機器零件用鋼課件

1、第第4 4章章 機器零件用鋼機器零件用鋼 概念概念: :機器零件用鋼是指機器零件用鋼是指 根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、軸結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、軸承鋼和易削鋼等。承鋼和易削鋼等。4.1 概述概述n機械零件用鋼的性能要求機械零件用鋼的性能要求n結(jié)構(gòu)鋼的淬透性結(jié)構(gòu)鋼的淬透性n機械零件用鋼的合金化特點機械零件用鋼的合金化特點n含碳量的選擇和回火溫度的確定含碳量的選擇和回火溫度的確定n零件材料和工藝選擇途徑零件材料和工藝選擇途徑n1、具有良好的具有良好的力學(xué)性能力學(xué)性

2、能（強調(diào)強度與韌性配合）（強調(diào)強度與韌性配合） 不同零件，對鋼強、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求。不同零件，對鋼強、塑、韌、疲勞、耐磨性等有不同要求。 n一、機器零件用鋼的性能要求一、機器零件用鋼的性能要求4.1 概述概述強度強度設(shè)計設(shè)計在彈性范圍內(nèi)工作，根據(jù)比例極限在彈性范圍內(nèi)工作，根據(jù)比例極限p計算計算允許少量塑性變形的零件，根據(jù)屈服強度允許少量塑性變形的零件，根據(jù)屈服強度s或或0.2計算計算4.1 概述概述一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。因此對機械零件用鋼必須進行熱處理強化以充分發(fā)揮鋼材因此對機械零件用鋼必須進行熱

3、處理強化以充分發(fā)揮鋼材的性能潛力。使用態(tài)：的性能潛力。使用態(tài)：淬火態(tài)淬火態(tài)+回火回火 即即強化態(tài)強化態(tài)2.具有良好的冷熱加工具有良好的冷熱加工工藝性能工藝性能 如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等。如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、磨等。韌性韌性設(shè)計設(shè)計低溫沖擊韌性低溫沖擊韌性韌韌-脆轉(zhuǎn)化溫度脆轉(zhuǎn)化溫度斷裂韌性斷裂韌性要求鋼材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度比要求鋼材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度比實際工作低實際工作低反映鋼材脆斷趨勢反映鋼材脆斷趨勢材料抵抗裂紋突然擴展能力材料抵抗裂紋突然擴展能力q 基本概念基本概念 鋼的淬透性鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其大小通常用規(guī)定條件下

4、淬火獲得淬透層的深度（又稱有大小通常用規(guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度（又稱有效淬硬深度）的距離作為效淬硬深度）的距離作為淬透層深度淬透層深度。 鋼的淬透性鋼的淬透性 鋼的淬硬性鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達到的最高硬度，是指淬火后馬氏體所能達到的最高硬度，淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。 4.2結(jié)構(gòu)鋼的淬透性 鋼的頂端淬火試驗鋼的頂端淬火試驗 生產(chǎn)中也常用臨界淬火直生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂徑表示鋼的淬透性。所謂臨界臨界淬火直徑淬火直徑，是指圓棒試樣在某，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時所能得到的最大介質(zhì)中淬火時所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬

5、成淬透直徑（即心部被淬成半馬半馬氏體氏體的最大直徑），用的最大直徑），用D Do o表示。表示。在相同冷卻條件下，在相同冷卻條件下，D Do o越大，越大，鋼的淬透性越好。鋼的淬透性越好。 高強螺栓高強螺栓柴油機連桿柴油機連桿齒輪齒輪 淬透的鋼回火后可獲得高的強度和屈強比，高的斷裂韌淬透的鋼回火后可獲得高的強度和屈強比，高的斷裂韌性性K KICIC值，沖擊韌性值以及低的值，沖擊韌性值以及低的FATTFATT5050（）。）。 淬透后的鋼性能優(yōu)越淬透后的鋼性能優(yōu)越q 研究鋼的淬透性的重要意義研究鋼的淬透性的重要意義退火鋼退火鋼b=690MPa淬火鋼淬火鋼b=1700MPa高的斷裂韌性高的斷裂韌性

