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1、5.3 5.3 机械结构用钢机械结构用钢 5.3.1 5.3.1 机械结构用钢综述机械结构用钢综述 5.3.2 5.3.2 调质钢与非调质钢调质钢与非调质钢 5.3.3 5.3.3 表面硬化钢表面硬化钢 5.3.4 5.3.4 弹簧钢弹簧钢 5.3.5 5.3.5 滚动轴承钢滚动轴承钢 5.3.6 5.3.6 易切削钢易切削钢 5.3.1 Brief introduction of 5.3.1 Brief introduction of 5.3.1 Brief introduction of 5.3.1 Brief introduction of structural steels struc
2、tural steels structural steels structural steels 结构钢综述结构钢综述结构钢综述结构钢综述 l 机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种，机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种，机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种，机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种，例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等，广例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等，广例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等，广例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等，广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、
3、泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。为更好地识记工业用钢，特对飞机及火箭等装置上。为更好地识记工业用钢，特对飞机及火箭等装置上。为更好地识记工业用钢，特对飞机及火箭等装置上。为更好地识记工业用钢，特对机械结构用钢就以下五个方面作一综述。机械结构用钢就以下五个方面作一综述。机械结构用钢就以下五个方面作一综述。机械结构用钢就以下五个方面作一综述。l l1.1.1.1.工作条件与性能要求工作条件与性能要求工作条件与性能要求工作条件与性能要求l l2.2.2.2.淬透性淬透性淬透性淬透性l l3.3.3.3.MeMeMeM
4、e在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用l l4.4.4.4.碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择l l5.5.5.5.机器结构钢的分类机器结构钢的分类机器结构钢的分类机器结构钢的分类1.1.工作条件与性能要求工作条件与性能要求l 机机机机械械械械结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢主主主主要要要要承承承承受受受受拉拉拉拉、压压压压、弯弯弯弯、扭扭扭扭、冲冲冲冲击击击击、疲疲疲疲劳劳劳劳应应应应力力力力，且且且且往往往往往往往往是是是是几几几几种种种种载载载载荷荷荷荷同同同同时时时时作作作作用用用
5、用。可可可可以以以以是是是是恒恒恒恒载载载载或或或或变变变变载载载载，作作作作用用用用力力力力的的的的方方方方向向向向是是是是单单单单向向向向或或或或反反反反复复复复的的的的。工工工工作作作作环环环环境境境境是是是是大大大大气气气气、水水水水和和和和润润润润滑滑滑滑油油油油，工工工工作作作作温度有的是在高温，有的在低温，有的还受腐蚀介质作用。温度有的是在高温，有的在低温，有的还受腐蚀介质作用。温度有的是在高温，有的在低温，有的还受腐蚀介质作用。温度有的是在高温，有的在低温，有的还受腐蚀介质作用。l l 一一一一般般般般机机机机械械械械零零零零件件件件的的的的主主主主要要要要失失失失效效效效形形
6、形形式式式式是是是是变变变变形形形形、过过过过度度度度磨磨磨磨损损损损和和和和断断断断裂裂裂裂。为为为为保保保保证证证证机机机机械械械械零零零零件件件件正正正正常常常常工工工工作作作作，必必必必须须须须要要要要求求求求有有有有良良良良好好好好的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能，如如如如足足足足够高的强度、塑性、冲击吸收功和疲劳强度等。够高的强度、塑性、冲击吸收功和疲劳强度等。够高的强度、塑性、冲击吸收功和疲劳强度等。够高的强度、塑性、冲击吸收功和疲劳强度等。l l 很很很很显显显显然然然然，欲欲欲欲满满满满足足足足机机机机械械械械结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能要
