工程材料学第3章 机器零件用钢

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1、第三章机器零件用钢机器零件用钢是用来制造各种机器零件的钢种，常用的机器零件齿轮，轴，轴承，弹簧等。服役条件：承受弯曲，拉伸，压缩，扭转，冲击，磨损受力：综合应力作用，拉，压，切失效：表面损伤，脆断，过量变形对力学性能提出一定的要求第一节机器零件用钢的强韧化一.力学性能要求：高强度（高硬度），高疲劳强度（低抗疲劳断裂能力，一定的循环应力作用下N次不发生断裂，保持足够的韧性），弹性极限（材料产生最大弹性形变所能承受的最大应力）钢中得到M（量多）是获得这些性能的基本保证，M量多→实验证明：σs疲劳强度，冲击韧度，塑脆Tk→综合力学性能提高见图3-1图3-2图3-3二.合金

2、元素在机器零件用钢中的作用1.提高淬透性：（构件钢就不用考虑这点，也不用特意提高淬透性的Me）低→高Ni，Si，Cr，Mo，Mn，B2.提高回火稳定性：Si，Cr，Mo，W，V，Ti等推迟或延续回火进行T回↑→高强度同时（保温），高韧性T回相同→合金钢可获得高强度（比碳钢）3.细化晶粒：Ti，V（零件用钢加入）4.固溶强化：强化α使弹性极限提高5.防止第二类回火脆性：Mo，W（调质钢，高T回）6.改善钢的被切削性能：S,RE→易断屑；润滑作用三.机器零件用钢的含C量与热处理工艺的选择根据零件使用条件（服役）来选择：要求高耐磨，心部高韧性（冲击）→低C，低合金钢，渗C

3、+淬火+低温回火→渗C钢综合力学性能高（强韧性）→中C，中C合金钢，淬火+高温回火→调质钢高弹性极限和疲劳抗力→中高C，中高C合金钢，淬火+中温回火→弹簧钢高硬，高耐磨，高接触疲劳抗力→高C合金钢，球化退火+淬火+低温回火→轴承钢第二节渗碳钢（表面硬化结构钢）用途主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。（图）性能要求(1)表面渗碳层硬度高   以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。(2)心部具有高的韧性和足够高的强度心部韧性不足时，在

4、冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。(3)有良好的热处理工艺性能在高的渗碳温度（900℃～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。渗C钢成分特点1.低C：Wc=0.10-0.25%保证零件心部有足够高的韧性2.加入提高淬透性的合金元素：Cr，Ni，Mn，B，W→提高心部淬透性，获得低CM3.细化晶粒：强Ti，V,中CemW，Mo等，形成稳定的合金Cem阻碍长大4.改善渗C的性能：Cem形成元素：使表层C↑，心部C↓，陡，C扩散受阻非Cem形成元素：Ni表层C↓，心部C↑，平缓，加速C扩散但Si使表层加入C困难，使渗C速度

5、降低，所以渗C钢中不加SiMe元素在钢中的作用并不单一，而是多重性：Cr→提高淬透性，细化晶粒，提高渗C的浓度，与Ni作用改善渗C分布Ni，Cr为主要元素+其它辅助的元素（Ti，V，W，Mo，B）常用钢种及牌号合金渗C钢按其淬透性分为三类：低淬透性渗C钢：典型钢种20Cr，这类钢淬透↓，心部强度↓适用冲击力较小的表面耐磨件，小齿轮，小轴等中淬透性渗C钢：典型钢种20CrMnTi，这类钢淬透↑，良好的机械性能和工艺性能，渗C过度层比较均匀，热处理变形小。用于制造承受高速中载，要求抗冲击和表面耐磨的零件。汽车，拖拉机上的重要零件，齿轮。为了节约Cr，我国采用20MnVB

6、，但这个钢不稳定，变形大。高淬透性渗C钢：典型钢种18Cr2NiWA和20Cr2Ni4A这类钢含有较多的Cr，Ni，淬透性很高，具有良好的韧性，特别是低温冲击韧性。适用制造大截面，高载荷的重要耐磨件，如飞机，坦克中的重要齿轮，曲轴常用渗碳钢的牌号、成分、性能及用途热处理和组织性能1.热处理工艺：渗C+淬火+低温回火，过硬，要采用预先热处理，改善钢的切削加工性，正火(α+Р)改善带状组织（轧制时）2.渗C：900-950℃10h对渗C（900-950℃10h）时易过热钢，渗C后正火处理，清除粗大组织，然后进行淬火；淬火工艺因C钢而异，查热处理手册。如图3.组织性能热处

7、理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为60HRC～62HRC心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关：完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC～40HRC心部韧性一般都高于700kJ/m2第三节调质钢调质钢：是指经调质后使用的钢。用途：调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。图一性能要求调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、