狀 均勻分布。均勻分布。（3 3）非金屬夾雜物的形成與消除）非金屬夾

24、雜物的形成與消除 p 脫氧產(chǎn)物脫氧產(chǎn)物 凝固時析出的氧化物和硫化物凝固時析出的氧化物和硫化物 殘留在鋼中的渣殘留在鋼中的渣 冶煉和澆注時鋼液對耐火材料的浸蝕冶煉和澆注時鋼液對耐火材料的浸蝕 出鋼時鋼液的二次氧化等出鋼時鋼液的二次氧化等n 徹底脫氧是獲得高純凈鋼的必要條件徹底脫氧是獲得高純凈鋼的必要條件 n 利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔，可極大利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔，可極大 提高鋼的純凈度提高鋼的純凈度 形形 成成消消 除除2. 2. 軸承鋼的軸承鋼的K K不均勻性不均勻性 （1 1）軸承鋼在使用狀態(tài)下的顯微組織）軸承鋼在使用狀態(tài)下的顯微組織 回火回火M + KM + K（均勻細小

25、）（均勻細小） + Ar + Ar p l淬火時淬火時A A晶粒度為晶粒度為9 9級以上；級以上； lMM中中C C 量為量為0.450.45 - 0.5- 0.5； l殘留殘留K K量為量為 6% - 9%6% - 9%； lAr5-7%Ar5-7%。圖圖 高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關系高碳鉻軸承鋼中馬氏體含碳量與疲勞壽命的關系（2 2） 淬火前的淬火前的 原始組織與碳化物粒度原始組織與碳化物粒度 p l淬火前（球化退火后的）原始組織應為（細）粒狀珠光淬火前（球化退火后的）原始組織應為（細）粒狀珠光體為最好。（鐵素體體為最好。（鐵素體+ +均勻細小均勻細小K K） p 在淬火加熱

26、時，細顆粒在淬火加熱時，細顆粒K K比粗顆粒碳化物更易溶解，可保比粗顆粒碳化物更易溶解，可保證合金度；證合金度； 細顆粒狀比片狀細顆粒狀比片狀K K溶解慢，奧氏體不易粗化，溶解慢，奧氏體不易粗化，淬火溫度范圍較寬；淬火溫度范圍較寬； 可保持少量的細顆粒狀可保持少量的細顆粒狀K K； 得到綜合的性能。得到綜合的性能。 u為了獲得均勻細顆粒的球化組織：為了獲得均勻細顆粒的球化組織： p 控制球化退火工藝，控制球化退火工藝， 控制退火前的實際原始組織，控制退火前的實際原始組織，盡可能消除碳化物缺陷盡可能消除碳化物缺陷 。 u常見的碳化物缺陷有以下幾類：常見的碳化物缺陷有以下幾類： 液析碳化物液析碳化

27、物 帶狀碳化物帶狀碳化物 網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物 大顆粒碳化物大顆粒碳化物 液析碳化物和帶狀碳化物液析碳化物和帶狀碳化物 比較比較 p n均起因于鋼錠結(jié)晶時產(chǎn)生的樹枝狀偏析均起因于鋼錠結(jié)晶時產(chǎn)生的樹枝狀偏析 液析碳化物屬于偏析引起的偽共晶碳化物（一次碳化物）；液析碳化物屬于偏析引起的偽共晶碳化物（一次碳化物）； 帶狀碳化物屬于二次碳化物偏析帶狀碳化物屬于二次碳化物偏析 （固相冷卻過程中）。（固相冷卻過程中）。 n成分成分 帶狀碳化物）（帶狀碳化物）（Fe,CrFe,Cr）3 3C C； 液析碳化物（液析碳化物（Cr, Fe Cr, Fe ）7 7C C3 3 + + （Fe,CrFe,Cr）3