7、要要要求求求求，必必必必须须须须对对对对其其其其进进进进行行行行热热热热处处处处理理理理强强强强化化化化，才才才才能能能能充充充充分分分分发发发发挥挥挥挥钢钢钢钢材材材材的的的的性性性性能能能能潜潜潜潜力力力力。马马马马氏氏氏氏体体体体相相相相变变变变及及及及随随随随后后后后的的的的回回回回火火火火转转转转变变变变综综综综合合合合应应应应用用用用了了了了固固固固溶溶溶溶强强强强化化化化、沉沉沉沉淀淀淀淀强强强强化化化化、细细细细晶晶晶晶强强强强化化化化和和和和相相相相变变变变强强强强化化化化的的的的机机机机理理理理，是是是是最最最最重重重重要要要要、最最最最经经经经济济济济的的的的强强强强化化
8、化化手手手手段段段段。而而钢钢的的淬淬透透性是此类钢非常重要的工艺性能。性是此类钢非常重要的工艺性能。2.2.2.2.淬透性淬透性淬透性淬透性l 淬淬透透性性对对机机械械结结构构用用钢钢具具有有十十分分重重要要的的意意义义。淬淬透透的的钢钢可可在在工工件件整整个个截截面面上上均均获获得得高高强强度度、高高屈屈强强比比、高高疲疲劳劳强强度度和和高高冲冲击击韧韧度度，以以及低的韧脆转折温度（及低的韧脆转折温度（T TK K）的性能指标的性能指标。l l钢钢中中合合金金元元素素可可明明显显提提高高钢钢的的淬淬透透性性。对对淬淬透透性性要要求求不不高高的的合合金金结结构构钢钢，才才采采用用单单一一的的
9、合合金金元元素素合合金金化化方方案案；要要求求较较高高淬淬透透性性者者均均采采用用多元少量的合金元素综合合金化方法多元少量的合金元素综合合金化方法。3.3.MeMe（合金元素）（合金元素）在机械结构钢中的作用在机械结构钢中的作用l l主加元素：主加元素：MnMn、CrCr、SiSi、NiNi、B B（微量）（微量）l l 提高淬透性，强化铁素体，提高淬透性，强化铁素体，l l 提高综合力学性能提高综合力学性能l 附加元素：附加元素：Ti、V、W、Mo l l 细化晶粒，提高回火稳定性，细化晶粒，提高回火稳定性，l l 抑制第二类回火脆性（抑制第二类回火脆性（WW、MoMo）4.4.碳含量与热处
10、理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择l l 碳碳碳碳是是是是机机机机械械械械结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢中中中中最最最最主主主主要要要要的的的的元元元元素素素素，溶溶溶溶入入入入奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体中中中中的的的的碳碳碳碳含含含含量量量量不不不不仅仅仅仅直直直直接接接接决决决决定了定了定了定了MMMM的硬度，而且对的硬度，而且对的硬度，而且对的硬度，而且对MMMM的形态及回火后的组织性能有很大影响。的形态及回火后的组织性能有很大影响。的形态及回火后的组织性能有很大影响。的形态及回火后的组织性能有很大影响。l l 对对对对不不不不重重重重要要要要的的的的机机机机器器器器零零零零件件件件，
11、当当当当综综综综合合合合力力力力学学学学性性性性能能能能要要要要求求求求不不不不高高高高（硬硬硬硬度度度度229229229229HBWHBWHBWHBW）时，可选用中碳钢经正火即可。时，可选用中碳钢经正火即可。时，可选用中碳钢经正火即可。时，可选用中碳钢经正火即可。l l 表表表表面面面面要要要要求求求求耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性好好好好及及及及高高高高的的的的接接接接触触触触疲疲疲疲劳劳劳劳抗抗抗抗力力力力，整整整整体体体体又又又又承承承承受受受受冲冲冲冲击击击击负负负负荷荷荷荷心心心心部部部部要要要要求求求求较较较较高高高高强强强强韧韧韧韧性性性性的的的的零零零零件件件件，如如如如汽汽汽汽
12、车车车车、拖拖拖拖拉拉拉拉机机机机变变变变速速速速箱箱箱箱齿齿齿齿轮轮轮轮，应应应应选选选选用用用用渗渗渗渗碳碳碳碳钢钢钢钢，即即即即低低低低碳碳碳碳钢或低碳合金钢，采用渗碳、淬火和低温回火的热处理工艺。钢或低碳合金钢，采用渗碳、淬火和低温回火的热处理工艺。钢或低碳合金钢，采用渗碳、淬火和低温回火的热处理工艺。钢或低碳合金钢，采用渗碳、淬火和低温回火的热处理工艺。l l 综综综综合合合合力力力力学学学学性性性性能能能能要要要要求求求求较较较较高高高高的的的的零零零零件件件件，如如如如各各各各类类类类轴轴轴轴、连连连连杆杆杆杆、螺螺螺螺栓栓栓栓等等等等，应应应应选选选选用用用用调调调调质质质质钢