6、KIC值值低的低的FATT50（斷口面積轉(zhuǎn)化溫度）（斷口面積轉(zhuǎn)化溫度）M的FATT50最低B 的FATT50要高于MP的FATT50最高 淬透層深度視零件的工作條件而定淬透層深度視零件的工作條件而定 零件類型零件類型 工作條件工作條件淬透程度的差淬透程度的差異異螺栓、銷釘?shù)嚷菟?、銷釘?shù)热孛媸芰θ孛媸芰?淬透淬透軸類零件等軸類零件等表面應(yīng)力大，中心表面應(yīng)力大，中心應(yīng)力小。應(yīng)力小。 不淬透不淬透（1 1）淬透性大的工件易淬透，組織和性能均勻一致；淬透性大的工件易淬透，組織和性能均勻一致；（2 2）淬火性大的工件在淬火時，可選用冷卻能力較小的淬火性大的工件在淬火時，可選用冷卻能力較小的 淬火介質(zhì)

7、以減小淬火應(yīng)力。淬火介質(zhì)以減小淬火應(yīng)力。（3 3）對受力大而復(fù)雜的工件，為確保組織性能均勻一致，對受力大而復(fù)雜的工件，為確保組織性能均勻一致， 可選用淬透性大的鋼?？蛇x用淬透性大的鋼。（4 4）當(dāng)要求工件表面硬度高，而心部韌性好時，可選用當(dāng)要求工件表面硬度高，而心部韌性好時，可選用 低淬透性鋼。低淬透性鋼。 淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用q 合金元素對淬透性的影響合金元素對淬透性的影響 鋼中常見的合金元素對增大淬透性的能力為：鋼中常見的合金元素對增大淬透性的能力為： B BMnMnMoMoCrCrSiSiNiNi，其中，其中C C元素也能增加淬透性，元素也能增加淬透性，而且它決定了鋼的淬硬性。而且它

8、決定了鋼的淬硬性。 增大淬透性，以合金元素完全溶于奧氏體中為前提，增大淬透性，以合金元素完全溶于奧氏體中為前提，若以碳化物形式存在，則情況相反。若以碳化物形式存在，則情況相反。 合金元素增加淬透性的能力合金元素增加淬透性的能力 （1 1） 強、中、弱、非碳化物形成元素的配合添加，如強、中、弱、非碳化物形成元素的配合添加，如CrCrNiNiMoMoV V 等。等。 （2 2） 對淬透性要求不高的合金，可采用單一合金元素對淬透性要求不高的合金，可采用單一合金元素加入，如加入，如40Cr 40Cr 。 合金元素增加淬透性的多元少量原則合金元素增加淬透性的多元少量原則顯然，合金鋼的淬透性一般大于碳鋼。

9、顯然，合金鋼的淬透性一般大于碳鋼。三、機械零件用鋼的合金化特點三、機械零件用鋼的合金化特點主加主加元素元素B，Mn,Mo,Cr,Si,Ni （由強到弱）（由強到弱） 主要作用：主要作用：淬透性和力學(xué)性能。淬透性和力學(xué)性能。輔加輔加元素元素 Mo、W、V等等 過熱敏感性，過熱敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。合金元素在機器零件用鋼中的其他作用合金元素在機器零件用鋼中的其他作用1 1）回火穩(wěn)定性：回火穩(wěn)定性：韌；韌；2 2）dd：強韌強韌3 3）固溶強化：）固溶強化：強；強；4 4）防止第二類回火脆性：）防止第二類回火脆性：韌韌最佳最佳范圍范圍 獲得最佳性能獲得最佳性能稱為稱為極限合金化理論極限

