第三章機(jī)器零件用鋼

1、第三章 機(jī)器零件用鋼 工程材料學(xué)n 機(jī)器零件用鋼是指用于制造各種機(jī)器零件所用的鋼種，如各種軸類零件、齒輪、彈簧和軸承等。機(jī)器零件在工作時(shí)承受拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、震動(dòng)、摩擦等力的作用，或幾種力同時(shí)作用，零件的截面上產(chǎn)生拉、壓、彎、抵、切等應(yīng)力。工程材料學(xué)3.1 機(jī)器零件用鋼的性能要求3.1 機(jī)械零件用鋼的性能要求一、力學(xué)性能要求較高的疲勞強(qiáng)度較高的斷裂抗力較高的耐磨性低的缺口敏感性機(jī)器零件承載著反復(fù)同向或交變的載荷作用機(jī)器零件承載著短時(shí)超負(fù)荷作用，強(qiáng)度要求高機(jī)器零件相互間存在相互滑動(dòng)或滾動(dòng)機(jī)器零件形狀復(fù)雜，存在臺(tái)階、鍵槽、油孔工程材料學(xué) 通常機(jī)器零件的生產(chǎn)工藝是：型材改鍛毛坯熱處理切削

2、加工最終熱處理磨削等。其中以切削加工性能和熱處理工藝性能為機(jī)器零件用鋼的主要工藝性能。但對(duì)鋼材的其他工藝性能(如冶煉性能、澆注性能、可鍛性能等)也有一定的要求。二、工藝性能要求工程材料學(xué) 按用途 C的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 回火溫度三、機(jī)器零件用鋼的分類調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼C0.2、0.40.6、1.0低溫回火鋼、中溫回火鋼、高溫回火鋼3.1 機(jī)械零件用鋼的分類工程材料學(xué)3.2 調(diào)質(zhì)鋼 b(MPa)0.2(MPa)(%)(%)k(J/cm2)Tk()800-1100700-10009-1545-5560-120-40 通常將經(jīng)過淬火和高溫回火(即調(diào)質(zhì)處理)處理而使用的結(jié)構(gòu)鋼稱

3、為調(diào)質(zhì)鋼。調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)鋼是應(yīng)用最廣的機(jī)器零件用鋼，約占機(jī)械行業(yè)中機(jī)器零件用鋼的30。近來有很多調(diào)質(zhì)鋼采用等溫淬火處理，獲得優(yōu)良的機(jī)械性能。此外，根據(jù)不同的技術(shù)要求，還可施以正火、表面淬火+低溫回火和化學(xué)熱處理等處理工藝。3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué) 許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件如機(jī)床主軸、汽車拖拉機(jī)的后橋半軸、柴油發(fā)電機(jī)曲軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓等，都是在多種應(yīng)力負(fù)荷作用下工作的，受力情況比較復(fù)雜。對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的性能提出如下要求：高的屈服強(qiáng)度和疲勞極限、良好的沖擊韌性和塑性、軸的表面和局部要有一定的耐磨性、以及斷裂韌性和疲勞性能。一、調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及性能要求 工程材料學(xué)曲軸曲軸 引

4、擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后， 可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué)二、調(diào)質(zhì)鋼的組織特點(diǎn) 調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學(xué)性能的原因與其在使用狀態(tài)下組織為中碳回火索氏體有關(guān)。具有以下特點(diǎn)： (1)強(qiáng)化相為彌散均勻分布的粒狀碳化物，可以保證有較高的塑變抗力和疲勞強(qiáng)度。 (2)組織均勻性好，減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。 (3)作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的，其晶粒細(xì)小，使鋼的冷脆傾向性大大減小。 3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué)二、調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分 調(diào)質(zhì)鋼在化學(xué)成分上的主要特點(diǎn)是中碳(w(C)=0.30.5)，合金元素有Mn、

5、Cr、Si、Ni及B等。這些元素單獨(dú)加入或復(fù)合加入可以提高鋼的淬透性，并保證機(jī)械零件整體具有良好綜合力學(xué)性能。3.2 調(diào)質(zhì)鋼車床主軸車床主軸工程材料學(xué) 輔加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素，它們一般不單獨(dú)加入，而是加在含有主加元素的鋼中，且含量較少。主要作用是細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和鋼的強(qiáng)韌性。調(diào)質(zhì)鋼的回火溫度正好處于第二類回火脆的溫度范圍，加入W、Mo元素可以抑制回火脆性。調(diào)質(zhì)鋼一般用以制作大的結(jié)構(gòu)件，所以淬透性至關(guān)重要。3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué)四、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 3.2 調(diào)質(zhì)鋼1. 預(yù)備熱處理改善切削加工性以及改善因軋、鍛不適當(dāng)而造成的晶粒粗大和帶狀組織 對(duì)于合金元素含量較低的調(diào)

6、質(zhì)鋼可進(jìn)行正火或退火處理。 對(duì)于合金元素含量較高的調(diào)質(zhì)鋼，因正火后可得到馬氏體組織，尚需正火后再在Ac1以下溫度進(jìn)行高溫回火，使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w，降低硬度，便于切削加工。2. 最終熱處理粒狀珠光體層片狀珠光體工程材料學(xué)3.2 調(diào)質(zhì)鋼1. 預(yù)備熱處理2. 最終熱處理調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。 調(diào)質(zhì)鋼的最終性能取決于回火溫度的選擇。當(dāng)要求高塑性、高韌性及一定的強(qiáng)度時(shí)，采用500-600回火，即調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織。如零件還要求表面有良好耐磨性時(shí)，則再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理如氮化處理。 當(dāng)零件要求較高的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性時(shí)，采用200-250回火，以獲得回火馬氏體組織，

7、或采用450左右回火，以獲得屈氏體組織。工程材料學(xué) 在小能量多次沖擊條件下工作的零件，即高周疲勞時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低回火溫度，以發(fā)揮材料的強(qiáng)度潛力；只有對(duì)于大能量沖擊條件下的零件即低周疲勞時(shí)才適宜采用較高的回火溫度，以保證有足夠的塑性和韌性。 3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué)五、常用調(diào)質(zhì)鋼 3.2 調(diào)質(zhì)鋼低淬透性調(diào)質(zhì)鋼 如40、45淬火臨界直徑為8-17 mm，而45MnV、40Cr、38CrSi、40CrV、40MnVB鋼等油淬臨界淬火直徑為30-40 mm； 中淬透性調(diào)質(zhì)鋼 油淬臨界淬火直徑為40-60 mm，如40CrMn、40CrNi、35CrMo、30CrMnSi等鋼； 高淬透性調(diào)質(zhì)鋼 油淬臨界淬