28、3C C。 n影響影響 液析液析K K尺寸大，硬度高，脆性大，危害大。尺寸大，硬度高，脆性大，危害大。危害危害 降低軸承的使用壽命，增大零件的淬火開裂傾向，造成硬降低軸承的使用壽命，增大零件的淬火開裂傾向，造成硬度和力學性能的不均勻性（各向異性）。度和力學性能的不均勻性（各向異性）。 p n預防與消除預防與消除 1 1）控制成分（）控制成分（C C，Cr%Cr%）；）； 2 2）大的鍛（軋）造比來破碎碳化物；）大的鍛（軋）造比來破碎碳化物； 3 3）采用高溫擴散退火（）采用高溫擴散退火（12001200左右）。左右）。 網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物 p 形成形成 高碳鉻軸承鋼為高碳鉻軸承鋼為過共析鋼過

29、共析鋼，網(wǎng)狀碳化物是在熱軋（鍛），網(wǎng)狀碳化物是在熱軋（鍛）加工后加工后緩慢冷卻緩慢冷卻過程中由過程中由二次碳化物以網(wǎng)狀析出二次碳化物以網(wǎng)狀析出于奧氏于奧氏體晶界所造成的。體晶界所造成的。 原因原因 終軋溫度過高終軋溫度過高或或冷卻速度過慢冷卻速度過慢，或，或偏析程度大偏析程度大，在，在K K密集密集處形成。處形成。危害危害 顯著提高脆性，淬火開裂傾向增大；增加硬度和性能的不均顯著提高脆性，淬火開裂傾向增大；增加硬度和性能的不均勻性，降低疲勞強度。勻性，降低疲勞強度。 p n預防與消除預防與消除 1 1）工藝上提高冷速，降低終軋溫度；）工藝上提高冷速，降低終軋溫度； 2 2）成分上適當降低）成分

30、上適當降低C C，Cr%Cr%； 3 3）網(wǎng)薄者，可直接用球化退火消除；）網(wǎng)薄者，可直接用球化退火消除； 網(wǎng)厚者，應用正火消除。網(wǎng)厚者，應用正火消除。 液析碳化物液析碳化物是非平衡結(jié)晶時由鋼液中析出的共晶碳化物在鋼錠或連鑄坯中的組織，特征是粗大的塊狀。它形成的原因是鋼液凝固時產(chǎn)生碳與合金元素的偏析，特別是在樹枝狀晶之間最后剩余的殘液內(nèi)碳、鉻的富集程度很高達到共晶濃度它將以共晶方式形成大塊的共晶碳化物通常把這種共晶碳化物稱為液析碳化物。液析液析K的存在會使軸承鋼零件在熱處理過程中容易產(chǎn)生淬火裂紋，在使用中處于表面層的液析碳化物容易剝落成為磨損的起源顯著降低軸承鋼零件的耐磨性，處于內(nèi)部的液析碳化物

31、和脆性夾雜物一樣是疲勞裂紋的起源，顯著降低軸承零件的疲勞壽命。碳化物帶狀組織是鋼液在凝固過程中形成的結(jié)晶偏析晶間偏析，軋制延伸后冷卻過程中高濃度區(qū)域析出大量過剩的二次碳化物，從而形成黑白相間的碳化物條帶狀組織。隨著碳化物帶狀偏析程度的加劇，淬火加熱敏感性增加，高低碳帶之間的顯微硬度差加大，接觸疲勞壽命下降。無論是鍛造還是退火，只要加熱到奧氏體化。在工件的冷卻過程中，冷卻速度比較慢，碳化物往晶界處析出，隨著時間的增加，碳化物或鐵素體，沿晶界的形狀形成斷續(xù)的線，逐漸在晶界連成網(wǎng)，隨著時間的增長，網(wǎng)逐漸加厚。冷卻后保留到室溫，叫網(wǎng)狀組織。如果是亞共析鋼，鐵素體形成的網(wǎng)就叫網(wǎng)狀鐵素體。如果是過共析鋼形