10、合金化理論 結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：1.2%Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是單獨加入，或是復(fù)合加入?；蚴菃为毤尤?，或是復(fù)合加入。完全淬透時，強度完全淬透時，強度塑性塑性，韌性，韌性。四、含碳量的選擇和回火溫度的確定四、含碳量的選擇和回火溫度的確定1、低碳鋼（20,20Cr，18CrMnTi,18Cr2Ni4WA)回火溫度對低碳合金鋼機械性能的影響淬火組織：淬火組織：M板板+A250 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi

11、40Cr 40CrNiMo調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 n預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理：主要目的是保證零件的切削加工性能，：主要目的是保證零件的切削加工性能，依據(jù)其碳含量和合金元素的種類、數(shù)量不同，可進行依據(jù)其碳含量和合金元素的種類、數(shù)量不同，可進行正火、退火處理甚至正火高溫回火處理。正火、退火處理甚至正火高溫回火處理。 對于中碳鋼對于中碳鋼加熱到加熱到Ac3Ac3以上正火以上正火 對于合金含量少的對于合金含量少的加熱到加熱到Ac3Ac3以上完全退火以上完全退火dd、帶狀程度帶狀程度 對于合金含量高的對于合金含量高的正火正火( (有有M) +M) +高溫回火高溫回火硬度硬度n最終熱處理最終熱處理：n

12、通常通常: : 淬火高溫回火淬火高溫回火 500500650650 特殊特殊( (要求強度高要求強度高):):中溫回火中溫回火 400400450450 低溫回火低溫回火 200200250250n下料下料鍛造鍛造預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理機加工機加工( (粗加工粗加工)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)機加工機加工( (半精加工半精加工)表面淬火或氮化表面淬火或氮化精加工。精加工。 n 40Cr正火組織正火組織45鋼850淬火（水）45鋼鋼 850 C淬火淬火620 C回火回火四、調(diào)質(zhì)零件用鋼的發(fā)展動向四、調(diào)質(zhì)零件用鋼的發(fā)展動向 n低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 高密度位錯的板條高密度位錯的板條M M 如：石油鉆機提升系統(tǒng)的吊環(huán)

13、、吊卡等如：石油鉆機提升系統(tǒng)的吊環(huán)、吊卡等n中碳微合金化非調(diào)質(zhì)鋼中碳微合金化非調(diào)質(zhì)鋼：在中碳鋼（：在中碳鋼（w wc c =0.30%=0.30%0.50%0.50%）中加入微量）中加入微量V V、TiTi、NbNb等等強化物形成元素。強化物形成元素。作用？作用？ 按用途分兩大類：直接切削（控軋控冷）按用途分兩大類：直接切削（控軋控冷）和鍛造（控鍛控冷）。和鍛造（控鍛控冷）。 優(yōu)點：簡化工序、節(jié)約能源、優(yōu)點：簡化工序、節(jié)約能源、成本成本 n高強度化高強度化: :1300MPa1300MPa級高強度螺栓級高強度螺栓( (耐沿遲斷耐沿遲斷裂裂) )3.3 3.3 彈簧鋼彈簧鋼 一、組織性能要求一、

14、組織性能要求 彈簧功能彈簧功能儲能減振儲能減振彈簧類型彈簧類型板簧，螺簧；壓簧、板簧，螺簧；壓簧、拉簧和扭簧等拉簧和扭簧等板簧板簧彎曲載荷彎曲載荷螺簧螺簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力疲勞破壞疲勞破壞彈性減退彈性減退高的彈性極限、屈強比高的彈性極限、屈強比: :保證吸收大量的保證吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形彈性能而不產(chǎn)生塑性變形；高疲勞強度；高疲勞強度；有足夠的塑性和韌性：有足夠的塑性和韌性：以防止沖擊斷裂以防止沖擊斷裂 ； 其他要求其他要求: :淬透性、冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量；淬透性、冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量；良好的熱處理和塑性加工性能，特殊條件良好的熱處理和塑性加工性能，特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等下

