《机械结构钢》PPT课件.ppt

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1、概述结构钢的强度与脆性整体强化态钢表面强化态钢其他机械制造结构钢第3章机械制造结构钢用途制造各种机械零件，如汽车、拖拉机、机床、矿山机械、冶金机械、电站设备等机器上的轴、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等。成分C：0.08~0.65%Me：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Nb、Ti、Al、B等。通常合金元素含量不超过5%，少数钢在5~10%。质量一般为优质钢，少数为高级优质钢。按用途分类渗碳钢、低碳马氏体钢、调质钢、氮化钢、弹簧钢、易切削钢等。3.1概述按热处理状态来分（2）在整体淬火回火状态下使用的钢种：②弹簧钢：在淬火中温回火状态下使用③滚动轴承钢：在淬火低温状态

2、下使用④超高强度钢：包括在淬火低温回火下使用的中碳或低碳马氏体型钢、二次硬化型超高强度钢和马氏体时效钢。①调质钢在淬火高温回火状态下使用（1）一般供应或正火状态下使用的钢种3.1概述（4）高频淬火用钢高、中频淬火后低温回火使用（3）在化学热处理后使用的钢种3.1概述3.1概述机器零件用钢的服役条件：1、承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者是多种载荷的交互作用。服役环境是大气、水和润滑油，温度在-50℃~+100℃范围之间。2、机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差配合等。因此机器零件用钢在性能上的要求与工程构件用钢有所

3、不同。3.1概述机器零件用钢对力学性能要求：1、要求一定的强度和韧性，以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好;2、要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力。3.1概述机器零件对工艺性能的要求：主要是便于制造加工。通常机器零件的制造工艺流程为：型材→改锻→预先热处理→粗加工→最终热处理→精加工其中以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能；对钢材的其它工艺性能（如冶炼性能、浇注性能、可锻性能等）也有要求，但一般问题不大。机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。3.1概述机器零件用钢合金化特点：

4、主加元素Cr、Mn、Si、Ni。主要作用：↑淬透性和力学性能。辅加元素Mo、W、V等。↓过热敏感性，↓回火脆性，↑淬透性。最佳范围结构钢常用范围：<1.2%Si，<2%Mn，1~2%Cr，1~4%Ni，<0.5%Mo，<0.2%V，<0.1%Ti，0.4~0.8%W。单独加入或复合加入。①有的元素增多后，会降低材料塑韧性。如低碳构件钢中的Si、Mn含量。②有些元素增多，会恶化K的分布。如轴承钢中的Cr。③有的元素含量过多，会改变K类型，增加热处理过程的难度。如V、Mo含量。④合金元素的作用往往不是随量的增加而线性地增加的。3.1概述3.1概述零件材料和工艺选择途径：

5、①低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。为提高耐磨性，可进行渗碳处理；汽车、拖拉机齿轮类为代表。②回火索氏体型，选用中碳钢，采用淬火+高温回火。为了提高耐磨性，可进行渗氮处理或高频感应加热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。1、对于要求良好综合力学性能，零件选材的途径为：3.1概述2、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。如低合金中碳马氏体钢。农用机械应用较多。3、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，进行中温回火。如弹簧钢。4、零件要求高强度、高硬度、高接触疲劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬

6、火+低温回火。如轴承钢。3.2结构钢的强度与脆性一、结构钢的强化1.位错强化在再结晶温度以下，随着形变量增大，在晶体内产生均匀分布的高密度位错或不均匀分布的胞状结构（即位错密度低的区域被高密度位错墙所分割），位错密度升高，硬度上升、塑性和韧性下降。τ＝τ0＋αGbρ1/2τ—金属的流变应力；τ0—退火金属的流变应力；α—系数，0.5；G—切变模量；b—柏氏矢量；ρ—位错密度途径：冷形变，相变过程中的切变。3.2结构钢的强度与脆性2.细晶强化σs=σ0+kyd-1/2d：淬火前奥氏体晶粒尺寸。（淬火回火钢）措施：未溶碳化物阻止奥氏体晶粒长大。多次循环加热淬火细化奥氏体

7、晶粒。3.固溶强化（1）利用碳的固溶强化。具有多型性转变是进行淬火的必要条件。1%C：可使σs增高550MPa，但C在α-Fe中溶解度0.025%。（2）利用合金元素的固溶强化。利用Mn，Si，Cr，Ni等在α相中的固溶强化。1%Mo：在α-Fe中溶解度30%，但其提高σs的强化系数只有11MPa/%。3.2结构钢的强度与脆性4.沉淀强化将多量的合金元素溶入α铁中，形成过饱和固溶体，然后通过时效或回火处理，使过饱和原子析出新相，产生强化作用。合金钢：析出碳化物。马氏体时效钢：析出金属间化合物（Ni3Ti，Ni3Mo，Fe2Mo等）。5.马氏体强化来源于：固溶强化