32、成的網(wǎng)狀，就叫網(wǎng)狀碳化物。圖圖 碳化物液析碳化物液析 500 圖圖 帶狀碳化物帶狀碳化物 500 圖圖 網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物 500 三三. . 軸承鋼的熱處理軸承鋼的熱處理 軸承鋼的熱處理包括：軸承鋼的熱處理包括： p v預先熱處理預先熱處理 （擴散退火，正火）擴散退火，正火）+ + 球化退火球化退火 p v最終熱處理最終熱處理 淬火淬火 + + 低溫回火低溫回火 + +（穩(wěn)定化處理（穩(wěn)定化處理 ）1. 1. 正火正火 p n目的目的 主要是消除網(wǎng)狀主要是消除網(wǎng)狀K K； 返修退火不合格品。返修退火不合格品。 p n工藝工藝 對對 粗網(wǎng)狀粗網(wǎng)狀K K：較高的加熱溫度：較高的加熱溫度 930-

33、950930-950； 細網(wǎng)狀細網(wǎng)狀K K：850-870850-870。 2. 2. 球化退火球化退火 p n獲得球狀珠光體組織獲得球狀珠光體組織 球化退火加熱為球化退火加熱為780780800 800 n軸承鋼球化退火的冷卻方式有兩種軸承鋼球化退火的冷卻方式有兩種： 1 1）一般球化退火）一般球化退火（連續(xù)冷卻）（連續(xù)冷卻） 按冷卻速度按冷卻速度20-30/h20-30/h冷到冷到650650出爐出爐 2 2）等溫球化退火）等溫球化退火 在在700700等溫等溫2-4h2-4h，再爐冷到，再爐冷到650650，出爐（等溫球化退火）。，出爐（等溫球化退火）。 軸承鋼的球化退火工藝軸承鋼的球化

34、退火工藝 3. 3. 軸承鋼的淬火和回火軸承鋼的淬火和回火 p n目標：目標： 提高硬度、強度、耐磨性和耐疲勞性，適當韌性提高硬度、強度、耐磨性和耐疲勞性，適當韌性 p n淬火：淬火：淬火溫度為淬火溫度為840 840 1 1）碳化物，其含量為）碳化物，其含量為7%7%9%9%； 2 2）防止氧化脫碳，一般采用保護氣氛加熱或真空加熱。）防止氧化脫碳，一般采用保護氣氛加熱或真空加熱。 n回火回火 160160保溫保溫3h3h或更長，硬度在或更長，硬度在HRC62-66HRC62-66。 4. 4. 穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 p 精密軸承為保證尺寸穩(wěn)定，要求消除精密軸承為保證尺寸穩(wěn)定，要求消除ArAr

35、，一般采用淬火后，一般采用淬火后立即進行冷處理，然后低溫回火。立即進行冷處理，然后低溫回火。 軸承在磨削加工后要進行消除磨削應力的回火，一般采用軸承在磨削加工后要進行消除磨削應力的回火，一般采用120-150120-150保溫保溫 3-5 h3-5 h。 對要術特別精密者，在粗磨、細磨和精磨后各進行一次回對要術特別精密者，在粗磨、細磨和精磨后各進行一次回火，時間在火，時間在15-24 h15-24 h。 五五. .特殊用途的軸承鋼（簡介）特殊用途的軸承鋼（簡介） p v特大型軸承鋼特大型軸承鋼（外徑大于（外徑大于450mm450mm） 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 20Cr2Ni420Cr2Ni4，

36、20CrNi2Mo20CrNi2Mo， 20Cr2Mn2Mo 20Cr2Mn2Mo v不銹軸承鋼不銹軸承鋼 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 9Cr189Cr18，9Cr18Mo 9Cr18Mo v高溫軸承鋼高溫軸承鋼 GCr15GCr15使用溫度為使用溫度為180 180 高速鋼高速鋼 W18Cr4V, W6Mo5Cr4V W18Cr4V, W6Mo5Cr4V 高鉻馬氏體不銹鋼：高鉻馬氏體不銹鋼： Cr15Mo4 Cr15Mo4 高溫滲碳鋼：高溫滲碳鋼：12Cr2Ni3Mo5 (43012Cr2Ni3Mo5 (430） 思考題思考題: : 軸承鋼在淬火熱處理后軸承鋼在淬火熱處理后, ,硬硬度檢驗時不