15、工作的耐熱性或耐蝕性要求等 ；過熱敏感性小，不易脫碳過熱敏感性小，不易脫碳 典型的螺旋彈簧及板簧典型的螺旋彈簧及板簧a)壓縮螺簧壓縮螺簧 b)拉伸螺簧拉伸螺簧 c)扭轉(zhuǎn)螺簧扭轉(zhuǎn)螺簧 d)單板簧單板簧 e)多板弓形簧多板弓形簧 f)橢圓板簧橢圓板簧二、化學(xué)成分二、化學(xué)成分 n碳：碳：w wc c0.6%-0.9%0.6%-0.9%（碳素彈簧鋼）（碳素彈簧鋼） w wc c0.45%-0.70%0.45%-0.70%（合金彈簧鋼）（合金彈簧鋼） 較高的碳含量可保證高的彈性極限和疲勞極限較高的碳含量可保證高的彈性極限和疲勞極限n合金元素：主加合金元素：主加SiSi、MnMn、CrCr等，輔加等，輔加

16、MoMo、W W、V V等等 鉻和錳主要是提高淬透性，硅提高彈性極限，釩鉻和錳主要是提高淬透性，硅提高彈性極限，釩提高淬透性和細化晶粒。提高淬透性和細化晶粒。 硅、錳復(fù)合：高的彈性極限，屈強比可達到硅、錳復(fù)合：高的彈性極限，屈強比可達到0.80.9；硅、錳；硅、錳淬透性，硅有效淬透性，硅有效回穩(wěn)性；兩回穩(wěn)性；兩者復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小者復(fù)合，脫碳和過熱敏感性較硅鋼、錳鋼為小 常用的硅錳系彈簧鋼有常用的硅錳系彈簧鋼有60Si2Mn 、 55SiMnVB、 鉻釩系鉻釩系60Si2CrVA、 50CrV等。等?；净竟に嚬に嚪绞椒绞綗岢尚螣岢尚螐椈蓮椈衫涑尚卫涑尚螐椈蓮椈纱笮痛笮蛷?/p>

17、簧彈簧 熱成形后熱成形后+ +淬、回火淬、回火小型小型彈簧彈簧冷變形或熱處冷變形或熱處理強化理強化+ +冷成形冷成形+ +低溫退火（時效）低溫退火（時效）三、常用彈簧鋼及熱處理三、常用彈簧鋼及熱處理思考題：思考題： 大型彈簧為什么要先成形后大型彈簧為什么要先成形后強化，小型彈簧先強化后成形強化，小型彈簧先強化后成形? ? 小型彈簧成形后為什么進行小型彈簧成形后為什么進行低溫退火低溫退火? ?1、熱成型彈簧彈簧截面尺寸較大（10-15mm)扁鋼或圓鋼下料熱成型淬火+中溫回火表面噴丸處理加熱壓彎或卷繞60Si2Mn 870淬火，420-450 回火，組織：T回40-45HRC(42HRC彈性極限好

18、）提高-1，可降低表面粗糙度2、冷成型彈簧截面尺寸截面尺寸10mm的各種小型彈簧可采用冷成形的各種小型彈簧可采用冷成形（如冷卷、冷軋），如儀表中的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等。（如冷卷、冷軋），如儀表中的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等。 鉛浴等溫淬火冷拉彈簧鋼絲鉛浴等溫淬火冷拉彈簧鋼絲拔絲完全奧氏體化鉛浴等溫處理拉拔卷簧低溫退火片狀T碎化細片狀P或者T880-950拉拔較大的內(nèi)應(yīng)力和脆性 冷拉彈簧冷拉彈簧拔絲再結(jié)晶退火冷拔拉拔卷簧低溫退火到尺寸600-680定型處理60Si2Mn鋼原始組織鋼原始組織,30.7HRC60Si2Mn鋼鋼870淬火（油），淬火（油），62HRC 60Si2Mn鋼鋼870淬火（

