機(jī)械工程材料課件(西安交大)4資料

機(jī)械工程材料課件(西安交大)4資料第一頁(yè)，共21頁(yè)。第一節(jié)合金元素在鋼中的作用本節(jié)知識(shí)要點(diǎn)碳鋼的優(yōu)缺點(diǎn)合金元素對(duì)鋼性能的影響合金鋼的牌號(hào)第二頁(yè)，共21頁(yè)。一碳鋼的優(yōu)缺點(diǎn)以及合金元素的作用1碳鋼的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可熱處理強(qiáng)化，冶煉工藝簡(jiǎn)單，壓力加工和機(jī)械加工性能好，價(jià)格低廉。碳鋼的缺點(diǎn)加熱時(shí)晶粒易長(zhǎng)大淬透性低回火抗力低，有回火脆性不具備特殊性，強(qiáng)度不夠高合金元素的作用阻礙晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化奧氏體晶粒，提高淬透性（Co除外）；提高回火抗力，防止回火脆性使鋼具有特殊的性能，耐熱、抗腐蝕、耐磨性能等；提高強(qiáng)度硬度等性能，固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化第三頁(yè)，共21頁(yè)。二合金鋼的分類1合金鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼2合金鋼的牌號(hào)（1）合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)：數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字45Mn240Cr平均碳的質(zhì)量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)合金元素平均質(zhì)量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)幾個(gè)特殊情況：軸承鋼，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼第四頁(yè)，共21頁(yè)。合金工具鋼和特殊性能鋼的牌號(hào)：數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字含碳量的千分?jǐn)?shù)合金元素平均質(zhì)量的千分?jǐn)?shù)說(shuō)明：Wc>1%時(shí)，不標(biāo)數(shù)字；高速鋼例外。第五頁(yè)，共21頁(yè)。第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼

知識(shí)要點(diǎn)了解常用的幾種合金結(jié)構(gòu)鋼的成分、性能特點(diǎn)、應(yīng)用的典型零件。第六頁(yè)，共21頁(yè)。合金結(jié)構(gòu)鋼的分類：

低合金高強(qiáng)度鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用：在大氣和海洋中工作的的大型焊接結(jié)構(gòu)件，如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、車輛、船舶、輸油輸氣管道、壓力容器等。性能：好的塑性韌性及焊接性能，強(qiáng)度高，可抵抗大氣腐蝕。成分：低碳、含Mn、Ti、V、Nb、RE元素。牌號(hào)：Q+數(shù)字（Q345，Q390，Q420，Q460）屈服強(qiáng)度第七頁(yè)，共21頁(yè)。二、合金滲碳鋼：低碳鋼基礎(chǔ)上加合金元素

應(yīng)用：汽車、重型機(jī)床齒輪、活塞銷，內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸等2性能：“表硬心韌”3成分：Wc：0.12—0.25%，常加元素Cr,Ni,Mn,B，微量元素V,Ti,W,Mo4分類和牌號(hào)分類：低淬透性合金滲碳鋼20Mn220Mn中淬透性合金滲碳鋼20CrMnTi20CrMn20MnTiB高淬透性合金滲碳鋼18Cr2Ni4WA常用牌號(hào)：20CrMnTi20CrMn20MnTiB等最終熱處理：滲碳+低溫淬火組織：表面高碳回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，

心部：鐵素體+低碳回火馬氏體第八頁(yè)，共21頁(yè)。三合金調(diào)質(zhì)鋼：(需要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理使用的中碳合金鋼。)應(yīng)用：精密機(jī)床主軸、火車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿螺栓、汽車后橋半軸等。性能要求：良好的綜合性能（即高強(qiáng)度、好的塑性韌性）成分：中碳（Wc：0.25—0.50%，多數(shù)0.4%）,合金元素：Mn,Cr,Si,Ni,B,Mo,W等。

4分類和牌號(hào)

低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr40MnB中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼35CrMo38CrSi高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼38CrMoAlA40CrNiMoA

常用牌號(hào)：40Cr40MnB35CrMo5熱處理：調(diào)質(zhì)處理第九頁(yè)，共21頁(yè)。合金彈簧鋼1應(yīng)用：用于制造汽車、拖拉機(jī)和火車的板彈簧或螺旋彈簧。性能：具有高的彈性極限以及屈服強(qiáng)度，還具有高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性韌性。成分：Wc0.45—0.70%，多數(shù)0.6%，合金元素及作用：Si,Mn,Cr,V，Nb,Mo,W。4常用牌號(hào)：60Si2Mn，50CrVA5最終熱處理：淬火+中溫回火軸承鋼（用于制造滾動(dòng)軸承）兩大類：高碳鉻軸承鋼GCr15、GCr15SiMn高碳無(wú)鉻軸承鋼GMnMoVREGSiMnMoV第十頁(yè)，共21頁(yè)。選材及工藝路線汽車齒輪：根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力；齒和齒嚙合時(shí)齒面承受較大的接觸壓應(yīng)力并受強(qiáng)烈的摩擦和磨損；換檔、變速、制動(dòng)時(shí)承受較大的沖擊力。