8、火直徑大于60-100 mm，如40CrNiMo、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA鋼等 。工程材料學(xué)類別牌號(hào)化學(xué)成分 w/%熱處理力學(xué)性能用途舉例CSiMnCr其他淬火溫度/回火溫度/b/MPaS/MPa5/%/%Ak/J不小于低淬透性40Cr0.370.440.170.370.500.800.801.10850油520水、油98078594547 重要的齒輪、軸、曲軸、套筒、連桿40Mn2 0.370.440.170.371.401.80840油540水、油885735124555 軸、半軸、渦桿、連桿等40MnB0.370.440.170.371.101.40B：0.00050.00

9、35850油500水、油980785104547 可代替40Cr作小截面重要零件，如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸、渦桿、花鍵軸40MnVB0.370.440.170.371.101.40B：0.00050.0035V：0.050.10850油520水、油980785104547 可代替40Cr作柴油機(jī)缸頭螺栓、機(jī)床齒輪、花鍵軸等中淬透性35CrMo0.320.400.170.370.400.700.801.10Mo：0.150.25850油550水、油980835124563 用作截面不大而要求力學(xué)性能高的重要零件，如主軸、曲軸、錘桿等30CrMnSi0.270.340.901.200.801.100.8

10、01.10880油520水、油1080 885104539 用作截面不大而要求力學(xué)性能高的重要零件，如齒輪、軸、軸套等40CrNi0.370.440.170.370.500.800.450.75Ni：1.001.40820油500水、油980785104555 用作截面較大、要求力學(xué)性能較高的零件，如軸、連桿、齒輪軸等38CrMoAl0.350.420.200.450.300.601.351.65Mo：0.150.25Al：0.701.10940水、油640水、油980835145071 氮化零件專用鋼，用作磨床、自動(dòng)車床主軸、精密絲杠、精密齒輪等高淬透性40CrMnMo0.370.450.1

11、70.370.901.200.901.20Mo：0.200.30850油6000水、油980785104563 截面較大，要求強(qiáng)度高、韌性好的重要零件，如汽輪機(jī)軸、曲軸等40CrNiMo0.370.440.170.370.500.800.600.90Mo：0.150.25Ni：1.251.65850油600水、油980835124578 截面較大，要求強(qiáng)度高、韌性好的重要零件，如汽輪機(jī)軸、葉片曲軸等25Cr2Ni4WA0.210.280.170.370.300.601.351.65W：0.801.20Ni：4.004.50850油550水、油1080 930114571 200mm以下，要求淬

12、透的大截面重要零件 注：試樣尺寸25mm；38CrMoAl鋼試樣尺寸為30mm。 常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、化學(xué)程分、熱處理、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T 3077-1999） 3.2 調(diào)質(zhì)鋼工程材料學(xué)調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后使用的鋼種。調(diào)質(zhì)后使用的鋼種。 1 1、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn)中碳中碳(0.3-0.5%C)(0.3-0.5%C)，合金元素作用為：，合金元素作用為： 提高淬透性：提高淬透性：MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B 強(qiáng)化鐵素體：強(qiáng)化鐵素體：MnMn、SiSi、CrCr、NiNi 細(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒：TiTi、V V 防止第二類回火脆性：防止第二類回火脆性：W W、Mo Mo 2

13、 2、性能：良好的綜合力學(xué)性能。、性能：良好的綜合力學(xué)性能。3 3、常用鋼號(hào)及用途、常用鋼號(hào)及用途 常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為4545、40Cr40Cr、40CrNi40CrNi。用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。制造大截面重載荷零件，如零件。制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的曲軸等用高淬透性的40CrNiMo40CrNiMo等等 。3.2 調(diào)質(zhì)鋼-小結(jié)柴油機(jī)凸輪軸柴油機(jī)凸輪軸工程材料學(xué)3.3 彈簧鋼 在機(jī)械產(chǎn)品中，彈簧是重要的基礎(chǔ)零部件之一，在各種機(jī)械產(chǎn)品中都少不了各種各樣的彈簧，按其使用場(chǎng)合和結(jié)構(gòu)外形的不同，可分為板彈簧和螺旋彈簧兩大類。用以制造彈簧或制造

14、類似彈簧性能的零件的鋼種稱為彈簧鋼。 彈簧在外力作用下發(fā)生彈性變形以吸收能量；外力去除后，彈性變形又恢復(fù)放出能量，從而保證彈簧本身不受損害?？梢?，彈簧也是在交變載荷下工作，其破壞形式是疲勞斷裂和由于塑性變形而失去彈簧作用。3.3 彈簧鋼工程材料學(xué)工程材料學(xué)根據(jù)以上工作要求，彈簧應(yīng)具有如下性能： (1)高的彈性極限、屈服極限和高的屈強(qiáng)比，以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力，并能承受大的載荷。 (2)高的疲勞極限，以保證彈簧在長期的振動(dòng)和交變應(yīng)力作用下不產(chǎn)生疲勞破壞。 (3)為了滿足成型的需要和可能承受的沖擊載荷，彈簧應(yīng)具有一定的塑性和韌性。k20即可，而對(duì)ak不做明確要求。一、彈簧的工作條件與性能

15、要求 3.3 彈簧鋼工程材料學(xué)彈簧的性能以強(qiáng)度要求為主，由此便決定了彈簧鋼在化學(xué)成分和熱處理工藝上有如下特點(diǎn)： (1)彈簧鋼的化學(xué)成分： 彈簧鋼中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，以保證高的彈性極限與疲勞極限。一般碳素彈簧鋼的w(c)=0.8-0.9，合金彈簧鋼的w(C)=0.5-0.7。3.3 彈簧鋼二、彈簧鋼的特點(diǎn)和常用鋼種工程材料學(xué)加入Si、Mn。Si和Mn是彈簧鋼中經(jīng)常應(yīng)用的合金元素，目的是提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體(Si、Mn固溶強(qiáng)化效果最好)、提高鋼的回火穩(wěn)定性，使其在相同回火溫度下具有較高的硬度和強(qiáng)度。其中Si的作用最大，但Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大時(shí)有石墨化傾向，且在加熱時(shí)使鋼易于脫碳。Mn能增加鋼過熱敏感