13、钢钢钢，即即即即中中中中碳碳碳碳钢钢钢钢或或或或中中中中碳碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢，采采采采用用用用调调调调质质质质处处处处理理理理，使使使使其其其其获获获获得得得得较较较较高高高高强强强强度度度度的的的的同同同同时时时时也也也也有较高的韧度。有较高的韧度。有较高的韧度。有较高的韧度。l l 较较较较高高高高碳碳碳碳含含含含量量量量的的的的碳碳碳碳素素素素钢钢钢钢和和和和合合合合金金金金钢钢钢钢属属属属于于于于弹弹弹弹簧簧簧簧钢钢钢钢，可可可可用用用用来来来来制制制制造造造造弹弹弹弹簧簧簧簧，为为为为了了了了保保保保证证证证弹簧钢的高弹性极限和疲劳强度，弹簧钢的高弹性极限和疲劳强度，弹簧
14、钢的高弹性极限和疲劳强度，弹簧钢的高弹性极限和疲劳强度，应采用淬火应采用淬火应采用淬火应采用淬火+中温回火的热处理工艺中温回火的热处理工艺中温回火的热处理工艺中温回火的热处理工艺。l l 滚滚滚滚动动动动轴轴轴轴承承承承应应应应选选选选用用用用高高高高碳碳碳碳的的的的滚滚滚滚动动动动轴轴轴轴承承承承钢钢钢钢制制制制作作作作，经经经经淬淬淬淬火火火火+低低低低温温温温回回回回火火火火后后后后的的的的轴轴轴轴承承承承，具有高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力以及适当的韧度。具有高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力以及适当的韧度。具有高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力以及适当的韧度。具有高硬度、高耐磨性
15、和高的接触疲劳抗力以及适当的韧度。合金结构钢的成分特点合金结构钢的成分特点5.5.5.5.机械结构用钢的分类与典型钢号机械结构用钢的分类与典型钢号机械结构用钢的分类与典型钢号机械结构用钢的分类与典型钢号l l按热处理工艺特点和用途不同，将其分为调质钢、表面硬化按热处理工艺特点和用途不同，将其分为调质钢、表面硬化按热处理工艺特点和用途不同，将其分为调质钢、表面硬化按热处理工艺特点和用途不同，将其分为调质钢、表面硬化钢（渗碳钢、渗氮钢）、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢以及钢（渗碳钢、渗氮钢）、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢以及钢（渗碳钢、渗氮钢）、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢以及钢（渗碳钢、渗氮钢）、
16、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢以及铸钢等。铸钢等。铸钢等。铸钢等。l li.i.i.i.调质钢（调质钢（调质钢（调质钢（45454545，40404040CrCrCrCr，40CrNiMoA40CrNiMoA40CrNiMoA40CrNiMoA）l lii.ii.ii.ii.表面硬化钢（表面硬化钢（表面硬化钢（表面硬化钢（20202020CrCrCrCr，20202020CrMnTi,38CrMoAlACrMnTi,38CrMoAlACrMnTi,38CrMoAlACrMnTi,38CrMoAlA）l liii.iii.iii.iii.弹簧钢（弹簧钢（弹簧钢（弹簧钢（65Mn,60Si2Mn,5
17、0CrVA65Mn,60Si2Mn,50CrVA65Mn,60Si2Mn,50CrVA65Mn,60Si2Mn,50CrVA）l liv.iv.iv.iv.滚动轴承钢（滚动轴承钢（滚动轴承钢（滚动轴承钢（GCr15GCr15GCr15GCr15）l lv.v.v.v.易切削钢（易切削钢（易切削钢（易切削钢（Y40CrSCaY40CrSCaY40CrSCaY40CrSCa）l lvi.vi.vi.vi.铸钢（铸钢（铸钢（铸钢（ZG200-400ZG200-400ZG200-400ZG200-400）5.3.2 5.3.2 调质钢与非调质钢调质钢与非调质钢 l l调质钢一般指经调质处理后使用的中碳