2汽車連桿：承受交變拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，承受一定沖擊載荷。第十一頁(yè)，共21頁(yè)。汽車齒輪的工藝路線：下料鍛造正火機(jī)加工滲碳+淬火+低溫回火噴丸精磨成品汽車連桿的工藝路線：(最終熱處理為調(diào)質(zhì)處理）組織：表面高碳回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，

心部：鐵素體+低碳回火馬氏體第十二頁(yè)，共21頁(yè)。第二節(jié)合金工具鋼知識(shí)點(diǎn)以高速鋼為例，了解工具鋼成分特點(diǎn)，合金元素的作用、熱處理過(guò)程等。第十三頁(yè)，共21頁(yè)。一工具鋼的服役條件及性能要求（以車刀為例）1服役條件

（1）刀刃與工件之間發(fā)生劇烈的摩擦，造成嚴(yán)重的磨損（2）刀刃部分溫度高（高速切削時(shí)，溫度達(dá)600度）（3）沖擊與振動(dòng)（進(jìn)刀）2失效形式：磨損，刀刃崩缺，刀具折斷3性能要求：高硬度；紅硬性；一定強(qiáng)度、塑性、韌性二典型的工具鋼成分及熱處理（以高速鋼為例）W18Cr4V第十四頁(yè)，共21頁(yè)。1成分高碳：0.7—0.8%，保證高硬度，并與W,V等形成碳化物或者是合金碳化物高的Ｗ含量：—18%；使鋼保持紅硬性，提高回火抗力，提高淬透性。（在500-600度回火時(shí)產(chǎn)生細(xì)小而彌散分布W2C。）Cr:--4%提高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脫碳、抗腐蝕能力。V：--1%提高硬度和紅硬性，細(xì)化晶粒（形成細(xì)少的高硬度的VC，改善韌性）第十五頁(yè)，共21頁(yè)。2工藝路線（用高速鋼W18Cr4V制造車刀）下料鍛造三鐓三拔球化退火機(jī)加工淬火回火(三次）成品550-570°C組織分析M回（細(xì)針狀）碳化物（粒狀）A’（很少量）第十六頁(yè)，共21頁(yè)。三其他常用的工具鋼1冷作模具鋼:實(shí)際溫度不超過(guò)200-3000C工作條件及要求：負(fù)荷重、模具形狀復(fù)雜，要求模具材料變形小、耐磨性高、有一定的韌性。材料中含Cr較高，常用的有：Cr12MoV（傳統(tǒng)）、7Cr7Mo3VSi(新鋼種）。

熱作模具：型腔表面溫度可達(dá)6000C。常用的材料是5CrNiMo（傳統(tǒng)）、35Cr3Mo3W2V(新鋼種）等。第十七頁(yè)，共21頁(yè)。第三節(jié)特殊性能鋼不銹鋼中合金元素的作用（耐腐蝕的原理）常用的不銹鋼類型及其應(yīng)用第十八頁(yè)，共21頁(yè)。一不銹鋼中合金元素的作用（Cr,Ni,Si,AL,Mo,Ti,Nb等。）（1）提高鐵素體的電極電位，Cr，-0.56V→0.12V(2)使鋼呈單相組織。F(WCr>17%)A(WNi>9%)(3)形成致密氧化膜，如Cr,Si,AL；（4）形成穩(wěn)定碳化物，防止晶間腐蝕。金屬間化合物Ni3Al,Ni3(Ti,Nb)。防止晶間腐蝕，提高強(qiáng)度，Ti,Nb等。二常用不銹鋼馬氏體型不銹鋼成分：Wc：0.1—1.0%，WCr:12—18%特點(diǎn)：淬透性好，空冷可到馬氏體.

第十九頁(yè)，共21頁(yè)。牌號(hào)：1Cr13,2Cr13，3Cr13,4Cr13,↓↓↓亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼

熱處理及應(yīng)用：1Cr13,2Cr13；調(diào)質(zhì)處理，組織為S回。應(yīng)用：汽輪機(jī)葉片（1Cr13,2Cr13稱為葉片鋼），蒸汽機(jī)管附件。