37、允許有明顯的軟點度檢驗時不允許有明顯的軟點, ,為什么為什么? ? 如出現(xiàn)軟點如出現(xiàn)軟點, ,可能有哪些因可能有哪些因素造成的素造成的? ?由于零件較大，可能是在淬火過程中由于加熱不足，保溫時間不充分或者冷卻不良造成的淬火軟點。零件淬火后局部區(qū)域或整體的硬度低于現(xiàn)行標準的規(guī)定值，這被稱為淬火軟點。軟點可分為體積軟點和表面軟點。體積軟點延伸到軸承鋼零件的深部，其硬度一般在50HRC以下。表面軟點是指軸承鋼零件表面有很?。?.3）一層屈氏體組織或小塊的局部脫碳層。但是因為其層較薄，打洛氏硬度僅比正常值低23HRC。3.5 3.5 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼基基本本性性能能 抗拉強度抗拉強度b ，11

38、501500MPa ； 屈服強度屈服強度s , 9501250 MPa ； 40% ；伸長率；伸長率，10% ； 沖擊韌度沖擊韌度AK60J 。 這些性能指標和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當，這些性能指標和中碳合金調(diào)質(zhì)鋼性能相當，常規(guī)的力學性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。常規(guī)的力學性能甚至優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼。 沒有獨立鋼類，有專門開發(fā)的低碳沒有獨立鋼類，有專門開發(fā)的低碳M鋼。鋼。 低碳結(jié)構鋼采用淬火低碳結(jié)構鋼采用淬火+低回工藝，可得到位低回工藝，可得到位錯板條錯板條M 強度、韌度和塑性的最佳配合強度、韌度和塑性的最佳配合1 成分工藝特點成分工藝特點 0.150.25%C，以保證淬火后獲得板以保證淬火后獲得板M + Cr、

39、Mo、Si、Mn、V等等 淬透性等性能淬透性等性能 15MnVB、20SiMn2MoV等是我國研制開發(fā)的等是我國研制開發(fā)的 零件斷面尺寸零件斷面尺寸，心部可，心部可能淬不透，能淬不透，綜合性能綜合性能 應根據(jù)零件的尺寸大小來應根據(jù)零件的尺寸大小來選擇相應淬透性的鋼選擇相應淬透性的鋼成成分分特特點點工工藝藝特特點點高溫加熱高溫加熱較長較長t保溫保溫高速冷卻高速冷卻2 2、低碳馬氏體結(jié)構鋼及應用、低碳馬氏體結(jié)構鋼及應用 應應用用 在礦山、汽車、石油、機車車輛、農(nóng)業(yè)機械等在礦山、汽車、石油、機車車輛、農(nóng)業(yè)機械等制造工業(yè)中得到了廣泛的應用制造工業(yè)中得到了廣泛的應用實實例例 石油鉆機吊環(huán)石油鉆機吊環(huán)(卡

40、卡) 20SiMn2MoV代代35鋼鋼 材料材料 工藝工藝 重量重量kg b /MPa AK /J 35 正火正火 137.4 550 5020SiMn2MoV 淬火淬火 29 1600 110120局局限限性性 工作溫度工作溫度200;強化后難以進行冷加工強化后難以進行冷加工焊接焊接等工序等工序; 只能用于中小件只能用于中小件;淬火時變形大淬火時變形大,要求嚴要求嚴格的零件慎用格的零件慎用. 吊卡實物外形吊卡實物外形3.6 表面強化態(tài)鋼表面強化態(tài)鋼 零件在滑動、滾動、接觸零件在滑動、滾動、接觸應力、摩擦等工況下工作應力、摩擦等工況下工作 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞是主要失效形式是主要失效形

