《機械制造用結構鋼》

機械制造用結構鋼第六節(jié)軸承鋼第七節(jié)滲碳鋼和氮化鋼第八節(jié)其他機械制造結構鋼整理課件

第六節(jié)軸承鋼

一、概述滾動軸承是一切傳動機械中不可缺少的重要零件。軸承鋼主要用來制造滾動軸承的滾動體和套圈。滾動軸承的受力狀況：承受著各類高的交變應力，如拉力、壓縮、剪切應力以及摩擦力。整理課件整理課件導致滾動軸承失效的原因分析：1、切應力以及由此產生的局部塑性變形是引起疲勞裂紋發(fā)生的重要條件。2、材料內部的組織缺陷（如夾雜物）以及組織變化則是導致發(fā)生疲勞裂紋的內因。因此，在提高軸承鋼質量方面，最主要的是提高軸承鋼的接觸疲勞壽命。整理課件軸承破壞的主要形式：1、接觸疲勞破壞。2、由相對滑動引起的磨損破壞。整理課件二、對軸承鋼性能的要求1、具有高的接觸疲勞強度和抗壓強度；2、軸承鋼經熱處理后，一般硬度要求為HRC61~65）；3、高的彈性極限；4、一定的韌性；5、良好的尺寸穩(wěn)定性；6、一定的抗腐蝕性能；7、良好的工藝性能，如冷、熱成型性能、切削性能、磨削性能、熱處理工藝性能等。整理課件三、對軸承鋼原始組織的要求1、純凈度，指鋼中雜質元素和夾雜物含量要少；2、組織均勻，指鋼中非金屬夾雜物和碳化物應當細小分散和分布均勻。整理課件四、軸承鋼中的夾雜物1、根據化學成分可分為：（1）簡單氧化物，如Al2O3、SiO2等；（2）復雜氧化物，包括尖晶石和鈣的鋁酸鹽，尖晶石；（3）硅酸鹽和硅酸鹽玻璃，其成分復雜；（4）硫化物，如MnS、（Mn，Fe）S、CaS等；（5）氮化物，如AlN等。

整理課件根據熱變形能力，可分為以下三類：（1）脆性夾雜物，如剛玉（A12O3）、尖晶石，沿軋制方向排列呈點鏈狀分布；（2）塑性夾雜物，在熱變形過程中有良好的塑性，沿軋向呈連續(xù)條狀分布，屬這類的有MnS和鐵錳硅酸鹽；（3）球狀不變形夾雜物，主要是鈣的鋁酸鹽。理想的情況應該是夾雜物細、少、塑性好、呈細條狀均勻分布。整理課件整理課件整理課件五、軸承鋼的合金化特點1、高碳為了保證軸承鋼的高硬度、高耐磨性和高強度，碳質量分數應較高，一般為0.95％～1.10％。2、鉻為基本合金元素鉻含量為0.40％～1.65％。鉻能提高淬透性，并與基體金屬形成合金滲碳體（Fe，Cr）3C，呈細密、均勻分布，從而提高鋼的耐磨性，特別是疲勞強度。整理課件3、加入硅、錳、釩等Si、Mn進一步提高淬透性，便于制造大型軸承。V部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。整理課件六、典型鋼種和牌號1、鉻軸承鋼最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分。除制造軸承外也常用來制造冷沖模、量具、絲錐等。2、添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性，例如，GCrl5SiMn、GCr15SiMnMoV等。整理課件整理課件

七、軸承鋼的熱處理

（一）軸承鋼的球化退火球化退火前的原始組織應為細片狀珠光體。球化退火的目的在于：1、降低硬度便于切削加工；2、獲得均勻分布的細粒狀珠光體，為淬火作好組織上的準備；3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和沖壓加工。整理課件整理課件整理課件（二）軸承鋼的淬火和回火淬火：軸承鋼的淬火加熱應獲得細小的奧氏體晶粒，快冷之后得到隱晶馬氏體加上均勻分布的細粒碳化物及少量殘留奧氏體。GCr15鋼AC1為735~765℃，840℃左右淬火能得到最高的硬度、彎曲疲勞強度和沖擊韌性。