19、油），淬火（油），450回火回火1h, 42HRC3.4 表面強化態(tài)鋼表面強化態(tài)鋼 零件在滑動、滾動、接觸零件在滑動、滾動、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作應(yīng)力、摩擦等工況下工作 磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞是主要失效形式是主要失效形式 表面應(yīng)具有高硬度、高接表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性，觸疲勞抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韌性而心部有一定塑韌性 滲碳鋼、滲氮滲碳鋼、滲氮鋼、感應(yīng)加熱淬鋼、感應(yīng)加熱淬火鋼等火鋼等 這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心零件，通過某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強

20、韌性配合以滿足要求。部具有較好強韌性配合以滿足要求。 典型零件有齒輪、凸輪、鏈條等典型零件有齒輪、凸輪、鏈條等1 1、滲碳鋼的成份及合金化、滲碳鋼的成份及合金化一般含碳量在一般含碳量在0.120.25 保證得到強韌保證得到強韌性好的板條性好的板條M常用合金常用合金化元素化元素 Mn、Cr、Ni、 B主加主加淬透性淬透性 Ti、V、W、Mo細化晶粒細化晶粒 影響滲碳層性能影響滲碳層性能: : 表層碳量表層碳量( (硬度硬度) )、碳化物形態(tài)、碳化物形態(tài)、表層濃度梯度和滲層深度等。表層濃度梯度和滲層深度等。一、合金滲碳鋼一、合金滲碳鋼nCr 、 Mo 、W 、Ti 、V、 Mn （K形成元素）形成

21、元素）使表層碳含量增多；降低層深和滲速；使表層碳含量增多；降低層深和滲速；nSi、Ni、Co、Al等（非等（非K形成元素）使表層碳含形成元素）使表層碳含量減少；增加層深和滲速。量減少；增加層深和滲速。 例如：例如： 使碳濃度梯度平緩；使碳濃度梯度平緩；dd；滲碳性能；滲碳性能； 對表層對表層K K形態(tài)有不同影響，形態(tài)有不同影響， CrCr使碳化物使碳化物呈粒狀呈粒狀， W W、MoMo、V V（強（強K K形成元素）和形成元素）和SiSi（非（非K K形成元素）形成元素） 使碳化物使碳化物呈條網(wǎng)狀呈條網(wǎng)狀。 滲層含碳量：通常滲層含碳量：通常0.80.80.90.9，過高促使，過高促使 碳化物沿

22、晶析出，脆性增加；過低則硬度不足。碳化物沿晶析出，脆性增加；過低則硬度不足。 心部含碳量：接近心部含碳量：接近0.20.20.250.25，過高淬火后，過高淬火后 心部脆性增加，心部脆性增加， 過低易使表面硬化層剝落。過低易使表面硬化層剝落。心部強度心部強度滲層厚度滲層厚度表層強度表層強度外應(yīng)力外應(yīng)力距離距離表面碳濃度太高表面碳濃度太高滲層太淺滲層太淺 滲碳零件受力與滲層厚度的關(guān)系滲碳零件受力與滲層厚度的關(guān)系 滲碳層深度根據(jù)零件需要確定。原則上，滲碳滲碳層深度根據(jù)零件需要確定。原則上，滲碳層深度應(yīng)大于零件的層深度應(yīng)大于零件的最大切應(yīng)力深度最大切應(yīng)力深度。 q 2 2、常用、常用滲碳鋼滲碳鋼低載