41、式 表面應具有高硬度、高接表面應具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性，觸疲勞抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韌性而心部有一定塑韌性 滲碳鋼、滲氮滲碳鋼、滲氮鋼、感應加熱淬鋼、感應加熱淬火鋼等火鋼等 這類這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強韌過某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強韌性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等各種類型的齒輪各種類型的齒輪3.6.1合金滲碳鋼 滲碳鋼主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應力和沖擊載荷的重要零件，如汽車、拖拉機

42、的變速齒輪，內(nèi)燃機上凸輪軸、活塞銷等。一、滲碳鋼的服役條件及對性能要求一、滲碳鋼的服役條件及對性能要求在工作時零件整體受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用在工作時零件整體受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用，并且零件與零件表面之間還有相對的摩擦，并有高的接，并且零件與零件表面之間還有相對的摩擦，并有高的接觸應力。觸應力。這些零件對材料的機械性能要求：這些零件對材料的機械性能要求： （1 1） 表面具有高的彎曲、接觸疲勞強度和高硬度、高的耐表面具有高的彎曲、接觸疲勞強度和高硬度、高的耐磨性。磨性。（2 2） 心部具有足夠的韌性和強度。心部具有足夠的韌性和強度。（3 3）具有良好的熱處理工藝性能，如高

43、的淬透性和滲碳能）具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力，在高的滲碳溫度下，力，在高的滲碳溫度下，奧氏體奧氏體晶粒長大傾向小以便于滲晶粒長大傾向小以便于滲碳后直接淬火。碳后直接淬火。Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼二、滲碳鋼的化學成分特點二、滲碳鋼的化學成分特點 1 1 低碳低碳 一般在一般在0.12%-0.25%0.12%-0.25%。主要目的是為了保證心部有良好的。主要目的是為了保證心部有良好的韌性。韌性。 2 2 合金化合金化 主要合金元素主要合金元素 MnMn、CrCr、Ni;Ni; 輔助合金元素輔助合金元素 MoMo、 W W、SiS

44、i、V V、TiTi、B B等。等。 （1 1）提高鋼材的淬透性）提高鋼材的淬透性 (Mn(Mn、CrCr、Ni)Ni) ，從而提高心部的強，從而提高心部的強度和韌性。度和韌性。 V V、Ti Ti 、 MoMo、W W，碳化物碳化物形成形成元素元素，這些元素，這些元素通過形成穩(wěn)定的碳化物來細化奧氏體晶粒，同時還能提高通過形成穩(wěn)定的碳化物來細化奧氏體晶粒，同時還能提高滲碳層滲碳層的耐磨性。的耐磨性。 3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼（2 2）根據(jù)滲碳工藝）根據(jù)滲碳工藝 碳化物形成元素對滲碳的作用：碳化物形成元素對滲碳的作用：（a a）增大鋼表面吸收碳原子

45、的能力；）增大鋼表面吸收碳原子的能力；（b b）增大滲碳層表面碳濃度；）增大滲碳層表面碳濃度；（c c） V V、TiTi阻礙碳在奧氏體中的擴散。阻礙碳在奧氏體中的擴散。 前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，而后前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，而后一因素不利于滲碳層的加厚。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厚度總的效果是鉻、錳、鉬等元素加大滲碳層的厚度，鈦減小滲碳層的厚度。，鈦減小滲碳層的厚度。 Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1滲碳鋼滲碳鋼非碳化物形成元素對滲碳的作用與碳化物形成元素相反：非碳化物形成元素對滲碳的作用與碳化物形成