18、钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。l l1.1.1.1.工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求l l如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等，如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等，如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等，如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等，在多种应力负荷下工在多种应力负荷下工在多种应力负荷下工在多种应力负荷下工作的，受力较复杂，有时
19、还受到冲击载荷作用作的，受力较复杂，有时还受到冲击载荷作用作的，受力较复杂，有时还受到冲击载荷作用作的，受力较复杂，有时还受到冲击载荷作用，在轴颈或花键等部位还存在在轴颈或花键等部位还存在在轴颈或花键等部位还存在在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦较剧烈摩擦较剧烈摩擦较剧烈摩擦。l l其其其其主要失效形式有主要失效形式有主要失效形式有主要失效形式有：主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的：主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的：主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的：主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的疲劳疲劳疲劳疲劳断裂，断裂，断裂，断裂，以及由于工件的塑韧性不足而导致的以及
20、由于工件的塑韧性不足而导致的以及由于工件的塑韧性不足而导致的以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性断裂；脆性断裂；脆性断裂；脆性断裂；在摩擦副的在摩擦副的在摩擦副的在摩擦副的配合处承配合处承配合处承配合处承受强烈摩擦磨损受强烈摩擦磨损受强烈摩擦磨损受强烈摩擦磨损，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等过度磨损等过度磨损等过度磨损等。l l因此，其力学性能为因此，其力学性能为因此，其力学性能为因此，其力学性能为高的屈服点和疲劳强度，良好的冲击韧度和塑性，高的屈服点和疲劳强度，良
21、好的冲击韧度和塑性，即即具有良好的综合力学性能。同时，还要考虑断裂韧度和疲劳裂纹扩具有良好的综合力学性能。同时，还要考虑断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率等性能。展速率等性能。一般调质钢的性能范围大致为：一般调质钢的性能范围大致为：b b8008001200MPa1200MPa，S S7007001000MPa1000MPa，8 81515，K K6060120J/cm120J/cm2 2，T TK K4040。连杆螺栓及热处理工艺连杆螺栓及热处理工艺连杆螺栓及热处理工艺连杆螺栓及热处理工艺曲轴曲轴曲轴曲轴高强螺栓高强螺栓高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮齿轮齿轮 轴套类
22、轴套类破碎机主轴破碎机主轴破碎机主轴破碎机主轴调质件调质件调质件调质件（螺杆）（螺杆）（螺杆）（螺杆）柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 轮盘类（轮盘类（轮辐，齿轮，键槽等轮辐，齿轮，键槽等）2.2.化学成分特点化学成分特点l l（1 1 1 1）中碳）中碳）中碳）中碳l l（2 2 2 2）合金化原则）合金化原则）合金化原则）合金化原则 主加元素：主加元素：主加元素：主加元素：CrCrCrCr、NiNiNiNi、MnMnMnMn、SiSiSiSi及微量及微量及微量及微量B B B B等，等，等，等，主要作用为提高淬透性，强化主要作用为提高淬透性，强化主要作用为提高淬透性，强化主
23、要作用为提高淬透性，强化F F F F；辅加元素：辅加元素：辅加元素：辅加元素：WWWW、MoMoMoMo、V V V V、TiTiTiTi等，主要作用为细化晶粒、进一步等，主要作用为细化晶粒、进一步等，主要作用为细化晶粒、进一步等，主要作用为细化晶粒、进一步提高钢的淬透性，提高钢的淬透性，提高钢的淬透性，提高钢的淬透性，WWWW、MoMoMoMo还起着防止第二类回火脆性作用。还起着防止第二类回火脆性作用。还起着防止第二类回火脆性作用。还起着防止第二类回火脆性作用。另外另外另外另外WWWW、MoMoMoMo、V V V V、CrCrCrCr、SiSiSiSi等还可有效提高钢的回火稳定性。等还可