16、性，也應(yīng)加以注意。加入Cr、W、V。為了克服硅錳鋼的不足，加入碳化物形成元素，它們可以防止鋼的過熱和脫碳，提高淬透性(主要是Cr)，W、V可細(xì)化晶粒，并保證鋼在高溫下仍具有較高的彈性極限和屈服極限。3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) (2)最終熱處理采用淬火加中溫回火，回火溫度一般在350450，為回火屈氏體組織，其目的是為了追求高的彈性極限和疲勞極限。 (3)要求有較高的冶金質(zhì)量，以防鋼中夾雜物引起應(yīng)力集中而成為疲勞裂紋源，故指標(biāo)中規(guī)定彈簧鋼為優(yōu)質(zhì)鋼。 (4)對(duì)鋼材表面質(zhì)量有嚴(yán)格要求，防止表面有脫碳、裂紋、折疊、斑疤、氣泡、夾雜和壓入的氧化皮等引起應(yīng)力集中，降低鋼的疲勞極限。3.3 彈簧鋼工程材料學(xué)

17、對(duì)于小型彈簧，如絲徑小于8mm以下的螺旋彈簧或彈簧鋼帶等，可以在熱處理強(qiáng)化或冷變形強(qiáng)化后成型，即用冷拔鋼絲冷卷成型。冷拔鋼絲具有高的強(qiáng)度，這是利用冷拔變形使鋼產(chǎn)生加工硬化而獲得的。冷拔彈簧鋼絲按其強(qiáng)化工藝不同可分為三種情況：三、彈簧鋼的熱處理1冷成型彈簧的熱處理3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) (1)鉛浴等溫淬火冷拔鋼絲。即將盤條先冷拔到一定尺寸，再加熱到Ac3+80-100奧氏體化后，在450-550鉛浴中等溫以得到細(xì)片狀珠光體組織，然后多次冷拔至所需要直徑。通過調(diào)整鋼中含碳量和冷拔形變量(形變量可高達(dá)85-90)，以得到高強(qiáng)度和一定塑性的彈簧鋼絲。這種鉛淬拔絲處理實(shí)質(zhì)上是一種形變熱處理，即珠光體相

18、變后形變，可使鋼絲強(qiáng)度達(dá)到3000 MPa左右。 3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) (2)冷拔鋼絲。這種鋼絲主要是通過冷拔變形而得到強(qiáng)化，但與鉛淬冷拔鋼絲不同，它是通過在冷拔工序中間加入一道約680中間退火而改善塑性，使鋼絲得以繼續(xù)冷拔到所需最終尺寸，其強(qiáng)度比鉛淬冷拔鋼絲強(qiáng)度低。 (3)淬火回火鋼絲：這種鋼絲是在冷拔到最終尺寸后，再經(jīng)淬火加中溫回火強(qiáng)化，最后冷卷成型的。此種強(qiáng)化方式的缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，而強(qiáng)度比鉛淬冷拔鋼絲低。 3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) 經(jīng)上述三種方式強(qiáng)化的鋼絲在冷卷成型后必加一道低溫回火工藝，其回火溫度為250-3001h。低溫回火的目的是消除應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸，并提高彈性極限。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)

19、已經(jīng)過強(qiáng)化處理的鋼絲在冷卷成型后彈性極限往往并不高，這是因?yàn)槔渚沓尚蛯⑹挂讋?dòng)位錯(cuò)數(shù)量增多，且由于包申格效應(yīng)引起起始塑變抗力降低。因此在冷卷成型后必須進(jìn)行一次低溫回火，以造成多邊化過程，提高彈性極限。3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) 熱成型彈簧一般是將淬火加熱與熱成型結(jié)合起來，即加熱溫度略高于淬火溫度，加熱后進(jìn)行熱卷成型，然后利用余熱淬火，最后進(jìn)行350-450的中溫回火，從而獲得回火屈氏體組織。這是一種形變熱處理工藝，可有效地提高彈簧的彈性極限和疲勞壽命。 一般汽車上大型板彈簧均采用此方法。對(duì)于中型螺旋彈簧也可以在冷態(tài)下成型，而后進(jìn)行淬火和回火處理。2.熱成型彈簧的熱處理工程材料學(xué)類別牌號(hào)化學(xué)成分 w

20、/%熱處理力學(xué)性能用途舉例CSiMnCrNiCuPS其他淬火溫度/回火溫度/S/MPab/MPa5/%10/%/J不小于不小于硅錳系55Si2Mn0.520.601.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035870油480 11771275630 有較好的淬透性，較高的彈性極限、屈服點(diǎn)和疲勞極限，廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、鐵道車輛的彈簧、卷止回閥和安全彈簧，并可作250以下使用的耐熱彈簧55Si2MnB0.520.601.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035B：0.0050.004870油480 117712756306

21、0Si2Mn0.560.641.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035V：0.080.16B：0.00050.0035870油480 1177127552555SiMnVB0.520.600.701.001.001.300.350.35 0.25 0.035 0.035860油460 12261373530硅鉻系60Si2CrA0.560.641.401.800.400.700.701.000.35 0.25 0.030 0.030 V：0.100.20870油420 15691765 620 用作承受重載荷和重要的大型螺旋彈簧和板簧，如汽輪機(jī)汽封彈簧、

22、調(diào)節(jié)閥和冷凝器彈簧等，并可作300以下的耐熱彈簧60Si2CrVA0.560.641.401.800.400.700.901.200.35 0.25 0.030 0.030850油410 16671863 620鉻錳系55CrMnA0.520.600.170.370.650.950.650.950.35 0.25 0.030 0.030830860油460-510r0.210791226 920用作載荷較重、應(yīng)力較大的載重汽車、拖拉機(jī)和小轎車的板簧和直徑較大（50mm）的螺旋彈簧60CrMnA0.560.640.170.370.701.000.701.000.35 0.25 0.030 0.0