23、荷零件低載荷零件活塞銷等活塞銷等低淬透性（15，20）中低載荷零中低載荷零件件高速中載荷零件高速中載荷零件高載荷零件高載荷零件齒輪、小軸齒輪、小軸齒輪、軸齒輪、軸大型齒輪、軸大型齒輪、軸一定淬透性（20Cr，20MnV）中淬透性（20MnVB）高淬透性（20Cr2Ni4）柴油機凸輪軸柴油機凸輪軸按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類 20Cr鋼（低）：不宜滲碳后直接淬火。鋼（低）：不宜滲碳后直接淬火。20CrV鋼可直接淬火。鋼可直接淬火。20CrMnTi（高）鋼特點（高）鋼特點: Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，復(fù)合，淬透性好，D油油約約40mm； 較高耐磨性和強韌

24、度，特別是低溫韌度較好；較高耐磨性和強韌度，特別是低溫韌度較好； 滲碳工藝性較好，晶粒長大傾向小，可直接滲碳工藝性較好，晶粒長大傾向小，可直接淬火，變形也比較小。淬火，變形也比較小。但有塊狀但有塊狀TiN。 廣泛制造汽車、拖拉機變速箱齒輪，離廣泛制造汽車、拖拉機變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的傘齒輪及主動軸等。合器軸和車輛上的傘齒輪及主動軸等。3、常用滲碳鋼的熱處理、常用滲碳鋼的熱處理 18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A：高淬透性：高淬透性 由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲由于合金元素多，所以工藝可變程度大，獲得的組織性能也較復(fù)雜。得的組織性能

25、也較復(fù)雜。 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，可作為調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主也可作為滲碳鋼。滲碳和淬火工藝較復(fù)雜。主要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要要用于要求高綜合力學(xué)性能和高耐磨性的重要 件，如航空發(fā)動機齒輪等。件，如航空發(fā)動機齒輪等。 工藝：工藝：n預(yù)處理：正火預(yù)處理：正火F+F+細細P P 心部韌性好心部韌性好 n滲碳：滲碳：900900950950原子擴散快原子擴散快/ /細晶粒鋼細晶粒鋼d d小小n滲碳后的熱處理工藝有滲碳后的熱處理工藝有直接淬火直接淬火 一次淬火一次淬火 二二次淬火？次淬火？。細晶粒鋼可

26、用直接淬火。細晶粒鋼可用直接淬火。 20CrMnTi： 3.5 3.5 滾動軸承鋼滾動軸承鋼一、滾動軸承鋼的工作特點及性能要求一、滾動軸承鋼的工作特點及性能要求 滾動軸承由內(nèi)、外圈和滾動體（珠、柱、錐、滾動軸承由內(nèi)、外圈和滾動體（珠、柱、錐、 針）針）及保持器組成。及保持器組成。工工作作條條件件高負荷高負荷最大接觸應(yīng)力可高達最大接觸應(yīng)力可高達30005000MPa高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速循環(huán)周次高達每分鐘數(shù)萬次；循環(huán)周次高達每分鐘數(shù)萬次；高靈敏度高靈敏度 精度要求高精度要求高磨損、麻點磨損、麻點燥音燥音失效形式失效形式 接觸疲勞破壞，麻點、剝落接觸疲勞破壞，麻點、剝落性性能能要要求求 高而均勻的硬度和耐磨

27、性高而均勻的硬度和耐磨性足夠足夠淬透性和淬硬性，淬透性和淬硬性，60HRC； 高接觸疲勞強度高接觸疲勞強度以免過早失效以免過早失效保證材質(zhì)、組織；保證材質(zhì)、組織； 一定韌度一定韌度承受沖擊，以免碎裂；承受沖擊，以免碎裂； 尺寸穩(wěn)定性好尺寸穩(wěn)定性好保證精度；保證精度； 一定耐蝕性一定耐蝕性大氣、潤滑油腐蝕。大氣、潤滑油腐蝕。關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素 化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和加工工藝化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和加工工藝性能要求性能要求 二、軸承鋼的化學(xué)成分與冶金質(zhì)量二、軸承鋼的化學(xué)成分與冶金質(zhì)量 冶金冶金質(zhì)量質(zhì)量要求要求 純凈純凈夾雜物要少：主要有各種夾雜物要少：主要有各種氧化物（如氧化物（如A12O3）和硅酸鹽等；

