第6章 工业用钢

2020/1/181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：P9414、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2020/1/182•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2020/1/183第一节概述一、钢的分类1.按用途分类2020/1/1842.按化学成分分类2020/1/1854.按冶炼方法分类5.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2020/1/186一、碳素结构钢二、合金结构钢第四节结构钢2020/1/1871．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2020/1/1881．普通碳素结构钢牌号：如Q235B，表示s≥235MPa，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：S＋F2020/1/189多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁2020/1/18102．优质碳素结构钢牌号：45钢，含C量为45/10000，即ωc%=0.45%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。2020/1/1811汽车曲轴2020/1/18123.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：P＋F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。2020/1/1813轧辊外壳2020/1/1814二、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2020/1/18151．低合金结构钢成分：ωc＜0.2%，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，S＋F2020/1/1816高压容器桥梁船舶车辆2020/1/18172.机械零件用钢1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢2020/1/1818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2020/1/18191．渗碳钢成分：ωc=0.1～0.25%,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。2020/1/1820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2020/1/18212020/1/18222．调质钢成分：ωc=0.25～0.50%，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。2020/1/1823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)。2020/1/1824汽车曲轴2020/1/18251、弹簧的使用条件及性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2020/1/18263．弹簧钢成分：ωc=0.55～0.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能：σe、σs、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。2020/1/1827汽车板簧火车螺旋弹簧热处理热轧弹簧：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2020/1/18284．滚动轴承钢成分：ωc=0.95～1.10%，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。2020/1/1829热处理：球化退火+淬火+低温回火冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。组织：M回＋细碳化物＋少量Ar2020/1/1830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（请链接到工程材料CAI）2020/1/1831一、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2020/1/18322.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2020/1/1833•渗碳件热处理工艺路线：•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2020/1/1834二、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2020/1/1835二）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