24、有效提高钢的回火稳定性。等还可有效提高钢的回火稳定性。等还可有效提高钢的回火稳定性。l3.3.热处理特点热处理特点l l（1 1 1 1）预先热处理）预先热处理）预先热处理）预先热处理 退火或正火。退火或正火。退火或正火。退火或正火。l l（2 2 2 2）最终热处理最终热处理最终热处理最终热处理 调质（组织为调质（组织为调质（组织为调质（组织为回火索氏体）或调质局部表面淬火、回火索氏体）或调质局部表面淬火、回火索氏体）或调质局部表面淬火、回火索氏体）或调质局部表面淬火、低温回火。低温回火。低温回火。低温回火。回火索氏体回火索氏体回火索氏体回火索氏体4.4.常用调质钢常用调质钢（如表（如表（如
25、表（如表5-105-105-105-10所示）所示）所示）所示）l l（1 1 1 1）低透性调质钢（）低透性调质钢（）低透性调质钢（）低透性调质钢（D0D0D0D0油油油油3030303040mm40mm40mm40mm）如如4545（U20452U20452）、）、40Cr40Cr（A20402A20402）等；）等；l（2 2 2 2）中淬透性调质钢（）中淬透性调质钢（）中淬透性调质钢（）中淬透性调质钢（D0D0D0D0油油油油4040404060mm60mm60mm60mm ）如如42CrMo42CrMo（A30352)A30352)、38CrMoAlA(A33382)38CrMoAl
26、A(A33382)等等l l（3 3 3 3）高淬透性调质钢（）高淬透性调质钢（）高淬透性调质钢（）高淬透性调质钢（D0D0D0D0油油油油60mm60mm60mm60mm）如如40CrNiMoA(A50403)40CrNiMoA(A50403)等。等。l l某某某某40Cr40Cr40Cr40Cr钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路线如下所示艺路线如下所示艺路线如下所示艺路线如下所示:下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造正火正火正火正火粗机加工粗机加工粗机加工粗机加工调质调质调
27、质调质精加工精加工精加工精加工装配。装配。装配。装配。表表表表5-10 5-10 5-10 5-10 常用调质钢的牌号、热处理、性能与用途常用调质钢的牌号、热处理、性能与用途常用调质钢的牌号、热处理、性能与用途常用调质钢的牌号、热处理、性能与用途5.5.调质零件用钢的新进展调质零件用钢的新进展l l低碳马氏体钢低碳马氏体钢表表表表5-11 5-11 5-11 5-11 低碳马氏体低碳马氏体低碳马氏体低碳马氏体15MnVB15MnVB15MnVB15MnVB钢与调质钢与调质钢与调质钢与调质40Cr40Cr40Cr40Cr钢性能对比钢性能对比钢性能对比钢性能对比钢钢钢钢号号号号状状状状态态态态硬度
28、硬度硬度硬度/HRC/HRC/HRC/HRCb b b b/MPaMPaMPaMPas s s s/MPaMPaMPaMPa5 5 5 5/%/%/%/%/%/%/%/%a a a aK K K K/J/J/J/J cmcmcmcm-2-2-2-2a a a aK K K K（-50505050）/J/J/J/J cmcmcmcm-2-2-2-215MnVB15MnVB15MnVB15MnVB40Cr40Cr40Cr40Cr低碳低碳低碳低碳M M M M调质态调质态调质态调质态43434343383838381353135313531353100010001000100011331133113
29、3113380080080080012.612.612.612.69 9 9 95151515145454545959595956060606070707070404040406.6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢何谓何谓何谓何谓“微合金化非调质钢微合金化非调质钢微合金化非调质钢微合金化非调质钢”？l从从广广义义上上说说，在在制制造造和和应应用用过过程程中中，通通过过采采用用微微合合金金化化（V V、TiTi、NbNb、N N等等）、控控制制轧轧制制（控控锻锻）和和控控制制冷冷却却等等强强韧韧化化方方法法，在在F F和和P P中中弥弥散散析析出出碳碳氮氮化化合合物物为为强强化化相相，取取消消
30、了了调调质质热热处处理理，而而能能达达到到或或接接近近调调质质钢钢性性能能的的优优质质或或特特殊殊质质量量钢钢，即即为为“微微微微合合合合金化非调质钢金化非调质钢金化非调质钢金化非调质钢”（简称（简称（简称（简称“非调质钢非调质钢非调质钢非调质钢”）。）。）。）。l 在在轧轧制制或或正正火火状状态态下下使使用用的的高高强强度度钢钢，其其显显微微组组织织主主要要是是F FP P。提提高高非非调调质质钢钢强强度度的的方方法法，主主要要是是通通过过添添加加合合金金元元素素和和轧轧制制、细细化化组组织织。在在低低合合金金钢钢的的范范围围内内，通通过过添添加加合合金金元元素素所所增增加加的的强强度度一一