28、）和硅酸鹽等；低氣體含量：低氣體含量：O、H、N低低P、S 含量含量0.02%，帶狀、縮松、偏析，帶狀、縮松、偏析 危害程度依次遞減：危害程度依次遞減：A12O3、球、球狀不變形夾雜物、鋁硅酸鹽。狀不變形夾雜物、鋁硅酸鹽。接觸面小接觸面小應(yīng)力集中大應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻材質(zhì)純凈、組織均勻組組織織均均勻勻 碳化物細小均布。主要有三類碳化物細小均布。主要有三類K：K液析液析 結(jié)晶時枝晶偏析而存在結(jié)晶時枝晶偏析而存在（直接從鋼液中結(jié)晶出碳化物）（直接從鋼液中結(jié)晶出碳化物） 需經(jīng)高溫擴散退火，不允許液析嚴重；需經(jīng)高溫擴散退火，不允許液析嚴重； 帶狀帶狀K 軋制時二次碳化物偏析

29、軋制時二次碳化物偏析需經(jīng)高溫擴散退火；需經(jīng)高溫擴散退火； 網(wǎng)狀網(wǎng)狀K冷卻時在晶界析出冷卻時在晶界析出正火正火合金合金化化 高碳高碳1%，加入，加入Cr、Si、Mn等。如等。如GCr15、GCr15SiMn。組織組織特點特點 經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織：經(jīng)合適的熱處理，應(yīng)得到組織： 細小均勻的奧氏體晶粒度細小均勻的奧氏體晶粒度58級；級；M中中含含0.50.6%C；隱晶；隱晶M基體上分布細小均基體上分布細小均勻的粒狀勻的粒狀K，體積分數(shù)約，體積分數(shù)約78%， 一般可一般可有少量有少量AR。 為提高為提高-1-1，可設(shè)計，可設(shè)計M中中含含0.45%C，K體積分數(shù)約體積分數(shù)約5%。鋼中總含碳量應(yīng)鋼中

30、總含碳量應(yīng)化學(xué)成分化學(xué)成分 三、高碳鉻軸承鋼的熱處理三、高碳鉻軸承鋼的熱處理 工藝特點是簡單而要求高。工藝特點是簡單而要求高。熱熱處處理理特特點點 球化退火球化退火為最終淬火作組織準備為最終淬火作組織準備淬回火工藝參數(shù)對疲勞壽命有很大影響淬回火工藝參數(shù)對疲勞壽命有很大影響一般采用保護氣氛加熱或真空加熱一般采用保護氣氛加熱或真空加熱160保溫保溫3h或更長回火，硬度或更長回火，硬度6266HRC 要求消除要求消除AR 淬火后立即進行冷處理淬火后立即進行冷處理,而而 后立即低溫回火。后立即低溫回火。GCr15 850 C淬火淬火一般白區(qū)占1/3,黑區(qū)占2/3，合格如果白區(qū)多，M針長，說明淬火溫度越

31、高GCr15 880 C淬火淬火GCr15鋼鋼12005分加熱淬分加熱淬火火 分析零件分析零件工作條件工作條件 確定主要失效抗力指標確定主要失效抗力指標作為選材的基本依據(jù)作為選材的基本依據(jù) 考慮工考慮工藝措施藝措施考察經(jīng)濟性考察經(jīng)濟性和生產(chǎn)成本和生產(chǎn)成本選擇材料選擇材料注注意意 要合理引用手冊上材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)要合理引用手冊上材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù) ； 盡量選用簡化加工工藝的材料盡量選用簡化加工工藝的材料 ； 零件材料選擇要考慮零件的綜合成本零件材料選擇要考慮零件的綜合成本選擇材料的基本思路及方法選擇材料的基本思路及方法1 1、齒輪類零件、齒輪類零件 不同機械的齒輪，其工作條件差別很大，所不同機