46、元素相反： 總的效果是鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于滲碳層的總的效果是鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚。加厚。 碳化物形成元素含量過多，將在滲碳層中產(chǎn)生許多塊狀碳碳化物形成元素含量過多，將在滲碳層中產(chǎn)生許多塊狀碳化物，造成表面脆性。所以合金元素的含量要適當?；?，造成表面脆性。所以合金元素的含量要適當。錳是一個較好的合金元素，既可以加速滲碳層增厚，又不錳是一個較好的合金元素，既可以加速滲碳層增厚，又不過多提高滲碳層的含碳量。過多提高滲碳層的含碳量。對于一般零件對于一般零件: :(1)(1)滲碳層的含碳量限制為滲碳層的含碳量限制為0.80.81.1%C1.1%C；(2)(2)滲碳層

47、的深度控制在滲碳層的深度控制在0.60.62.0mm2.0mm之內(nèi)。之內(nèi)。 Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼圖圖3-2 3-2 沿鋼的滲碳層深度，碳的濃度分布沿鋼的滲碳層深度，碳的濃度分布 1-1-碳鋼碳鋼 2-2-以碳化物元素合金化的鋼以碳化物元素合金化的鋼 3-3-以非碳化物元素合金化的鋼以非碳化物元素合金化的鋼 Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼925925滲碳時，合金元素對滲碳層深度的影響滲碳時，合金元素對滲碳層深度的影響 3.3.1 合金滲碳鋼合金滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼三、滲碳鋼的熱處理特點三、滲碳

48、鋼的熱處理特點3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為：熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為：下料下料鍛造鍛造正火正火機加工機加工滲碳滲碳淬火淬火+ +低溫回火低溫回火磨削。磨削。使用狀態(tài)下的組織為：使用狀態(tài)下的組織為：表面是高碳回火表面是高碳回火馬氏體馬氏體加顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體加顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體（硬度達（硬度達HRC58-62HRC58-62），心部是低碳回火馬氏體加），心部是低碳回火馬氏體加鐵素體鐵素體（淬（淬透）或鐵素體加透）或鐵素體加托氏體托氏體（未淬透）。（未淬透）。 1 1 預先熱處理預先

49、熱處理 合金滲碳鋼零件，在機械加工前的預先熱合金滲碳鋼零件，在機械加工前的預先熱處理通常分兩步進行。處理通常分兩步進行。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼第一步：正火第一步：正火退火（對退火（對P型鋼）型鋼）第二步：第二步：高溫回火（對高溫回火（對M型鋼）型鋼）Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼l正火的目的正火的目的是細化晶粒，減少組織中的帶狀程度是細化晶粒，減少組織中的帶狀程度并調(diào)整好硬度，便于機械加工。經(jīng)過正火后的鋼并調(diào)整好硬度，便于機械加工。經(jīng)過正火后的鋼材具有等軸狀晶粒。材具有等軸狀晶粒。 l對珠光體型鋼對珠光體型鋼通常用在通常用在800800左右的一次退火代左右的一次退火代替正火

50、，可得到相同的效果，即既細化晶粒又改替正火，可得到相同的效果，即既細化晶粒又改善切削加工性能；善切削加工性能； l對馬氏體型鋼對馬氏體型鋼，則必須在正火之后，再在，則必須在正火之后，再在Ac1Ac1以以下溫度進行高溫回火，以獲得回火索氏體組織，下溫度進行高溫回火，以獲得回火索氏體組織，這樣可使馬氏體型鋼的硬度由這樣可使馬氏體型鋼的硬度由380-550HB380-550HB降低到降低到207240HB207240HB，以順利地進行切削加工。，以順利地進行切削加工。 3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼2 2 最終熱處理最終熱處理 （1 1）滲碳）滲碳在機械加工