31、般般与与元元素素的的添添加加量量呈呈正正比比。常常采采用用对对于于焊焊接接性性影影响响较较小小而而又又廉廉价价的的SiSiSiSi、MnMnMnMn作作作作为为为为非非非非调调调调质质质质钢钢钢钢主主主主要要要要合合合合金金金金元元元元素素素素。通通通通过过过过控控控控制制制制轧轧轧轧制制制制也也也也可可可可细细细细化化化化组组组组织织织织，提提提提高高高高非非非非调调调调质质质质钢钢钢钢的的的的强强强强韧韧韧韧性性性性。还还因因为为钢钢中中珠珠光光体体P P有有损损于于钢钢的的韧韧性性，故故在在要要求求高高韧韧性性的的情情况况下下希希望望尽尽尽尽量量量量降降降降低低低低钢钢钢钢中中中中的的的
32、的碳碳碳碳，以以减减少少P P量量，P P量量少少的的低低碳碳钢钢叫叫少少P P钢钢；碳碳含含量量很很低低以以致致于于完完全全消消除除P P的的钢钢叫叫无无P P钢钢，这这种种钢钢显显著著改改善善了了钢钢的的韧韧性和焊接性。性和焊接性。6.6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢l我国已在多种型号的汽车曲轴、连杆上成功应用微合金非调质钢，例如我国已在多种型号的汽车曲轴、连杆上成功应用微合金非调质钢，例如我国一气我国一气CA15CA15型汽车发动机曲轴采用非调质钢型汽车发动机曲轴采用非调质钢YF45VYF45V代替原代替原4545钢正火或钢正火或调质，其力学性能（如表调质，其力学性能（如表5-910
33、5-910所示）符合所示）符合CA15CA15曲轴产品要求。中碳微曲轴产品要求。中碳微合金非调质钢的开发应用有着广阔的发展前景。合金非调质钢的开发应用有着广阔的发展前景。l l表表表表5-15-11 1 非调质钢与调质钢力学性能的对比非调质钢与调质钢力学性能的对比非调质钢与调质钢力学性能的对比非调质钢与调质钢力学性能的对比材料材料材料材料b b b b/MpaMpaMpaMpas s s s/MPaMPaMPaMPa5 5 5 5/%/%/%/%/%A A A AK K K K/J/J/J/J硬度硬度硬度硬度/HB/HB/HB/HBW W W WYF45VYF45VYF45VYF45V（非（非
34、（非（非调质钢调质钢调质钢调质钢）45454545（正火）（正火）（正火）（正火）45454545（调质调质调质调质）77977977977965265265265278478478478447347347347336036036036051951951951916.516.516.516.523.023.023.023.019.019.019.019.03333333340404040434343432727272735353535868686862202202202202402402402401701701701701951951951952102102102102402402402406
35、.6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢l微合金化非调质钢的特点微合金化非调质钢的特点在于简化生产工艺，取消淬火高温回火工序，在于简化生产工艺，取消淬火高温回火工序，减少淬火变形及矫正的工作量，从而达到降低能耗和生产成本的目的；同减少淬火变形及矫正的工作量，从而达到降低能耗和生产成本的目的；同时其仍具有很好的使用性能，如强韧性、抗疲劳和耐磨损性能等。时其仍具有很好的使用性能，如强韧性、抗疲劳和耐磨损性能等。微合金微合金化非调质钢与合金调质钢相比，还有化非调质钢与合金调质钢相比，还有合金元素用量少合金元素用量少合金元素用量少合金元素用量少的特点。的特点。l下下图图所所示示为为调调质质钢钢（b b图
36、图）和和非非调调质质钢钢（a a图图）这这两两类类钢钢典典型型的的生生产产工工艺艺流流程程。由由比比较较可可见见，非非调调质质钢钢由由于于取取消消了了淬淬火火回回火火等等工工序序，从从而而简简化化了了生生产产工工艺艺流流程程，提提高高材材料料利利用用率率，改改善善零零件件质质量量，降降低低能能耗耗和和制制造造成成本本（25%25%38%38%），减少污染，绿色环保。），减少污染，绿色环保。图图图图5-*1 5-*1 5-*1 5-*1 非调质钢非调质钢非调质钢非调质钢（a a a a）与调质钢（）与调质钢（）与调质钢（）与调质钢（b b b b）典型的生产工艺流程典型的生产工艺流程典型的生产工
37、艺流程典型的生产工艺流程表表5-*2 5-*2 微合金化非调质钢的分类微合金化非调质钢的分类按加工工艺按加工工艺按加工工艺按加工工艺分类分类分类分类热热锻锻微微合合金金非非调调质质钢钢，直直接接切切削削微微合合金金非非调调质质钢钢，冷冷作强化微合金非调质钢等。作强化微合金非调质钢等。按产品形状按产品形状按产品形状按产品形状分类分类分类分类微合金非调质钢棒材，板材，管材及线材等。微合金非调质钢棒材，板材，管材及线材等。按性能特征按性能特征按性能特征按性能特征分类分类分类分类高高强强度度微微合合金金非非调调质质钢钢，高高韧韧性性微微合合金金非非调调质质钢钢，高高强强高高韧韧微合金非调质钢及表面强化