整理課件整理課件整理課件冷處理：精密軸承為保證尺寸穩(wěn)定，常采用冷處理的方法消除殘余奧氏體。冷處理溫度為：-40~-70℃?；鼗穑夯鼗饻囟葹?50～170℃，回火時間大于2.5小時。GCr15鋼回火后的組織為在隱晶回火馬氏體基體上均勻分布著細小的碳化物顆粒，硬度為HRC61～65。軸承在磨削加工后要進行回火，生產上稱之謂低溫時效處理（附加回火）。即130～150℃加熱，保溫3～6小時。整理課件綜上所述，軸承鋼的熱處理主要過程為：球化退火→淬火→冷處理→低溫回火→低溫時效處理整理課件第七節(jié)

滲碳鋼和氮化鋼

一、滲碳鋼1、概述有不少機器零件（汽車、拖拉機中的變速齒輪，內燃機上的凸輪軸、活塞銷等）的機械性能要求表面具有優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時心部具有高的韌性和足夠高的強度。整理課件利用低碳結構鋼進行滲碳，使零件從表面到中心具有從高碳（0.8～1.l％C）到低碳（0.10～0.25％C）連續(xù)過渡的化學成分。滲碳層深度為0.6~2.0mm。滲碳之后淬火，得到從表面到中心的不同組織，例如形成高碳馬氏體+低碳馬氏體十珠光體十鐵素體的金相組織。整理課件2、滲碳鋼的合金化特點（1）碳質量分數一般在0.10％～0.25％之間，以保證零件心部有足夠的塑性和韌性。（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高經熱處理后心部的強度和韌性。Cr還能細化碳化物、提高滲碳層的耐磨性，Ni則對滲碳層和心部的韌性非常有利。整理課件（3）加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素，主要加入少量強碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。除了能阻止?jié)B碳時奧氏體晶粒長大外，還能增加滲碳層硬度，提高耐磨性。整理課件整理課件3、典型鋼種及牌號（1）低淬透性合金滲碳鋼典型鋼種為20Cr。適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、活塞銷、小齒輪等。（2）中淬透性合金滲碳鋼典型鋼種是20CrMnTi。用于制造承受高速中載、要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車、拖拉機上的重要零件。（3）高淬透性合金滲碳鋼典型鋼種為18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A。這類鋼具有很好的韌性，特別是低溫沖擊韌性。用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件。整理課件4、熱處理和組織性能滲碳后直接淬火+低溫回火。熱處理后，表面滲碳層的組織由合金滲碳體與回火馬氏體及少量殘余奧氏體組成，硬度為60～62HRC。整理課件二、氮化鋼1、概述：機械零件經表面氮化處理后，可顯著提高其疲勞強度和耐磨性，還具有抗水、油等介質腐蝕的能力。氮化層在較高溫度下仍能保持其硬度。零件在氮化前，要經過調質熱處理，得到穩(wěn)定的回火索氏體組織，保證使用過程中尺寸穩(wěn)定。氮化溫度低，零件變形小。常用的氮化溫度為510～570℃，表面形成γ′相（Fe4N）和ε相（Fe3-2N）。整理課件2、氮化鋼的合金化特點（1）如果要求表面硬度不超過HV900，可采用鉻、鉬、鎢鋼種；如果表面硬度需要在HV900以上，需要采用含強氮化物形成元素鋁的鋼種。（2）鉻、鉬、錳可使鋼獲得足夠的淬透性。（3）鉬及釩能使鋼在500~580℃之間長時間保溫時保持強度。為了防止或減輕鋼發(fā)生回火脆化，往往須要在氮化鋼中加入0.2～0.5％鉬。整理課件整理課件3、氮化處理提高零件疲勞強度和耐磨性的原因（1）在表面形成高硬度的γ′-（Fe4N）和ε-（Fe3-2N）層；（2）滲入的氮原子與氮化物形成元素形成彌散的合金氮化物，提高表面氮化層的強度和硬度。（3）表面滲入氮原子后體積膨脹，因而在表面產生了殘留壓應力，能抵消外力作用產生的張應力，減少表面疲勞裂紋的產生。整理課件4、氮化鋼典型牌號常用氮化鋼是38CrMoAl。經調質和表面氮化處理后，鋼表面可獲得最高氮化層硬度，達到HV900～1000（HRC65≈HV800）。整理課件第八節(jié)其他機械制造結構鋼