51、到只留有磨削余量時，進行在機械加工到只留有磨削余量時，進行滲碳處理滲碳處理。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼滲碳零件的滲碳過程大都是在滲碳零件的滲碳過程大都是在910910930930溫度進溫度進行的。行的。鋼表面的固溶碳極限是由奧氏體在滲碳溫度時對鋼表面的固溶碳極限是由奧氏體在滲碳溫度時對碳的飽和溶解度決定的。如超過碳在奧氏體中的碳的飽和溶解度決定的。如超過碳在奧氏體中的極限溶解度，在表面層中就會出現(xiàn)碳化物。極限溶解度，在表面層中就會出現(xiàn)碳化物。 滲碳擴散層的厚度決定于：滲碳擴散層的厚度決定于：（1 1）碳在奧氏體中的極限溶解度；）碳在奧氏體中的極限溶

52、解度；（2 2）碳在奧氏體中的擴散速度；）碳在奧氏體中的擴散速度； （3 3）擴散的時間。）擴散的時間。 Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1滲碳鋼滲碳鋼（2 2）淬火和低溫回火淬火和低溫回火。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼圖圖3-4 20CrMnTi鋼齒輪的熱處理規(guī)范鋼齒輪的熱處理規(guī)范采用這種工藝的采用這種工藝的零件通常只要求零件通常只要求表面高硬度和耐表面高硬度和耐磨性，而磨性，而對基體對基體性能要求不高。性能要求不高。 主要用于滲主要用于滲碳后不容易過熱碳后不容易過熱的鋼種。的鋼種。Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼淬火和低溫回火后的組織：淬火和低溫回火后的

53、組織： l零件的滲碳表面：高碳回火馬氏體加細小的碳化物零件的滲碳表面：高碳回火馬氏體加細小的碳化物，硬度高（，硬度高（60-62HRC60-62HRC），耐磨性高。），耐磨性高。 l零件的非滲碳表面和基體部分（心部）：零件的非滲碳表面和基體部分（心部）： u低碳回火馬氏體低碳回火馬氏體淬透性淬透性高高的鋼種；的鋼種； u低碳回火馬氏體加貝氏體低碳回火馬氏體加貝氏體（40-48HRC40-48HRC）淬透性淬透性中中等等的鋼種；的鋼種； u低碳回火屈氏體低碳回火屈氏體（25-40HRC25-40HRC）淬透性淬透性小小的鋼種。的鋼種。 l這些組織使零件具有更好的強硬度與韌塑性的配合這些組織使零件

54、具有更好的強硬度與韌塑性的配合，心部的沖擊韌性一般都高于，心部的沖擊韌性一般都高于700kJ/m700kJ/m2 2。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼u滲碳后先進行空冷（即正火處理）使組織細化滲碳后先進行空冷（即正火處理）使組織細化，而后再按滲碳后的表面成分進行淬火并低溫，而后再按滲碳后的表面成分進行淬火并低溫回火?；鼗?。u當要求表面高硬度、高耐磨性外，對基體性能當要求表面高硬度、高耐磨性外，對基體性能有較高要求時，有較高要求時，可采用這種工藝。可采用這種工藝。u主要用于滲碳后容易過

55、熱的鋼種主要用于滲碳后容易過熱的鋼種，如，如20Cr20Cr、20Mn220Mn2等。等。3.3.1滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼u滲碳空冷后，進行兩次淬火。滲碳空冷后，進行兩次淬火。當對零件表面和基體當對零件表面和基體性能的要求都很嚴格時，性能的要求都很嚴格時，可用這種工藝。可用這種工藝。 n第一次按鋼的基體成分加熱淬火第一次按鋼的基體成分加熱淬火，加熱溫度較高（，加熱溫度較高（870870左右），目的是細化心部組織并消除表面滲碳左右），目的是細化心部組織并消除表面滲碳層中的網(wǎng)狀滲碳體；層中的網(wǎng)狀滲碳體； n第二次按高碳鋼的成分進行（表面）淬火第二次按高碳鋼的成