38、微合金非调质钢等。微合金非调质钢及表面强化微合金非调质钢等。按切削加工性能按切削加工性能按切削加工性能按切削加工性能分类分类分类分类易易切切削削微微合合金金非非调调质质钢钢，对对切切削削性性能能无无特特殊殊要要求求的的微微合金非调质钢等。合金非调质钢等。按组织特征按组织特征按组织特征按组织特征分类分类分类分类铁铁素素体体-珠珠光光体体微微合合金金非非调调质质钢钢，晶晶内内铁铁素素体体微微合合金金非非调调质质钢钢，低低碳碳贝贝氏氏体体微微合合金金非非调调质质钢钢与与低低碳碳马马氏氏体体微微合金非调质钢等。合金非调质钢等。按加工方法的不同，将非调质机械结构钢分为：按加工方法的不同，将非调质机械结构
39、钢分为：按加工方法的不同，将非调质机械结构钢分为：按加工方法的不同，将非调质机械结构钢分为：类类类类 型型型型钢钢钢钢 号号号号 举举举举 例例例例钢号表示方法说明钢号表示方法说明钢号表示方法说明钢号表示方法说明易切削非调质钢易切削非调质钢易切削非调质钢易切削非调质钢YF35VYF35VYF35VYF35V，YF45MnVYF45MnVYF45MnVYF45MnV，YF35MnVYF35MnVYF35MnVYF35MnV，YF40VYF40VYF40VYF40V，YF45VYF45VYF45VYF45V，YF40MnVYF40MnVYF40MnVYF40MnVYFYF表表示示易易切切削削微微合
40、合金金非调质钢非调质钢热锻用非调质钢热锻用非调质钢热锻用非调质钢热锻用非调质钢F45VF45VF45VF45V，F35MnVF35MnVF35MnVF35MnV，F40MnVF40MnVF40MnVF40MnVF F表表示示热热锻锻用用微微合合金金非非调质钢调质钢冷作强化非调质钢冷作强化非调质钢冷作强化非调质钢冷作强化非调质钢LFLFLFLF表表示示冷冷作作强强化化微微合合金金非非调质钢调质钢高强高韧非调质钢高强高韧非调质钢高强高韧非调质钢高强高韧非调质钢GFGFGFGFGFGF表表示示高高强强度度高高韧韧性性非非调调质钢质钢非调质钢的冶金工艺特点非调质钢的冶金工艺特点l i i冶冶炼炼 冶冶
41、炼炼非非调调质质钢钢时时，均均要要首首先先充充分分脱脱氧氧，然然后后再再进进行行合合金金化化。保保证证钢钢中中含含有有稳稳定定和和适适量量的的N N，对对控控制制微微合合金金非非调调质质钢钢的的性性能能是是十十分分重重要要的的。非非调调质质钢钢在在冶冶炼炼时时常常加加入入AlAl、TiTi等等元元素素，通通过过析析出出AlNAlN、TiNTiN来来钉钉扎扎A A晶晶界界，提提高高A A晶晶粒粒长长大大激激活活能能量量，在在加加热热时时阻阻止止晶晶粒粒长长大大，在在形形变变过过程程中中抑抑制制A A再再结结晶晶，细化细化A A晶粒。微合金元素的复合加入比单独加入作用更大。晶粒。微合金元素的复合加
42、入比单独加入作用更大。lii ii轧轧制制(锻锻制制)微微合合金金化化与与控控制制轧轧制制(锻锻制制)、控控制制冷冷却却相相结结合合，才才能能充充分分发发挥挥微微合合金金化化元元素素的的作作用用，才才能能达达到到最最佳佳的的强强韧韧化化效效果果。对对于于轧轧制制(锻锻制制)并并经经切切削削加加工工后后使使用用的的非非调调质质钢钢来来说，轧制说，轧制(锻制锻制)工艺将决定零件的最终性能。工艺将决定零件的最终性能。6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢非调质钢的性能特点非调质钢的性能特点l i i力力学学性性能能 可可可可具具具具有有有有与与与与碳碳碳碳素素素素及及及及合合合合金金金金结结结结构构构
43、构钢钢钢钢调调调调质质质质后后后后一一一一样样样样强强强强度度度度。虽虽虽虽然然然然其其其其韧韧韧韧性性性性稍稍稍稍差差差差，但但但但在在在在采采采采取取取取某某某某些些些些韧韧韧韧化化化化措措措措施施施施后后后后，也也也也已已已已达达达达相相相相应应应应韧韧韧韧性性性性水水水水平平平平。与与与与调调调调质质质质状状状状态态态态使使使使用用用用的的的的机机机机械械械械结结结结构构构构钢钢钢钢相相相相比比比比，微微微微合合合合金金金金非非非非调调调调质质质质钢钢钢钢对对对对尺尺尺尺寸寸寸寸(体体体体积积积积)效效效效应应应应不不不不敏敏敏敏感感感感，使使使使其其其其力力力力学学学学性性性性能能能