一、彈簧鋼1、用途：合金彈簧鋼主要用于制造各種彈簧和彈性元件。2、性能要求：（1）高彈性極限σe及其高的屈強比σS／σb。（2）高的疲勞強度σr。（3）足夠的塑性和韌性，以免受沖擊時脆斷。（4）較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容易繞卷成型等。整理課件3、彈簧鋼的合金化特點：（1）中、高碳。一般為0.50％～0.70％。碳質量分數過低，強度不足。碳質量分數過高時，塑性、韌性降低，疲勞抗力也下降。（2）加入以Si、Mn為主的提高淬透性的元素。Si和Mn的作用主要是提高淬透性，同時也提高了屈強比，而以Si的作用最突出，但Si在加熱時促進表面脫碳，Mn則使鋼易于過熱。重要用途的合金彈簧鋼必須加入Cr、V、W等元素。整理課件4、鋼種和牌號合金彈簧鋼大致分兩類。（1）以Si、Mn為主要合金元素的合金彈簧鋼代表性鋼種有65Mn和60Si2Mn等這類鋼的價格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼。這類鋼主要用于汽車、拖拉機上的板簧和螺旋彈簧。（2）含Cr、V、W等元素的合金彈簧鋼，典型鋼種為50CrVA。這類鋼可制作在350℃～400℃溫度下承受重載的較大彈簧，如閥門彈簧、高速柴油機的汽門彈簧等。整理課件5、加工、熱處理與性能熱成型彈簧用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬火+中溫（450℃～550℃）回火，獲得回火屈氏體組織。一般用來制作為較大型的彈簧。為了提高彈簧的疲勞壽命，廣泛采用噴丸強化處理。整理課件二、易削鋼在鋼中附加某一種或某幾種元素，使它成為容易被切削加工的鋼，這類鋼稱為易削鋼。常用的附加元素有硫、鉛、鈣、磷等。硫的作用（0.08~0.30%）：

硫在鋼中與錳和鐵可形成（Mn，Fe）S夾雜物，能起減摩作用，降低切屑與刀具之間的摩擦系數，并使切屑不粘附在刀刃上。整理課件鉛的作用（0.15~0.25%）：

鉛在鋼中孤立地呈細小顆粒（約3μm）均勻分布時，能改善切削加工性。與硫易切鋼相比，鉛易切鋼可得到較高的機械性能。鈣的作用（0.001～0.005%）：

微量的鈣能改善鋼在高速切削下的切削加工性。鋼號及表示方法：例如，Y40CrSCa表示硫鈣復合的易切40Cr合金調質鋼。整理課件三、耐磨鋼1、用途及性能要求耐磨鋼主要用于運轉過程中承受嚴重磨損和強烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機鏟斗、破碎機顎板和鐵軌分道叉等。對耐磨鋼的主要要求是有很高的耐磨性和韌性。2、典型鋼種高錳鋼由于機械加工困難，故基本上是鑄態(tài)下使用。典型牌號為ZGMn13及ZGMn13Re。整理課件3、合金化特點（1）高碳：保證鋼的耐磨性和強度。其碳質量分數不超過1.4％。（2）高錳：錳是擴大γ相區(qū)的元素，它和碳配合，保證室溫下完全獲得奧氏體組織，提高鋼的加工硬化率及良好的韌性。錳質量分數為11％～14％。（3）一定量的硅：硅可改善鋼水的流動性，并起固溶強化的作用。其質量分數為0.3％～0.8％。整理課件4、熱處理特點高錳鋼采用水韌處理。即將鋼加熱到1000～1100℃保溫，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。此時鋼的硬度很低（約為210HB），而韌性很高。當工件在工作中受到強烈沖擊或強大壓力而變形時，表面層產生強烈的加工硬化，并且還發(fā)生馬氏體轉變，使硬度顯著提高（約為HB