23、30830860油460-520r0.210791226 920鉻釩系50CrVA0.460.640.170.370.500.800.801.100.35 0.25 0.030 0.030 V：0.100.20850油500 11281275 1040 用作特別重要的，承受大應(yīng)力的各種尺寸的螺旋彈簧，并可作400以下工作的耐熱彈簧30W4Cr2VA0.260.340.170.370.402.002.500.35 0.25 0.030 0.030V：0.500.80W：4.004.5010501100油600 13241471 740 用作高溫（500）下使用的重要彈簧，如鍋爐主安全閥彈簧等常用

24、合金彈簧鋼的牌號(hào)、化學(xué)程分、熱處理、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T 1222-1984） 3.3 彈簧鋼工程材料學(xué)彈簧鋼彈簧鋼制造彈簧或類似性能零件的鋼種。制造彈簧或類似性能零件的鋼種。1 1、性能要求、性能要求 ( (彈簧是儲(chǔ)存能量或緩和沖擊的零件彈簧是儲(chǔ)存能量或緩和沖擊的零件) )高的高的s s、s s/b b、-1-1；足夠的韌性；足夠的韌性2 2、成分特點(diǎn)：中高碳、成分特點(diǎn)：中高碳碳素彈簧鋼為碳素彈簧鋼為0.6-0.9%C0.6-0.9%C；合金彈簧鋼為；合金彈簧鋼為0.45-0.7%C0.45-0.7%C3 3、合金元素作用：、合金元素作用： 提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體：提高淬透性、強(qiáng)化鐵

25、素體：MnMn、SiSi、CrCr 提高提高 s s/ / b b：SiSi 細(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒：V V4 4、常用鋼號(hào)及用途、常用鋼號(hào)及用途常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn用于制造較大截面彈簧。用于制造較大截面彈簧。 制造大截面、大載荷、耐制造大截面、大載荷、耐熱的彈簧用熱的彈簧用50CrV 50CrV 。 汽車板簧汽車板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧3.3 彈簧鋼工程材料學(xué) 3.4 滲碳鋼 n某些機(jī)械零件，如汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷和部分量具等，根據(jù)服役條件，要求表面耐磨、耐接觸疲勞破壞及有一定沖擊韌性。對(duì)于這種類型的零件，通常只要求

26、表面強(qiáng)化，而對(duì)心部沒有過多的要求。3.3 滲碳鋼工程材料學(xué)n對(duì)零件采用表面強(qiáng)化的方法有：感應(yīng)加熱表面淬火、滲碳或碳氮共滲、滲氮以及表面冷塑性變形(如噴丸、輾壓)等。其中除表面冷塑性變形強(qiáng)化方法外，其余三種強(qiáng)化法都屬于熱處理過程，都有相對(duì)適用的鋼種。如感應(yīng)加熱表面淬火用鋼、滲碳鋼、碳氮共滲鋼、氮化鋼等，統(tǒng)稱為表面強(qiáng)化零件用鋼。 3.3 滲碳鋼工程材料學(xué) 一、滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能要求齒輪為例潘存云教授研制失效形式失效形式輪齒折斷輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴(yán)重過載突然斷裂、疲勞折斷。齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞齒面接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化當(dāng)超過疲勞極限時(shí)，表面產(chǎn)生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴(kuò)展、微粒剝落

27、。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效。齒面膠合齒面膠合高速重載傳動(dòng)中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當(dāng)齒面向?qū)瑒?dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋。齒面塑性變形齒面塑性變形表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷3.3 滲碳鋼工程材料學(xué) 齒輪用鋼不但應(yīng)有高的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而且還應(yīng)有較高的塑性和韌性。滲碳鋼性能要求工程材料學(xué) 用低碳(合金)鋼滲碳(或碳氮共滲)后進(jìn)行淬火加低溫回火處理，即可達(dá)到目的。經(jīng)滲碳處理后表層w(C)0.8，淬火并低溫回火，其組織為回火馬氏體和粒狀碳化物及一定的

28、殘余奧氏體。 它具有高硬度(HRC58-62)、高耐磨性和高接觸疲勞強(qiáng)度；齒輪心部仍為低碳鋼，其組織為低碳回火馬氏體(全部淬透)或部分鐵素體加屈氏體(未淬透)，其硬度可達(dá)38-42 HRC；大多數(shù)情況下心部組織為回火馬氏體、屈氏體和少量鐵索體的混合組織硬度在25-40 HRC，心部沖擊韌性一般高于70J/cm2。工程材料學(xué) 表層、心部C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同導(dǎo)致淬火時(shí)，在表面形成極為有利的殘余壓應(yīng)力，這將顯著提高鋼的彎曲疲勞強(qiáng)度。通過滲碳提高表層C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以看成是一種合金化強(qiáng)化方式，而滲碳后的淬火，則為熱處理強(qiáng)化。3.3 滲碳鋼滲碳鋼性能要求工程材料學(xué) 滲碳鋼的表層、心部的成分組織和性能有很大的

29、差異。這種使用狀態(tài)實(shí)際上巧妙地制成了一種天然復(fù)合鋼，即表層高碳鋼、心部低碳鋼。 滲碳鋼的發(fā)展思路是： 低碳鋼+滲碳工藝+淬火+低溫回火。箱式氣體滲碳爐井式氣體滲碳爐3.3 滲碳鋼工程材料學(xué)通常認(rèn)為，滲碳件心部的w(c)=0.10-0.20范圍內(nèi)，低的含碳量的目的是為了保證心部有良好的韌性。低滲碳鋼心部的含碳量卻易于使硬化層剝落，目前總的趨向是將滲碳鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到0.25左右。如對(duì)韌性要求較低時(shí)，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可提高至0.3-0.4，但要適當(dāng)采取減薄滲層深度等工藝措施。例如，有的吉普車齒輪用40Cr鋼制造，滲層深度減至0.5 mm左右，否則易于斷齒?？傊?，滲鋼心部的w(C)=0.1-0.

