第3章机器零件用钢-1

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1、第第3 3章章 机器制造结构钢机器制造结构钢n nRelRel700MPa,700MPa,低强度钢，低强度钢， Rel=700-1400MPa中强度钢，大于中强度钢，大于1400MPa，超，超高强度钢。（下屈服强度）高强度钢。（下屈服强度）n按照热处理工艺：整体强化态钢和表面强按照热处理工艺：整体强化态钢和表面强化态钢。化态钢。n根据钢的生产工艺和用途，可分为：调质根据钢的生产工艺和用途，可分为：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗钢、低碳马氏体钢、超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴承钢和易削钢等。等。3.1 概概 述述 一、工作条件与性能要求一

2、、工作条件与性能要求主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力，且往往是几种载荷的同时作用；可以力，且往往是几种载荷的同时作用；可以使恒载或变载，作用力的方向是单向或反使恒载或变载，作用力的方向是单向或反复的。复的。综合力学性能综合力学性能（强度、塑性、韧度、疲劳（强度、塑性、韧度、疲劳强度、耐磨性等强度、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； 一定的耐腐蚀性能。一定的耐腐蚀性能。 二、机器零件用钢合金化特点二、机器零件用钢合金化特点 主加主加元素元素 Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：主要作用：淬透性和力学性能

3、。淬透性和力学性能。辅加辅加元素元素 Mo、W、V等等 过热敏感性，过热敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。最佳最佳范围范围 C 含量在含量在0.08- 0.70%之间之间, 合金元素总合金元素总量一般不超过量一般不超过5%，少量例外；，少量例外； 范围为：范围为：1.2%Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是单独加入，或是复合加入。或是单独加入，或是复合加入。弹性设计：根据比例极限塑性设计：根据屈服强度高强度的取得，往往是综合应用了细晶强化、固溶强化、沉淀硬化和位错强化等方法的结果。还需考虑韧性设计：冲击吸收能量、韧脆

4、转变温度和断裂韧度。应选择合理的含碳量和热处理工艺。 三、机械制造结构钢的强度与脆性三、机械制造结构钢的强度与脆性 低碳马氏体型结构钢，采用淬火低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。低温回火。为为耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类为代表为代表. 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温高温回火。为回火。为耐磨性，可进行渗氮处理或高耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加频感应加热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。 1 1、对于要求良好综合力学性能，零件选、对于要求良好综

5、合力学性能，零件选 材料的途径为：材料的途径为： 2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如低合金中碳马氏体钢。农业机械较多低合金中碳马氏体钢。农业机械较多. 3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火。如弹簧钢。进行中温回火。如弹簧钢。 4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲、零件要求高强度、高硬度，高接触疲劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳

6、钢，淬火火+低温回火。如轴承钢。低温回火。如轴承钢。 辨辨证证思思维维 由于不同机器零件的服役条件和由于不同机器零件的服役条件和失效方式不同，主要的设计依据和失效方式不同，主要的设计依据和失效判据也不同，所以应合理选择失效判据也不同，所以应合理选择钢的含碳量和热处理工艺。钢的含碳量和热处理工艺。 应该明确应该明确: : 一般情况下，某零件制造的材料一般情况下，某零件制造的材料并不是唯一的；并不是唯一的； 某一种钢采用不同的热处理工艺某一种钢采用不同的热处理工艺可以制造不同类型的零件；可以制造不同类型的零件； 某一零件用某一材料制造，其热某一零件用某一材料制造，其热处理工艺方法也可能是多种的。处

7、理工艺方法也可能是多种的。 四、四、整体强化态钢整体强化态钢基基本本情情况况 整体强化态钢均承受拉、压、扭等交整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，大部分是整体受力。变应力，大部分是整体受力。 其主要失效形式是疲劳破坏，其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标主要性能指标-1、Rm、AK、KIC等。等。 总体上要求良好的综合力学性能。总体上要求良好的综合力学性能。主主要要应应用用 主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏体

8、钢、超高强度钢等。体钢、超高强度钢等。 汽车半轴汽车半轴 a)一端法兰式一端法兰式; b)二端花键式二端花键式; c)变截面台阶式变截面台阶式 M7150A砂轮主轴砂轮主轴汽汽 拖用连杆拖用连杆下图下图 T615K镗床镗杆镗床镗杆上图上图 S7332 螺纹磨床丝杠螺纹磨床丝杠3. 2 3. 2 调质钢调质钢 所谓调质钢,一般是指含碳量在0.3-0.5%的中碳钢.一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能,即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性,人们往往使用调制处理来达到这个目的,所以人们习惯上就把这一类钢称作调质钢。各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢

9、。二二. . 调质钢的成分、合金化调质钢的成分、合金化n成分成分 0.300.50%C0.300.50%C的的C C钢或中、低合金钢钢或中、低合金钢 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） 固溶强化；细晶强化；固溶强化；细晶强化； 弥散强化弥散强化 三三. . 调质钢的种类与分级调质钢的种类与分级 在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来分级的。分级的。 DC

10、为油淬临界直径为油淬临界直径 低淬透性低淬透性合金钢合金钢: DC 3040mm, 有有40Cr、40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等等 中淬透性中淬透性合金钢合金钢: DC:4060mm, 有有40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等等 高淬透性高淬透性合金钢合金钢: DC60100mm, 有有37CrNi3、40CrNiMo、40CrMnMo等等四四.调质钢的组织与性能调质钢的组织与性能回火回火S S或回火或回火T; T; 具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。 n强度（屈强：强度（屈强：700-1200MPa70

11、0-1200MPa） Cr, Mo, W, V Cr, Mo, W, V 可阻碍可阻碍K K在高温回火时聚集长大，在高温回火时聚集长大，使钢保持高强度；使钢保持高强度； 阻碍阻碍 再结晶，使再结晶，使 相保持细小；相保持细小； 合金元素的固溶强化、细晶强化合金元素的固溶强化、细晶强化 n韧性韧性: : 调节温度可具有不同的韧性；调节温度可具有不同的韧性； 细化；细化； 防止或减轻回火脆性，加入防止或减轻回火脆性，加入 Mo,WMo,W五五. 调质钢的应用调质钢的应用 调质钢的不足：调质钢的不足： 1 1）没有利用马氏体精细结构强化作用；）没有利用马氏体精细结构强化作用； 2 2）K K的弥散强