44、能、尤尤尤尤其其其其硬硬硬硬度度度度值值值值在在在在零零零零件截面上的分布比较均匀，这一点对于大型零、部件来说尤为可贵和重要。件截面上的分布比较均匀，这一点对于大型零、部件来说尤为可贵和重要。件截面上的分布比较均匀，这一点对于大型零、部件来说尤为可贵和重要。件截面上的分布比较均匀，这一点对于大型零、部件来说尤为可贵和重要。l lii ii工工艺艺性性能能 良良好好的的切切削削加加工工性性能能。在在硬硬度度相相同同的的情情况况下下，具具有有F-PF-P组组织织的的非非调调质质钢钢，其其其其切切切切削削削削加加加加工工工工性性性性能能能能比比比比具具具具有有有有回回回回火火火火S S S S组组组
45、组织织织织的的的的调调调调质质质质机机机机械械械械结结结结构构构构钢钢钢钢好好好好。为为了了进进一一步步改改善善非非调调质质钢钢的的切切削削加加工工性性能能，可可可可适适适适量量量量单单单单独独独独添添添添加加加加某某某某种种种种易易易易切切切切削削削削元元元元素素素素，如如如如S S S S或或或或PbPbPbPb以以以以及及及及CaCaCaCa、Te(Te(Te(Te(碲碲碲碲)、Se(Se(Se(Se(硒硒硒硒)等，或者复合添加这些元素。等，或者复合添加这些元素。等，或者复合添加这些元素。等，或者复合添加这些元素。l 良良好好的的表表面面强强化化特特性性。很很多多机机械械零零件件，为为提
46、提高高其其表表面面的的耐耐磨磨性性和和疲疲劳劳强强度度，都都进进行行表表面面强强化化处处理理。非非非非调调调调质质质质钢钢钢钢具具具具有有有有良良良良好好好好的的的的高高高高、中中中中频频频频感感感感应应应应加加加加热热热热淬淬淬淬火火火火特特特特性性性性。与与与与同同同同等等等等强强强强度度度度级级级级别别别别的的的的调调调调质质质质钢钢钢钢相相相相比比比比，在在在在同同同同样样样样氮氮氮氮化化化化和和和和软软软软氮氮氮氮化化化化工工工工艺艺艺艺条条条条件件件件下下下下，非非非非调调调调质质质质钢钢钢钢的的的的渗渗渗渗层层层层可可可可以以以以得得得得到到到到更更更更高高高高的的的的硬硬硬硬度
47、度度度；更更更更深深深深的的的的渗渗渗渗层层层层深深深深度度度度；氮氮氮氮化化化化处处处处理理理理后后后后，心心心心部部部部硬硬硬硬度度度度也也也也不不不不降降降降低低低低。试试验验表表明明，非非调调质质钢钢具有良好的表面强化特性。具有良好的表面强化特性。6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢非调质钢的组织特征非调质钢的组织特征l非调质钢的组织主要是：非调质钢的组织主要是：铁素体铁素体(F)(F)珠光体（珠光体（P P）+弥散析出的弥散析出的碳化物（碳化物（K K）l强化的主要作用是细化组织和相间沉淀析强化的主要作用是细化组织和相间沉淀析出。出。6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢 晶内析出晶内
48、析出晶内析出晶内析出F F F F型非调质钢型非调质钢型非调质钢型非调质钢，是近年来新开发的一种高强高韧性非调质，是近年来新开发的一种高强高韧性非调质钢。针对一般非调质钢的韧性偏低，采用适当增加钢。针对一般非调质钢的韧性偏低，采用适当增加S S含量（含量（w(S)w(S)约约0.06%0.06%），可使），可使A A晶粒细化，在晶粒细化，在12001200高温下，晶粒度可达高温下，晶粒度可达5 5级，韧性提级，韧性提高。而当细小高。而当细小MnSMnS和和TiNTiN同时存在时，其复合效应可使同时存在时，其复合效应可使A A晶粒在晶粒在12001200以以上仍维持上仍维持6 6级。其原因在于，
49、一方面级。其原因在于，一方面MnSMnS和和TiNTiN在高温下溶解度小，可有效在高温下溶解度小，可有效阻止晶粒长大；另一方面在钢冷却过程中，阻止晶粒长大；另一方面在钢冷却过程中，MnSMnS粒子上有粒子上有VNVN、TiNTiN析出，析出，并以此作为并以此作为F F的形核核心，促进了晶内的形核核心，促进了晶内F F（Inter-granular FerriteInter-granular Ferrite，IGFIGF）的形成，有效细化晶粒，由此发展了高强高韧新型的形成，有效细化晶粒，由此发展了高强高韧新型F-PF-P非调质钢。非调质钢。IGFIGF钢中钢中的先共析的先共析F F大量、细小地在
50、大量、细小地在A A晶粒内部析出，起到分割原晶粒内部析出，起到分割原A A晶粒，细化组织晶粒，细化组织的有效作用，从而显著改善钢的强韧性的有效作用，从而显著改善钢的强韧性。6.微合金化非调质钢微合金化非调质钢5.3.3 Case hardening steels5.3.3 Case hardening steels 表面硬化钢表面硬化钢 l l1.1.概述概述 l此类钢适于制造通过某种热处理工艺使零件表面坚硬耐磨而此类钢适于制造通过某种热处理工艺使零件表面坚硬耐磨而心部韧性适当的零件，由于表层具有较高的残余压应力而使其心部韧性适当的零件，由于表层具有较高的残余压应力而使其疲劳性能显著提高。欲达