30、25，而表層C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.8。 二、滲碳鋼的化學(xué)成分 1鋼材的含碳量 3.3 滲碳鋼工程材料學(xué) 2鋼材的淬透性 滲碳件心部的硬度和強(qiáng)度取決于鋼材的含碳量和淬透性兩方面的因素。鋼材的含碳量決定著心部馬氏體的硬度，而心部是否易于得到馬氏體組織又取決于鋼材的淬透性。 3.3 滲碳鋼 滲碳鋼的淬透性是通過加入合金元素來保證的，為了提高鋼的淬透性，常在鋼中加入Cr、Mo、Ni、W、Mn、Si、B等元素。特別是B提高淬透性效果很好，因而在我國汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中已得到應(yīng)用。工程材料學(xué)3表層碳化物的形態(tài) 滲碳層中所形成的碳化物呈網(wǎng)狀，則滲層的脆性加大，易于脫落；而碳化物呈粒狀時(shí)，即使在表面C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

31、大于2-3的情況下，韌性也不至于有很大的下降，且耐磨性與接觸疲勞性能得到大大的改善。中等碳化物形成元素如Cr的影響較為有利，易使碳化物呈粒狀分布；而強(qiáng)碳化物形成元素如W、Mo、V以及非碳化物形成元素如Si等，則易使碳化物呈長條狀或網(wǎng)狀分布。 3.3 滲碳鋼工程材料學(xué) 4合金元素對(duì)滲碳鋼工藝性能的影響 合金元素對(duì)滲碳鋼的影響，還表現(xiàn)在影響滲碳速度、滲層深度和表層碳濃度上。一般說來，碳化物形成元素如Cr、Mo、w、Ti、V、Mn等都促使表層含碳量增多；而非碳化物形成元素如Si、Ni、Co、Al等，都減少表層碳濃度。同時(shí)，提高表層碳濃度的元素通常又增加滲層的深度與滲入速度，而減少表層碳濃度的元素，則

32、相應(yīng)降低滲層深度，并減慢滲入速度。 3.3 滲碳鋼工程材料學(xué) 就熱處理工藝而言，通常要求滲碳后直接降溫淬火。但眾所周知，滲碳溫度高達(dá)930，為了阻止奧氏體晶粒長大，滲碳鋼應(yīng)是用鋁脫氧的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。Mn在鋼中有促進(jìn)奧氏體晶粒長大的傾向，所以，在含錳的滲碳鋼中常加入少量V、Ti、Mo等來阻止奧氏體晶粒的長大。3.3 滲碳鋼工程材料學(xué)三、滲碳鋼的熱處理特點(diǎn) 滲碳只是改變表層的含碳量，而隨后的淬火、回火工藝才賦予鋼以最終的力學(xué)性能。滲碳鋼的熱處理一般是滲碳后直接淬火加低溫回火。但根據(jù)滲碳鋼化學(xué)成分的差異，常用的熱處理方法有： (1)合金元素含量較低，但又不易過熱的鋼，如20CrMnTi鋼，滲碳后預(yù)冷

33、直接淬火及低溫回火。 (2)滲碳時(shí)易過熱的碳鋼及低合金鋼，如固體滲碳后的零件，一般采用滲碳后緩冷至室溫，重新加熱淬火并低溫回火。 (3)合金元素含量較高的中合金鋼及對(duì)性能要求較高的鋼，一般采用滲碳后緩冷至室溫，重新加熱二次淬火及低溫回火。工程材料學(xué)四、常用的滲碳鋼 (1)低強(qiáng)度滲碳鋼。其強(qiáng)度級(jí)別抗拉強(qiáng)度在800 MPa以下，又常稱低淬透性滲碳鋼。常用鋼號(hào)有15、20、20Mn2、20MnV、15Cr等。適用于對(duì)心部要求不高的小型滲碳件，如套筒、鏈條等。 (2)中強(qiáng)度滲碳鋼。其強(qiáng)度級(jí)別抗拉強(qiáng)度在800-1200 MPa范圍內(nèi)，又常稱為中淬透性滲碳鋼。常用鋼號(hào)有20CrMnTi、20MnVB、20

34、Mn2TiB、20SiMnVB等。這類鋼的心部強(qiáng)度和淬透性較高，可用于制造中等強(qiáng)度較為重要的滲碳件，如汽車、拖拉機(jī)齒輪等。 3.3 滲碳鋼工程材料學(xué)(3)高強(qiáng)度滲碳鋼。其強(qiáng)度級(jí)別在1200 MPa以上，又常稱為高淬透性滲碳鋼。 常用鋼號(hào)有20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo等。由于具有高淬透性和高的心部強(qiáng)度，可用以制造截面較大的重負(fù)荷滲碳件，如坦克齒輪、飛機(jī)齒輪等。工程材料學(xué)類別牌號(hào)化學(xué)成分 w/%試樣尺寸mm熱處理力學(xué)性能用途舉例CSiMnCrNiV其他 第一次淬火溫度/第二次淬火溫度/回火溫度/b/MPaS/MPa5/%Ak/J不小于低淬透性15Cr0.120.

35、180.170.370.400.700.701.0015880水、油780720水、油200水、空735 4901155 截面不大，心部韌性較高的受磨損零件，如齒輪、活塞、活塞環(huán)、小軸、聯(lián)軸節(jié)等20Cr 0.180.240.170.370.500.800.701.0015880水、油780720水、油200水、空835 5401047 心部要求強(qiáng)度要求較高的小截面受磨損零件，如機(jī)床齒輪、渦桿、活塞環(huán)、凸輪軸等。20MnV0.170.240.170.371.301.600.070.1215880水、油200水、空785 5901055 凸輪、活塞銷等中淬透性20Mn2 0.170.240.170

36、.371.401.8015850水、油200水、空785 5901147 代替20Cr（以節(jié)約鉻元素），作小齒輪、小軸、活塞銷、氣門頂桿等20CrNi30.170.240.170.370.300.600.600.902.753.1525830水、油480水、空930 7351078承受重載荷的齒輪、凸輪、機(jī)床主軸、傳動(dòng)軸等20CrMnTi0.170.230.170.370.801.101.001.30Ti：0.040.1015880水、油870油200水、空10808501055截面30mm2 以下，高速，承受中或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如汽車齒輪、齒輪軸、十字頭、凸輪等20CrMnMo