32、械的齒輪，其工作條件差別很大，所 以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。以在選擇材料和熱處理工藝上也有很大不同。機機床床齒齒輪輪 載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無大的沖擊力，載荷不大，工作平穩(wěn)，一般無大的沖擊力，轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如轉(zhuǎn)速也不高。常選用調(diào)質(zhì)鋼制造，如45、40Cr、42SiMn等鋼，等鋼， 熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理工藝為正火或調(diào)質(zhì)，高頻感應(yīng)加熱淬火一般工藝路線為：一般工藝路線為： 備料備料 鍛造鍛造 正火正火( (退火退火) ) 粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 半精加工半精加工 高頻淬火高頻淬火+ + 回火回火 磨削磨削典型零件材料選擇與工藝分析典型

33、零件材料選擇與工藝分析汽汽拖拖齒齒輪輪 汽車、拖拉機上的變速箱齒輪、主被動齒輪汽車、拖拉機上的變速箱齒輪、主被動齒輪屬于重載荷齒輪，常承受一定程度的沖擊載荷。屬于重載荷齒輪，常承受一定程度的沖擊載荷。一般都采用滲碳鋼，如一般都采用滲碳鋼，如20Cr、20CrMnTi等，等，進行滲碳熱處理。進行滲碳熱處理。一般工藝路線為：一般工藝路線為： 備料備料鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 滲碳滲碳+ +淬火淬火+ +回火回火 噴丸噴丸 磨削磨削重重載載齒齒輪輪 航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪承航空發(fā)動機齒輪和一些重型機械上的齒輪承受高速和重載，一般多采用高淬透性滲碳鋼，受高速和重載，一般多采用高淬

34、透性滲碳鋼，如如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等鋼。等鋼。工藝路線較復(fù)雜：工藝路線較復(fù)雜： 備料備料 模鍛模鍛 正火正火+ +高溫回火高溫回火 機械加工機械加工 滲碳滲碳 高溫回火高溫回火 機械加工機械加工 淬火淬火+ +回火回火 精加工精加工 檢驗。檢驗。 軸是各類機械中最基本零件，也是關(guān)鍵軸是各類機械中最基本零件，也是關(guān)鍵零部件。它直接影響精度和使用壽命。零部件。它直接影響精度和使用壽命。 各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸各種軸的尺寸差別很大，一般鐘表的軸直徑在直徑在0.5mm以下，而汽輪機轉(zhuǎn)子軸直徑以下，而汽輪機轉(zhuǎn)子軸直徑可達可達1m以上。以上。2 2、軸類零件、軸類零件服役條

35、服役條件主要件主要共同點共同點 傳遞扭矩，交變性，有時會承受傳遞扭矩，交變性，有時會承受 彎曲、拉壓負荷；彎曲、拉壓負荷； 都有軸承支承，軸頸處受磨損，都有軸承支承，軸頸處受磨損， 需要較高的硬度，耐磨性好；需要較高的硬度，耐磨性好； 大多數(shù)承受一定的沖擊和過載。大多數(shù)承受一定的沖擊和過載。主要失主要失效方式效方式 斷裂、疲勞斷裂和過量磨損。斷裂、疲勞斷裂和過量磨損。軸軸類零件主要是按強度來選材的，并考類零件主要是按強度來選材的，并考慮一定韌度和耐磨性。慮一定韌度和耐磨性。（1 1）輕載主軸輕載主軸。如普通車床主軸，負荷小，沖。如普通車床主軸，負荷小，沖 擊力不大，磨損也不嚴重，一般采用擊力不大，磨損也不嚴重，一般采用4545鋼，鋼， 整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加整體經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，軸頸處高頻感應(yīng)加 熱淬火。熱淬火。（2）中載主軸中載主軸。如銑床，中等負荷，有一定沖