金属合金钢研究.pptx

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1、第第三三章章 碳钢碳钢第二部分各种工具、结构及合金钢第第四四章章 高强度低合金钢高强度低合金钢第第五五章章 机械制造用结构钢机械制造用结构钢第第六六章章 超高强度钢超高强度钢第第七七章章 工具钢工具钢第第八八章章 耐热耐热钢钢第1页/共65页第三章 碳钢3.1 3.1 3.1 3.1 概述概述 3.2 3.2 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素3.3 3.3 3.3 3.3 强度分级强度分级第四章 高强度低合金钢4.1 4.1 4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 4.2 4.2 合金化合金化4.3 4.3 4.3 4.3 分类分类第2页/共65页第五章 机械制造用结构钢5.1 5.

2、1 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 5.2 5.2 调质钢调质钢5.3 5.3 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢 5.4 5.4 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第3页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢:以铁碳合金为基础以铁碳合金为基础,含有少量含有少量Mn,Mn,Si,S,P,Si,S,P,称为常存元素称为常存元素也可能含有也可能含有CuCu、CrCr、NiNi、MoMo、V V、TiTi等，等，视原料情况不同。视原料情况不同。气体元素：气体元素：N N、H H、O O，取决于冶炼方法和工艺取决于冶炼方法和工艺 碳钢 3.1 3.1 概述概述第4页/共65页3 3 3 3

3、碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢的机械性能主要碳钢的机械性能主要决定于含碳量，即主决定于含碳量，即主要决定于显微组织。要决定于显微组织。0.1%0.1%碳碳 25HB25HB含碳量对热轧碳钢机械含碳量对热轧碳钢机械性能的影响性能的影响 碳对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素第5页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢MnMn：来源于炼钢过程中锰铁的脱氧和脱硫：来源于炼钢过程中锰铁的脱氧和脱硫后的残余，钢中一般必须含有一定的锰。后的残余，钢中一般必须含有一定的锰。碳钢中一般为碳钢中一般为0.25-0.5%0.25-0.5%或或0.3-0.6%0.3-0.6%。MnMn大部分固溶

4、在铁素体中，大部分固溶在铁素体中，固溶强化，固溶强化，增大增大过冷奥氏体的稳定性。过冷奥氏体的稳定性。含碳量高，提高含碳量高，提高MnMn量，利于淬火。量，利于淬火。0.3-0.5%c0.3-0.5%c，MnMn提到提到0.5-0.8%,0.5-0.8%,增加淬透性增加淬透性 锰对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素少部分和渗碳体结合，影响不大。少部分和渗碳体结合，影响不大。第6页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢SiSi：强脱氧元素，仅次于：强脱氧元素，仅次于AlAl，0.35%0.35%。形成形成SiOSiO2 2，造渣或夹杂。，造渣或夹杂。SiSi在钢中不

5、形成碳化物，也不溶于渗碳体，在钢中不形成碳化物，也不溶于渗碳体，基本全部固溶于铁素体中。基本全部固溶于铁素体中。固溶强化，固溶强化，对强度稍有贡献对强度稍有贡献。硅对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素第7页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢S S：来自原料中的杂质。室温下基本不溶于铁素体：来自原料中的杂质。室温下基本不溶于铁素体高温形成高温形成Fe-FeS-FeOFe-FeS-FeO共共晶，分布在奥氏体晶界，晶，分布在奥氏体晶界，低熔点共晶溶化。低熔点共晶溶化。“热脆热脆”。硫对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素Fe-SFe-S二元相

6、图二元相图第8页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢S S和和MnMn形成形成MnSMnS，熔点，熔点16201620，消除热脆。，消除热脆。但形成夹杂。但形成夹杂。硫对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素有害元素，有害元素，碳钢中碳钢中0.05%0.05%，优质碳钢，优质碳钢0.035%,0.035%,特殊优质钢特殊优质钢0.025%0.025%。MnSMnS夹杂导致切屑易断，减小切削力，减轻刀具磨夹杂导致切屑易断，减小切削力，减轻刀具磨损。易切削钢含硫量损。易切削钢含硫量0.08-0.15%0.08-0.15%，最高，最高0.33%0.33%。第9页/共65页

7、3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢 磷对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素P P：来自原料中的杂质，碳钢中限定：来自原料中的杂质，碳钢中限定0.045%0.045%。室温下铁素体中最大溶解度为室温下铁素体中最大溶解度为0.7%0.7%。钢中的碳剧烈降低铁素体中磷的溶解度。钢中的碳剧烈降低铁素体中磷的溶解度。磷在钢液凝固过程中极易偏析，在晶界形成富磷在钢液凝固过程中极易偏析，在晶界形成富磷区域，造成钢在低温和室温脆性，磷区域，造成钢在低温和室温脆性，“冷脆冷脆”。易切削钢含易切削钢含P P量量0.08-0.15%0.08-0.15%改善切削性能；改善切削性能；建筑用钢中加