37、0.170.230.170.370.901.201.101.40Mo：0.200.3015850水、油200水、空11808851055要求表面高硬度和耐磨的重要滲碳件，如大型拖拉機(jī)主齒輪、活塞銷、球頭銷，鉆機(jī)的牙輪、鉆頭等20MnVB0.170.230.170.371.201.600.070.12B：0.00050.003515860水、油200水、空10808851055 代替20CrMnTi，作汽車齒輪、重型機(jī)床上的軸、齒輪等高淬透性20Cr2Ni40.170.230.170.370.300.601.251.653.253.6515880水、油780油200水、空118010801063

38、 大截面重要滲碳件，如大齒輪、軸、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪等18Cr2Ni4WA0.130.190.170.370.300.601.351.654.004.50W：0.801.2015950水、油850空200水、空11808351078 大截面、高強(qiáng)度、高韌性的重要滲碳件，如大齒輪、傳動(dòng)軸、曲軸等常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、化學(xué)程分、熱處理、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T 3077-1999） 工程材料學(xué)滲碳鋼滲碳鋼制造滲碳零件的鋼種制造滲碳零件的鋼種1、性能要求：、性能要求： 表硬里韌表硬里韌 良好淬透性和滲碳能力。良好淬透性和滲碳能力。2、成分特點(diǎn)：、成分特點(diǎn)：低碳低碳(0.1-0.25%C), 加加Cr

39、、Mn、Ni、B等元素等元素 Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性：提高淬透性 Cr、Mn、Ni ：強(qiáng)化鐵素體：強(qiáng)化鐵素體 W、Mo、Ti、V ：細(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒3 3、常用鋼號(hào)及用途、常用鋼號(hào)及用途低淬透性鋼低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的。用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。軸等。中淬透性鋼中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA。用于大載。用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。 柴油機(jī)曲軸柴油機(jī)曲軸活塞銷活塞銷(

40、20Cr)柴油機(jī)凸輪軸柴油機(jī)凸輪軸3.3 滲碳鋼工程材料學(xué)3.5 滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承是一種重要的基礎(chǔ)零件，其作用主要在于支撐軸徑。滾動(dòng)軸承由內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體(滾珠、滾輪、滾針)和保持架四部分組成。滾動(dòng)體內(nèi)套外套保持架除保持架常用低碳鋼(08鋼)薄板沖制外，內(nèi)套、外套和滾動(dòng)體則均用軸承鋼制成。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 軸承鋼還廣泛用于制造各類工具和耐磨零件，如精密量具、冷變形模具、絲杠、冷軋輥和高強(qiáng)度的軸類等。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)一、滾動(dòng)軸承的工作條件及性能要求 1滾動(dòng)軸承的工作條件 內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間接觸面上承受極大的壓應(yīng)力和交變載荷；強(qiáng)烈的摩擦磨損，甚至產(chǎn)生大量的摩擦熱；特

41、殊條件下工作的軸承，常與大氣、水蒸氣及腐蝕介質(zhì)相接觸，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) (1)高的彈性極限、抗拉強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度； (2)高的淬硬性和必要的淬透性，保證高耐磨性，其硬度為61-65HRC； (3)一定的沖擊韌性； (4)良好的尺寸穩(wěn)定性(或組織穩(wěn)定性)，這對(duì)精密軸承特別重要； (5)在和大氣或潤滑油接觸時(shí)要能抵抗化學(xué)腐蝕。 2滾動(dòng)軸承鋼的性能要求3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)二、滾動(dòng)軸承鋼的化學(xué)成分 軸承鋼含碳量高，屬于過共析鋼。高碳可以保證鋼有高的硬度和耐磨性。軸承鋼的W(C)：0.95-1.15。1高碳 2加入Cr、Mn、Si等合金元素 Cr是軸承鋼中最主要的合金

42、元素，其作用是：Cr可提高鋼的淬透性；鋼中部分Cr可溶于滲碳體，形成穩(wěn)定的合金滲碳體(FeCr)3C，可減少過熱傾向，得到較細(xì)的組織；細(xì)小均勻分布碳化物，既可提高鋼的回火穩(wěn)定性，又可提高鋼的硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度；Cr還可以提高鋼的耐腐蝕性能。 Mn、Si提高淬透性。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 3高的冶金質(zhì)量 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，所以非金屬夾雜物對(duì)鋼的使用壽命有很大影響。危害性最大的是氧化物，其次是硅酸鹽，它們的多少主要取決于冶金質(zhì)量和鑄造工藝。因此，在冶煉和澆鑄時(shí)必須嚴(yán)格控制非金屬夾雜物的數(shù)量。通常w(S)0.02、w(P)0.02。3.5 滾

43、動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)三、滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)及其熱處理 應(yīng)用最廣的是GCr15鋼，約占軸承用鋼的90左右。國外所用軸承鋼的成分，大體與GCr15鋼相同。 3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 1軸承鋼的種類 軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械和其他一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的軸承，要求表面硬度高、耐磨性好，高的接觸疲勞強(qiáng)度，心部有一定的韌性、強(qiáng)度和硬度，選用滲碳鋼。常用的鋼號(hào)有20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，經(jīng)滲碳淬火低溫回火處理。 3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 250以上(航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承有的達(dá)380)的軸承，由于溫度高，使材料的硬度、耐磨性等性能顯著下降，此

44、時(shí)必須采用高溫軸承鋼。我國已試驗(yàn)和使用的高溫軸承鋼有Cr4Mo4V、W6Mo5Cr4V2、Crl4Mo4V、9Cr18Mo等。 3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 石油機(jī)械、造船工業(yè)及食品工業(yè)中的軸承常在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中工作，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此需要采用不銹鋼制造軸承，如9Cr18及9C18Mo鋼等。 3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)2. GCr15軸承鋼的熱處理 軸承鋼一般要經(jīng)過球化退火處理和淬火加低溫回火處理，球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，同時(shí)獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體，為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備。 軸承鋼的淬火溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，GCr15鋼淬火溫度控制在(84010)范

