机械制造结构钢.ppt

Chapter3机械制造结构钢
主要内容基本要求：
了解各类钢的服役条件、对钢的基本性能要求、化学成分特点和热处理特点；
掌握常用调质钢、弹簧钢、渗碳钢、滚动轴承钢等的典型牌号。
重点与难点：
各类钢的化学成分特点、合金元素的作用、强韧化机制及热处理特点。一、应用背景
机械制造结构钢也称机器零件用钢，是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的，用于制造各种机械零件所用的钢种，故此得名。
如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。拨叉齿轮弹簧滚珠履带3.0引言三、机器零件用钢对力学性能要求
要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；
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，所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态，即强化态。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调质钢一、调质钢的化学成分特点
碳
中碳，碳含量一般在0.3%~0.5%；
钢中的碳保证有足够多的碳化物体积分数以获得高的强度。
碳含量过低时，淬硬性不够；碳含量过高则韧性下降。
2.合金元素
主加合金元素：Cr、Mn、Si、Ni；
辅加合金元素：Mo、W、V、Ti、Al、B等。
重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。合金元素的作用：
提高淬透性；
Cr、Mn、Si、Ni溶于α相，起固溶强化作用。
Cr、Mo、W、V等阻碍α相的再结晶，也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使钢保持高硬度。
加入Mo、W来防止回火脆性。
V、Ti、Al起细化晶粒的作用。

二、对调质钢的淬透性要求三、调质钢的热处理特点
1预备热处理
为了便于切削加工和改善钢件因热加工不当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进行预备热处理。
合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体，对此类钢一般采用在AC3线以上加热进行正火。合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多为马氏体组织，对此类钢一般采用在AC3线以上加热进行正火，随后再进行一次高温回火，使马氏体型钢的强度由HB380～550降至HB207～240，可以顺利地进行切削加工。
2最终热处理
（1）淬火
将钢件加热至AC3线以上进行淬火，淬火温度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。
（2）回火
根据所要求的性能来决定回火温度，回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。高温回火时应考虑钢材的回火脆性问题。
（3）表面处理
某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外，往往还要求某些部位（如轴类零件的轴颈或花键部分）有良好的耐磨性。为此，经调质处理后，在局部部位进行高频感应表面淬火。四、调质钢的合金元素与机械性能2回火温度与调质钢综合机械性能的关系3调质钢在高温回火后的韧性
(1)合金元素与调质钢的韧性
碳：是降低调质钢冲击韧性的元素。
在保证钢调质后的硬度及强度的前提下，应把钢中碳含量限制在较低的范围内。对于重要的零件，一般选用高淬透性的低碳合金钢。
锰：调质钢中加入<2%的锰后，钢的冲击韧性有所改善，但含锰量超高2％后，钢的脆性转化温度反而升高，冲击韧性恶化。
镍：可改善钢的冲击韧性，使脆性转化温度不断下降。
磷：对钢的冲击韧性危害甚大。它提高脆性转化温度，降低冲击值，因此在高级优质钢中的含磷量限制在≤0.035%，为了进一步改善钢的韧性，甚至应把含磷量降低到0.02%以下。(2)调质钢的高温回火脆性
①回火脆性与冷却速度关系
某些调质钢在高温回火并以不同速度冷却后，钢的硬度、拉伸强度、屈服强度、断面收缩率和延伸率等性能没有明显差别，但是缓慢冷却的试样的冲击韧性却明显低于快速冷却的试样，见表3-1。②回火脆性与回火保温时间的关系
在500～550℃之间回火脆性发生得最快；随着保温时间的延长，脆化程度曲线上的温度越来越高。
③回火脆性与钢种的关系
碳素钢高温回火脆性是不敏感的；
钢中加入锰或铬后就成为敏感的了；硅锰钢、铬锰钢回火脆化倾向性更加增大；
单纯镍钢对高温回火脆性不敏感，而铬钢中加镍则明显促进回火脆性；
钼、钨是降低高温回火脆性的元素；④避免或减轻回火脆性的措施
a.避免在易发生高温回火脆性的温度范围内回火；
b.尽可能缩短在回火脆性温度内的回火时间；
c.回火后采用快冷的工艺方法；
d.采用含钼钢种，并尽可能降低钢中的磷、锡、锑含量；
e.对已感受回火脆的钢，用重新加热到650℃后快冷的方法来恢复。五、常用调质钢的成分、热处理、机械性能和用途表3-3常用调质钢的热处理和机械性能典型调质钢及其应用：合金调质钢的钢种很多，按淬透性的高低可分为低、中、高淬透性三类。
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