8、入建筑用钢中加入0.1-0.15%0.1-0.15%，提高抗大气腐蚀能力，提高抗大气腐蚀能力第10页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢 氮对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素N N：炼钢过程中来自大气。：炼钢过程中来自大气。铁素体中溶解的过饱和铁素体中溶解的过饱和N N在在200-250200-250时效析出，时效析出，析出析出FeFe4 4N N，形成，形成“蓝脆蓝脆”（钢在（钢在300300形成表面蓝色的薄氧化膜）形成表面蓝色的薄氧化膜）加入加入AlAl或或TiTi，使，使N N形成氮化物形式析出。形成氮化物形式析出。第11页/共65页3 3 3 3 碳钢

9、碳钢碳钢碳钢 氢对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素H H：炼钢过程中来自潮湿空气。：炼钢过程中来自潮湿空气。固溶于铁素体形成固溶于铁素体形成“氢脆氢脆”钢材产生钢材产生“白点白点”，显著降低塑性和韧性。，显著降低塑性和韧性。第12页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢 铜对碳钢机械性能的影响 3.2 3.2 碳和常存元素碳和常存元素武钢原料中含有铜。武钢原料中含有铜。热轧形成表面鱼鳞状开裂：热轧形成表面鱼鳞状开裂：选择氧化形成富铜层，溶解的铜沿晶界向内扩散，选择氧化形成富铜层，溶解的铜沿晶界向内扩散，造成热变形脆裂。造成热变形脆裂。含铜含铜0.2-0.4%0.

10、2-0.4%抗大气腐蚀。耐候钢抗大气腐蚀。耐候钢第13页/共65页Fe-CuFe-Cu相图相图第14页/共65页3 3 3 3 碳钢碳钢碳钢碳钢3.3 3.3 强度强度分级分级按屈服强度按屈服强度ss分为分为5 5个级别个级别:Q195,Q215,Q235,Q255,Q275如Q235:C Mn Si S P s(Mpa)bs(Mpa)b(Mpa)(Mpa)0.14 0.14 0.22 0.22 0.30 0.65 0.30 0.05 0.045 235 375 460第15页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 “高强度高强度”是对应于普通碳结构

11、钢而言，是对应于普通碳结构钢而言，其屈服强度规定不小于其屈服强度规定不小于235MN/m2235MN/m2，抗拉强，抗拉强度规定为度规定为375460 MN/m2375460 MN/m2；“低合金低合金”是指钢中合金元素一般总含量是指钢中合金元素一般总含量不超过不超过5%5%。其英文简写成。其英文简写成HSLA SteelsHSLA Steels。高强度低合金钢 4.1 4.1 概述概述第16页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 HSLA HSLA发展的几个阶段：发展的几个阶段：发展阶段 4.1 4.1 概述概述 1.1.单一加单一加1.5%1.

12、5%锰的低碳钢，含碳量最高为锰的低碳钢，含碳量最高为0.25%0.25%。这种钢的强度级别。这种钢的强度级别(屈服强度屈服强度)只能达到只能达到345 MN/m345 MN/m2 2.2.2.微合金化：加入钒、铌和钛，不仅有细化微合金化：加入钒、铌和钛，不仅有细化晶粒作用，而且因为能够形成碳化物在铁素体晶粒作用，而且因为能够形成碳化物在铁素体中沉淀，而产生弥散强化作用，这样就可以把中沉淀，而产生弥散强化作用，这样就可以把钢的含碳量降低到钢的含碳量降低到0.15%0.15%以下。以下。3.3.微合金化与控制轧制工艺相结合：可更充分微合金化与控制轧制工艺相结合：可更充分发挥合金元素的作用，发挥组织

13、对性能影响的发挥合金元素的作用，发挥组织对性能影响的潜力，从而获得高强度、足够的韧性和其他综潜力，从而获得高强度、足够的韧性和其他综合性能优异的钢种。合性能优异的钢种。第17页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 性能要求 4.1 4.1 概述概述1.1.较高强度：较高强度：2 2良好塑性良好塑性1515 例：例：16Mn:b:345Mpa,:2016Mn:b:345Mpa,:203.3.良好冷加工、焊接性等良好冷加工、焊接性等第18页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 固溶强化 4.2 4.2 合金

14、化合金化 1 1固溶强化：固溶强化：MnMn：3/4 3/4 溶入溶入FeFe中，中，1/41/4溶入溶入Fe3CFe3C中，中，SiSi：全部溶入：全部溶入FeFe中，中，1 1MnMn使使s s提高提高35 Mpa35 Mpa，1 1Si Si 使使s s提高提高85 Mpa 85 Mpa。第19页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 细化晶粒 4.2 4.2 合金化合金化2.2.细化晶粒：细化晶粒：Hall-PetchHall-Petch公式公式s s=o o+Ky*d+Ky*d-1/2-1/2 如晶粒从如晶粒从8 8级细化到级细化到1515

15、级，级，s s提高提高200200290 MPa290 MPa第20页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢 弥散强化 4.2 4.2 合金化合金化3.3.弥散强化：弥散强化：0.1%V0.1%V使使s s提高提高505080 Mpa80 Mpa，0.01%Ti(Nb)0.01%Ti(Nb)使使s s提高提高303050 Mpa50 Mpa，当钒钛或钒铌复合加入时强化效果更佳。当钒钛或钒铌复合加入时强化效果更佳。第21页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.2 4.2 合金化合金化由于钒、钛、铌在钢中有