45、圍內(nèi)，淬火組織為隱晶馬氏體。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。其回火溫度為150-160，回火時(shí)間為2-3 h。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 為了消除零件在磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削應(yīng)力，以及進(jìn)一步穩(wěn)定組織和尺寸，在磨削加工后再進(jìn)行一次附加回火，回火溫度為120-150，回火時(shí)間為2-3 h。 對(duì)于精密軸承，為了保證尺寸的穩(wěn)定性，淬火后立即進(jìn)行冷處理，然后再回火，磨削加工后再進(jìn)行一次尺寸穩(wěn)定性處理，在120-150保溫5-10 h。 GCr5鋼經(jīng)淬火回火處理后，鋼的組織為：馬氏體(80)+殘余奧氏體(10)+碳化物(10)，其硬度為61-65HRC。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)類

46、別牌號(hào)化學(xué)成分 w/% 熱處理用途舉例CCrMnSiMoVRES、P淬火溫度/回火溫度/回火后硬度HRC鉻軸承鋼GCr91.01.100.91.20.20.40.150.35-8108301501706266 1020mm的鋼球GCr150.951.051.31.650.20.40.150.35-8258451501706266 厚度20mm的中小型套圈，直徑小于50mm的鋼球，柴油機(jī)精密偶件GCr15SiMn0.951.051.31.650.91.20.40.65-82084015017062 壁厚30mm的大型套圈，50100mm的鋼球無鉻軸承鋼GSiMnV0.951.10-1.31.80

47、.550.8-0.20.3-0.0378081015017062 可代替GCr15鋼GSiMnVRE0.951.10-1.11.30.550.8-0.20.30.10.150.0378081015017062 可代替GCr15及GCr15SiMn鋼GSiMnMoV0.951.10-0.751.050.40.650.20.40.20.3-77081016517562 可代替GCr15SiMn鋼常用軸承鋼牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途（鉻軸承鋼摘自 YB（T）1-1980） 3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué)制造軸承套和滾動(dòng)體專用鋼種制造軸承套和滾動(dòng)體專用鋼種1 1、性能要求、性能要求 ( (軸承承受接觸

48、應(yīng)力、交變載荷和軸承承受接觸應(yīng)力、交變載荷和摩擦摩擦) )高而均勻的硬度、耐磨性、高而均勻的硬度、耐磨性、 b b、接觸疲、接觸疲勞強(qiáng)度和足夠的韌性。勞強(qiáng)度和足夠的韌性。2 2、成分特點(diǎn)：高碳、成分特點(diǎn)：高碳(0.95-1.10%C)(0.95-1.10%C)，主加，主加Cr Cr Cr Cr、MnMn、SiSi：提高淬透性：提高淬透性 Cr Cr 還提高耐磨性和耐蝕性。還提高耐磨性和耐蝕性。 3 3、常用鋼號(hào)及用途、常用鋼號(hào)及用途 應(yīng)用最廣的是應(yīng)用最廣的是GCr15GCr15，大量用于，大量用于大中型軸承；大型軸承用大中型軸承；大型軸承用GCr15SiMnGCr15SiMn。這類鋼還可用于制

49、造模具、量具等。這類鋼還可用于制造模具、量具等。3.5 滾動(dòng)軸承鋼工程材料學(xué) 鋼鐵材料熱處理是通過加熱、保溫和冷卻方式借以鋼鐵材料熱處理是通過加熱、保溫和冷卻方式借以改變合金的組織與性能的一種工藝方法，其基本內(nèi)容包改變合金的組織與性能的一種工藝方法，其基本內(nèi)容包括熱處理原理及熱處理工藝兩大方面。括熱處理原理及熱處理工藝兩大方面。附：鋼的熱處理附：鋼的熱處理 鋼鐵材料的強(qiáng)韌化重要有兩個(gè)途徑：一是對(duì)鋼鐵材鋼鐵材料的強(qiáng)韌化重要有兩個(gè)途徑：一是對(duì)鋼鐵材料實(shí)施熱處理；二是通過調(diào)整鋼的化學(xué)成分，加入合金料實(shí)施熱處理；二是通過調(diào)整鋼的化學(xué)成分，加入合金元素（亦即鋼的合金化原理），以改善鋼的性能。元素（亦即鋼

50、的合金化原理），以改善鋼的性能。附：鋼的熱處理工程材料學(xué)q 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理 鋼在加熱時(shí)，實(shí)際鋼在加熱時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度，冷卻時(shí)衡的臨界溫度，冷卻時(shí)也是如此。隨著加熱和也是如此。隨著加熱和冷卻速度的增加，滯后冷卻速度的增加，滯后現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。通常把加熱時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字母現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。通常把加熱時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字母“C”C”，如，如A AC1C1、A AC3C3、A ACmCm等；把冷卻時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字等；把冷卻時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字母母“r”r”，如，如A Ar1r1、A Ar3r3、A Armrm等等。附：鋼的熱處理工程材料學(xué) 鋼在加

51、熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為。以。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。共析鋼的奧氏體形成過程為例。 附：鋼的熱處理-加熱時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 鐵素體全部消失以后，仍有部鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長，這些剩余滲碳分剩余滲碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。 奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。的界面上形成。 奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不碳

52、原子的擴(kuò)散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。附：鋼的熱處理-加熱時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長保溫時(shí)間，通過碳原子的擴(kuò)成分是不均勻的，只有延長保溫時(shí)間，通過碳原子的擴(kuò)散才能獲得均勻化的奧氏體。散才能獲得均勻化的奧氏體。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC331 附：鋼的熱處理-加熱時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 晶粒大小廣泛采用的是與標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)晶粒大小廣泛采用的是與標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）相比較的方法來評(píng)定晶粒大小的級(jí)別。通常將晶粒圖

53、）相比較的方法來評(píng)定晶粒大小的級(jí)別。通常將晶粒大小分為大小分為8 8級(jí)，級(jí)，1 1級(jí)最粗，級(jí)最粗，8 8級(jí)最細(xì)。通常級(jí)最細(xì)。通常1 14 4級(jí)為粗晶粒級(jí)為粗晶粒度，度，5 58 8級(jí)為細(xì)晶粒度。級(jí)為細(xì)晶粒度。 加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越粗大，加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越粗大，因?yàn)檫@與原子擴(kuò)散密切相關(guān)。因?yàn)檫@與原子擴(kuò)散密切相關(guān)。附：鋼的熱處理-加熱時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 合金元素合金元素TiTi、ZrZr、V V、NbNb、AlAl等，當(dāng)其形成彌散穩(wěn)等，當(dāng)其形成彌散穩(wěn)定的碳化物和氮化物時(shí)，由于分布在晶界上，因而阻礙定的碳化物和氮化物時(shí)，由于分布在晶界上，因而阻礙晶界的

