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1、工程材料及热成形技术基础,结构钢,主讲人：,机械零件结构钢在淬火高温回火（调制处理）后具有良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。这一类钢称作调质钢。一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性；各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。,调质钢,调质钢：经淬火加高温回火而使用的结构钢,组织特点：回火索氏体,性能特点：综合机械性能好,组织特点：回火索氏体,性能特点：综合机械性能好,回火索氏体：是马氏体于回火时形成的，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素
2、体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。,1、化学成分特点调质钢，一般是指含碳量在0.25-0.5%的中碳钢,合金元素作用为： 提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒：Ti、V 防止第二类回火脆性：W、Mo,2.调质钢的热处理特点,工艺路线：,预备热处理：正火或完全退火,为提高表面耐磨性，调质后可进行表面感应加热淬火及低温回火或氮化。,回火温度与调质钢综合机械性能的关系,当调质钢淬火成马氏体，在450650温度范围内回火时，随着回火温度的升高，硬度、抗拉强度，屈服强度等不断降低，而延伸
3、率、断面收缩率及冲击韧性等不断上升。,弹簧钢,弹簧钢：是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。,高的强度（屈服强度，弹性极限，屈强比）良好的塑性和韧性优良的表面状态和疲劳性能均匀性、稳定性（弹减抗力）良好的淬透性、耐蚀性，不易脱碳,性能特点：,化学成分特点：,中、高碳，一般碳素弹簧钢的碳含量为0.6-0.9%，合金弹簧钢的碳含量为0.5-0.7%。,按照其化学成分分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。,合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 细化晶粒：V,热处理特点：,弹簧成形工艺不同，热处理特点也不同。,减震弹簧,弹簧片,汽车板簧,螺旋弹簧, 热成型弹簧：
4、,弹簧直径或簧板厚度大于10mm时，常采用热态下成形，即将弹簧钢加热至比正常淬火温度高50-80热卷成形，然后利用余热淬火、中温回火，获得回火托氏体（也称回火屈氏体），硬度为40-48HRC。, 冷成型弹簧：,弹簧直径或簧板厚度小于10mm时，常用冷拉弹簧钢丝或弹簧钢带冷卷成形。这种钢丝冷卷弹簧只需进行一次200-300的去应力退火，使弹簧定型即可。,冷拔,冷成型,定型处理,弹簧的表面质量：,板簧喷丸处理示意图,弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法： 防止表面脱碳； 避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表面产生压应力。,C：主要强化元素。含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，塑性和冲击
5、韧性降低。对钢的强度贡献最大的元素, 也是影响弹减抗力最大的元素。Si：固溶强化。能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，能提高钢的回火稳定性、弹减抗力。Mn：提高淬透性，固溶强化。Cr：提高淬透性，阻止Si-Cr钢球化退火的石墨倾向，减轻脱碳倾向。Ni：改善韧性，提高淬透性，抑制腐蚀环境下蚀坑的萌生和扩展。S,P：一般是有害元素，P增加冷脆性，S增加热脆性。Cu：能提高强度和韧性、腐蚀性能。缺点是增加热脆性。,合金元素的作用60Si2MnA（合金）,强度较高，但淬透性较低、淬火变形大，抗松弛性能和耐蚀性能差。 多用作弹簧钢丝。适宜于制造截面较小(15mm)、工作温度较低(120)的弹簧。,
6、典型成分1,70钢（碳素）,典型成分2,60Si2MnA（合金）,用量最大的弹簧钢。淬透性好，具有较高的强度和弹性极限、较高的屈强比、抗松弛能力及回火稳定性。但脱碳倾向大，冷变形塑性低。 主要用于250以下工作的厚度小于10mm、 25mm的各种板簧、螺旋弹簧、安全阀弹簧、减振弹簧、仪表弹簧等。,滚动轴承钢,滚动轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和内外套圈的钢，通常在淬火状态下使用。,滚动轴承钢的概念：,性能要求：,滚动轴承钢必须有高而均匀的硬度、耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，同时在大气和润滑剂中具有一定的抗腐蚀能力。,(轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦),化学成分：,
7、1、0.951.1%C （高碳）2、0.41.65%Cr 淬透性、耐磨性和耐蚀性3、0.450.75%Si 0.951.25%Mn 提高淬透性4、P0.025% S0.025 % 减少夹杂物，提高疲劳寿命,GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn,常用钢号,淬透性：钢在淬火时获取淬硬层深度的能力,热处理特点：,滚动轴承钢是过共析钢。,目的：1、 降低锻造后轴承钢的硬度，便于切削加工 2、 为最终热处理做组织准备，粒状珠光体在加热时渗碳体不容易溶解，得到含碳量为0.450.6%左右的A+未溶渗碳体，渗碳体呈细小球状均匀分布在奥氏体基体上，奥氏体晶粒非常细小，淬火后得到隐针M和均
8、匀分布在M上的未溶碳化物，硬度、接触疲劳强度和耐磨性都很高。,1、球化退火,热处理特点：,淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。当加热温度高于Ac1后，随加热温度升高，会发生如下变化：,2、淬火,1、奥氏体的含碳量,2、残余奥氏体,3、晶粒,随A含碳量不断升高，马氏体硬度不断升高，韧性降低。,残余奥氏体含量不断升高，导致淬火后硬度略有降低。,晶粒不断长大，淬火后组织由隐针M变为粗大透镜状M，强度和韧性降低。,热处理特点：,3、低温回火,淬火和低温回火后，组织为细回火马氏体，均匀分布的细粒状碳化物和少量残留奥氏体，硬度为61-65HRC。,常用钢号及用途：,应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。,Question,1、钢经过调质热处理后形成的组 织是什么？,2、弹簧钢中 加入合金元素的作用有哪些？,回火索氏体,合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 细化晶粒：V,