56、分進行（表面）淬火，目的是，目的是使表面獲得細小的馬氏體加粒狀碳化物組織，以滿使表面獲得細小的馬氏體加粒狀碳化物組織，以滿足表面高性能的要求；足表面高性能的要求； n最后進行低溫回火最后進行低溫回火起消除應力、穩(wěn)定組織和穩(wěn)定尺起消除應力、穩(wěn)定組織和穩(wěn)定尺寸的作用。寸的作用。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼這類熱處理工藝主要用于航空發(fā)動機齒輪這類熱處理工藝主要用于航空發(fā)動機齒輪的熱處理。的熱處理。航空發(fā)動機齒輪航空發(fā)動機齒輪( (可達可達GB10095-88 4GB10095-88 4級級) )Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械

57、制造結(jié)構鋼四、典型滲碳鋼及其應用四、典型滲碳鋼及其應用 碳素滲碳鋼：碳素滲碳鋼：1515、2020合金滲碳鋼按淬透性的高低可分為：合金滲碳鋼按淬透性的高低可分為： （1 1）低淬透性合金滲碳鋼低淬透性合金滲碳鋼 20Cr20Cr、20Mn220Mn2等。等。 （2 2）中淬透性合金滲碳鋼中淬透性合金滲碳鋼 20CrMnTi20CrMnTi、20Mn2TiB20Mn2TiB、20MnVB20MnVB等。等。 （3 3）高淬透性合金滲碳鋼高淬透性合金滲碳鋼 12Cr2Ni4A12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo15CrMn2SiMo、 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni

58、4A20Cr2Ni4A等。等。3.3.1 滲碳鋼滲碳鋼Chapter 3 機械制造結(jié)構鋼機械制造結(jié)構鋼3.6.2 氮化鋼氮化鋼 服役條件服役條件： 有些零件工作時載荷不大，基本上無沖有些零件工作時載荷不大，基本上無沖 擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕，擊力；有摩擦，但比齒輪等零件的磨損要輕， 同時也受到交變的疲勞應力。這一類零件重同時也受到交變的疲勞應力。這一類零件重 要的要求是能保持高的精度。常采用氮化鋼要的要求是能保持高的精度。常采用氮化鋼 進行滲氮處理。進行滲氮處理。 氮化鋼（滲氮鋼）適合于氮化（或滲氮）工藝氮化鋼（滲氮鋼）適合于氮化（或滲氮）工藝的鋼種，稱氮化鋼或滲氮鋼。一般狹義

59、而言的鋼種，稱氮化鋼或滲氮鋼。一般狹義而言，是指專門為滲氮零件設計、冶煉、加工的，是指專門為滲氮零件設計、冶煉、加工的一種特殊鋼種。其典型代表為一種特殊鋼種。其典型代表為38CrMoAL38CrMoAL 合金元素對氮化層深度和表面硬度的影響合金元素對氮化層深度和表面硬度的影響 （550氮化氮化24h） 3.3.3 3.3.3 低淬透性鋼低淬透性鋼感應加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點有：感應加熱淬火與滲碳和氮化相比，特點有： 不改變表面化學成分，表面硬化而心部仍不改變表面化學成分，表面硬化而心部仍然保持較高的塑性和韌度；然保持較高的塑性和韌度； 表面局部加熱，零件的淬火變形??；表面局部加熱，零件的

60、淬火變形?。?加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象；加熱速度快，可消除表面脫碳和氧化現(xiàn)象； 在表面形成殘余壓應力，提高疲勞強度在表面形成殘余壓應力，提高疲勞強度。 與滲碳相比，感應加熱淬火工藝常用于輕負與滲碳相比，感應加熱淬火工藝常用于輕負荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其荷工件或需要局部淬硬的軸類零件，其耐磨性耐磨性和疲勞抗力不如滲碳工藝。和疲勞抗力不如滲碳工藝。 概念概念是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低是指淬透性比一般碳素鋼的淬透性還要低專門用于中、小模數(shù)（專門用于中、小模數(shù)（m=38）的齒輪）的齒輪應用應用特點特點得到沿著輪廓分布硬化層得到沿著輪廓分布硬化層 “仿形硬化仿形硬化” 感