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1、2019/7/29,1,第四章 结构钢及其选用,第一节 概述 第二节 碳及杂质对钢力学性能的影响 第三节 合金元素对钢的影响 第四节 结构钢 第五节 结构钢选用 第六节 典型零件的选材及热处理 作业：P94 14、15、18、22、24 补充名词解释：回火稳定性、回火脆性、二次硬化、红硬性,本章重点,2019/7/29,2,本章重点： 1.各种钢的牌号含义、成分及合金元素的作用 2.典型零件的选材、工艺路线、热处理工艺、组织及性能特点,2019/7/29,3,第一节 概述,一、钢的分类,1.按用途分类,2019/7/29,4,2.按化学成分分类,2019/7/29,5,4.按冶炼方法分类,5.
2、按金相组织分类 （1）按退火组织分类 （2）按正火组织分类,3.按质量分类,2019/7/29,6,一、碳素结构钢 二、合金结构钢,第四节 结构钢,2019/7/29,7,1普通碳素结构钢 2优质碳素结构钢 3碳素铸钢 4易切削钢,一、碳素结构钢,2019/7/29,8,1普通碳素结构钢,牌号 ： 如 Q235B，表示 s 235 MPa，B级质量。,用途,铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。,热处理：热轧空冷 组织：SF,2019/7/29,9,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2019/7/29,10,2优质碳素结构钢,牌号 ： 45 钢，含C量为 45/10000 ，即c%= 0.45
3、%,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理： 淬火、回火、表面热处理等。,2019/7/29,11,汽车曲轴,2019/7/29,12,3. 碳素铸钢,钢号 ：如 ZG270-500 性能 ：强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流动性能差，收缩率大。,热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。 组织 ：PF,用途 ：形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。,2019/7/29,13,2019/7/29,14,二、合金结构钢,1.工程构件用钢（低合金结构钢） 2.机械零件用钢 1）渗碳钢 2）调质钢 3）弹簧钢 4）滚动轴承钢,2019/7/29,1
4、5,1低合金结构钢,成分 ：c0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb，如15MnVN 性能 ：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,应用,热处理、组织 热轧空冷，SF,2019/7/29,16,高压容器,桥梁,船舶,车辆,2019/7/29,17,2.机械零件用钢,1）渗碳钢 2）调质钢 3）弹簧钢 4）滚动轴承钢,2019/7/29,18,渗碳钢的工作条件及性能要求,零件在渗碳热处理后使用。这种零件工作时，除要求较高强度可靠性外，还常常受到较大的表面磨擦和冲击作用，故其性能要求： (1) 有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等变形破坏； (2) 要求表面有较高的硬度和耐磨性，以抵抗
5、磨损及表面接触疲劳破坏； (3) 有较高的韧性以承受强烈的冲击作用； (4) 当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能力。,1渗碳钢,2019/7/29,19,1渗碳钢,成分：c=0.10.25%, 韧性好。 合金元素提高淬透性、耐磨性，细化晶粒。 性能：表面硬度高，耐磨性好；心部韧性高。,应用：耐磨件。如： 15，活塞销 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,2019/7/29,20,热处理,组织 ： 表层：高碳M回+碳化物+ Ar； 心部：低碳M回（+T + F）,渗碳 淬火 低温回火,2019/7/29,21,2019
6、/7/29,22,2调质钢,成分 ： c=0.250.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 性能 ：具有良好的综合力学性能,应用： 45，一般尺寸零件，机床主轴 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,2019/7/29,23,热处理,组织：S回 表面淬火、低温回火： 表层：M回+Ar 心部：S回 氮化： 表层：S回+氮化物 心部：S回,调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。,2019/7/29,24,汽车曲轴,2019/7/29,25,1、弹簧的使用条件及性
7、能要求,零件的主要作用：间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。 常用零件：汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等 性能要求： (1) 高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比； (2) 一定的塑性和韧性； (3) 保证组织性能均匀，要求材料淬透性好； (4) 另外在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定性。,3弹簧钢,2019/7/29,26,3弹簧钢,成分：c=0.550.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能：e 、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,2019/7/29,27
8、,热处理,热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 ：T回,2019/7/29,28,4滚动轴承钢,成分：c=0.951.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。 性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,应用 GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,2019/7/29,29,热处理：,球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。 组织：M回细碳化物少量Ar,2019/7/29,30,第六节 典型零件的选材及热处理,一、热处理工序位置 二、选材及热处理 应用（请链接
9、到工程材料CAI）,2019/7/29,31,一、热处理工序位置,1.预先热处理的工序位置 退火、正火：毛坯生产之后，切削加工之前 目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织,2019/7/29,32,2.最终热处理的工序位置,调质：粗加工之后，精加工或半精加工之前 表面热处理：半精加工之后，磨削之前 调质件热处理工艺路线： 下料锻造退火或正火粗加工调质精加工 淬火件热处理工艺路线： 下料锻造正火（退火）粗加工、半精加工淬火、回火磨削 表面淬火件热处理工艺路线： 下料锻造正火（退火）粗加工调质半精加工表面淬火、低温回火磨削,2019/7/29,33,渗碳件热处理工艺路
10、线： 下料锻造正火（退火）粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回火磨削 渗氮件热处理工艺路线： 下料锻造正火（退火）粗加工调质精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或研磨,2019/7/29,34,二、选材及热处理,1.轻载、低速，不重要的轴Q235、Q255、Q275等碳素结构钢，不进行热处理 2.中等载荷而且强度要求一般的轴优质碳素结构钢，35、40、45。常采用正火或调质处理，轴颈等处要求耐磨时进行表面淬火和低温回火 3.较大载荷或要求精度高的轴以及处于强烈摩擦或高、低温等恶劣条件下工作的轴合金结构钢，20Cr、40MnB、40Cr、38CrMoAl、GCr15，调质、表面淬火、渗碳、渗氮、淬火、低温回火,一）轴类零件,2019/7/29,35,二）齿轮类零件,1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、50Mn，正火或调质，（软齿面齿轮） 2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮中碳钢、中碳合金结构钢，45、50Mn、40Cr、42SiMn，调质+表面淬火+低温回火，（硬齿面齿轮） 3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi等，渗碳+淬火+低温回火 4.精密传动齿轮氮化钢， 38CrMoAl，调质，氮化,