54、遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到細(xì)晶粒晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到細(xì)晶粒鋼。鋼。MnMn和和P P是促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素。是促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素。 加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實(shí)際形成溫度加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實(shí)際形成溫度越高，可獲得細(xì)小的起始晶粒。越高，可獲得細(xì)小的起始晶粒。 碳全部溶于奧氏體時(shí)，隨奧氏體中含碳量的增加，碳全部溶于奧氏體時(shí)，隨奧氏體中含碳量的增加，晶粒長大傾向增大。晶粒長大傾向增大。附：鋼的熱處理-加熱時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 熱處理時(shí)常用的冷卻方熱處理時(shí)常用的冷卻方式有兩種：一是等溫冷卻式有兩種：一是等溫冷卻（常用于理論研究）；二是（

55、常用于理論研究）；二是連續(xù)冷卻（常用于生產(chǎn)）。連續(xù)冷卻（常用于生產(chǎn)）。 通常將處于通常將處于A1A1以下溫度尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體稱為以下溫度尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體稱為。鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是過冷奧氏體的組織。鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是過冷奧氏體的組織轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。附：鋼的熱處理-冷卻時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué)首先將若干薄圓片狀試樣放入錫熔爐中，在高于共首先將若干薄圓片狀試樣放入錫熔爐中，在高于共析溫度的條件下進(jìn)行奧氏體化；析溫度的條件下進(jìn)行奧氏體化；（b b）將上述奧氏體化后將上述奧氏體化后的試樣迅速放入另一錫熔爐保溫，爐溫低于共析溫度；的試樣迅速放入另一錫熔爐保溫，爐溫低于共析溫度；（c

56、c）依據(jù)試樣保溫時(shí)間的差異，分別從爐中取出試樣，依據(jù)試樣保溫時(shí)間的差異，分別從爐中取出試樣，置于水中快冷；置于水中快冷；（d d）磨制金相試磨制金相試樣，并觀察顯微樣，并觀察顯微組織。組織。附：鋼的熱處理-冷卻時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 在不同溫在不同溫度重復(fù)上述等度重復(fù)上述等溫轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)，溫轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)，可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出果繪制出奧氏奧氏體鋼的等溫冷體鋼的等溫冷卻曲線卻曲線。附：鋼的熱處理-冷卻時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 曲線的左邊一條線為曲線的左邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線；右邊；右邊一條線為一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線。該曲線下部還有兩條。該

57、曲線下部還有兩條水平線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的水平線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度開始溫度MsMs線線和和轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度M Mf f線線。 在在C C曲線中，在不同過冷奧氏體開始出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變曲線中，在不同過冷奧氏體開始出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間不同，這段時(shí)間稱為的時(shí)間不同，這段時(shí)間稱為“孕育期孕育期”。其中，以。其中，以C C曲曲線最突出處（凸點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的溫度孕育期最短。線最突出處（凸點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的溫度孕育期最短。 過冷奧氏體等溫冷卻曲線形似過冷奧氏體等溫冷卻曲線形似“C”C”字，故俗稱字，故俗稱C C曲曲線線，反應(yīng)了，反應(yīng)了“溫度溫度- -時(shí)間時(shí)間- -轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量”的關(guān)系，所

58、以的關(guān)系，所以C C曲線又曲線又稱為稱為TTTTTT圖圖( (Temperature-Time-Transformation DiagramTemperature-Time-Transformation Diagram) )。 附：鋼的熱處理-冷卻時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué)板狀馬氏板狀馬氏體體馬氏體變溫形成，與馬氏體變溫形成，與t保保無關(guān)；無關(guān)；馬氏體轉(zhuǎn)變不完全性，鋼馬氏體轉(zhuǎn)變不完全性，鋼中常存在殘余中常存在殘余A（性能下降）（性能下降）,常要求淬火常要求淬火T接近接近Mf “冷處理冷處理”.馬氏體性能與含碳量有關(guān)馬氏體性能與含碳量有關(guān) 非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型（Fe和和C均不擴(kuò)散）均不擴(kuò)散）C在在-F

59、e中的過中的過飽和固飽和固溶體溶體（bcc）240-50M片（針）片（針）狀馬氏體狀馬氏體馬馬氏氏體體板狀：低碳鋼中，板狀：低碳鋼中， F和和 Fe2.4C的復(fù)相的復(fù)相組織。組織。 片狀：高碳鋼中，復(fù)相組織。片狀：高碳鋼中，復(fù)相組織。F飽和飽和+ Fe2.4C350240B下下下貝氏下貝氏體體羽毛狀：在平行密排的過飽和羽毛狀：在平行密排的過飽和F板板條間，不均勻分布短桿（片狀）條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C ,脆性大，工業(yè)上不應(yīng)用脆性大，工業(yè)上不應(yīng)用半擴(kuò)散型半擴(kuò)散型（只有（只有C擴(kuò)擴(kuò)散）散）F飽和飽和+ Fe3C550350B上上上貝氏上貝氏體體貝貝氏氏體體間距：間距：0.030.08m

60、，2000 600550T屈氏體屈氏體間距：間距：0.250.08m，1000 650600S索氏體索氏體片層間距：片層間距：0.251.9m，500擴(kuò)散型擴(kuò)散型（Fe和和C均擴(kuò)散）均擴(kuò)散）F+Fe3CA1650P珠光體珠光體珠珠光光體體 特特 征征轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變類型相組成相組成轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度/符符號(hào)號(hào)組織名稱組織名稱注：注：w w（c c）1.01.0時(shí)形成片狀馬氏體，時(shí)形成片狀馬氏體，HRCHRC：64646666； w w（c c）0.20.2時(shí)形成板狀馬氏體，時(shí)形成板狀馬氏體， HRCHRC：303050 50 。附：鋼的熱處理-冷卻時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變工程材料學(xué) 非共析鋼的非共析鋼的C C