16、优先形成碳化物的特由于钒、钛、铌在钢中有优先形成碳化物的特性，以及它们在铁素体中溶解度的剧烈变化，性，以及它们在铁素体中溶解度的剧烈变化，所以在冷却时形成铁素体阶段，首先在铁素体所以在冷却时形成铁素体阶段，首先在铁素体与奥氏体的相界面上靠铁素体一侧析出各自的与奥氏体的相界面上靠铁素体一侧析出各自的碳化物；析出碳化物处，碳浓度下降，使铁素碳化物；析出碳化物处，碳浓度下降，使铁素体转变驱动力增加，随后铁素体相向前生长，体转变驱动力增加，随后铁素体相向前生长，相界继续向奥氏体内迁移，又沉淀出新的碳化相界继续向奥氏体内迁移，又沉淀出新的碳化物，如此重复，构成列状沉淀，这个析出过程物，如此重复，构成列状

17、沉淀，这个析出过程被称为被称为“相间沉淀相间沉淀”。相间沉淀相间沉淀 弥散强化 第22页/共65页碳化物的碳化物的相间沉淀相间沉淀的示意图的示意图 第23页/共65页多边形铁素体基体，多边形铁素体基体，铜在位错线上的析出铜在位错线上的析出第24页/共65页660660，700700等温等温2020分钟出现相间沉淀分钟出现相间沉淀第25页/共65页NbNb的碳化物的的碳化物的相间沉淀相间沉淀 第26页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.2 4.2 合金化合金化获得弥散强化所需要的钒、钛、铌等合金元素获得弥散强化所需要的钒、钛、铌等合金元素含量非常

18、微少，含量非常微少，譬如钒譬如钒0.050.12%0.050.12%，钛钛0.030.15%0.030.15%，铌铌0.030.10%0.030.10%，所以这种合金化常被称为所以这种合金化常被称为“微合金化微合金化”。弥散强化 第27页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.2 4.2 合金化合金化K-SK-S取向关系：取向关系：111110,111110,试验证明，能够起弥散强化作用的碳化物粒子试验证明，能够起弥散强化作用的碳化物粒子应当是超显微的，它们的直径不过是应当是超显微的，它们的直径不过是1020nm1020nm，间距不过间距不过50n

19、m50nm，其形态如图所示，其形态如图所示 弥散强化 第28页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类1 1建筑结构钢：应用于建筑、桥梁、车辆，有建筑结构钢：应用于建筑、桥梁、车辆，有295295、345345、390390、440 MPa440 MPa级级 按用途分类 2 2钢筋钢：对比第钢筋钢：对比第1 1类有特殊要求，如高强度、类有特殊要求，如高强度、冷加工、焊接性能等，有冷加工、焊接性能等，有16Mn16Mn、20MnSi20MnSi、20MnTi20MnTi、45SiMnV45SiMnV等。等。3 3耐候钢：许多建筑结

20、构和铁路车辆结构要求耐候钢：许多建筑结构和铁路车辆结构要求有良好的耐大气腐蚀性能，成功地应用的元素有良好的耐大气腐蚀性能，成功地应用的元素是是 铜和磷，如铜和磷，如09CuTi09CuTi、08CuPV08CuPV就是我国研制就是我国研制的耐大气腐蚀钢，已经成批量地应用于铁路车的耐大气腐蚀钢，已经成批量地应用于铁路车辆制造，和一些近海设施。辆制造，和一些近海设施。第29页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类4.4.低温钢：耐低温钢：耐-60 -196-60 -196低温低温,明显特点明显特点是低碳或超低碳是低碳或超低碳(0.

21、06%)(0.06%)，另外加入少量钒、，另外加入少量钒、钛、铌、铝等细化晶粒元素，以保持钢的低温钛、铌、铝等细化晶粒元素，以保持钢的低温韧性。韧性。按用途分类 5 5工程机械用钢：工程机械用钢：工程机械如推土机、挖掘机、起重运输机等。工程机械如推土机、挖掘机、起重运输机等。抗拉强度从抗拉强度从690690至至1080 MPa1080 MPa，添加铬、镍、锰以，添加铬、镍、锰以及钼、钒等元素。及钼、钒等元素。第30页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类一、铁素体一、铁素体珠光体钢珠光体钢钢中锰的作用一方面是使铁素体固溶强化，

22、另钢中锰的作用一方面是使铁素体固溶强化，另方面是用锰增大钢的奥氏体过冷能力，导致实方面是用锰增大钢的奥氏体过冷能力，导致实际晶粒细化。际晶粒细化。按组织分类 第31页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类一、铁素体一、铁素体珠光体钢珠光体钢16Mn16Mn：一般是在热轧状态下使用，一般是在热轧状态下使用，s s:295 345Mpa,:21:295 345Mpa,:21加入加入TiTi、NbNb：15MnV,15MnTi 15MnV,15MnTi，16MnNb16MnNbs:s:390Mpa390Mpa,15MnVN:s:44

23、0Mpa,15MnVN:s:440Mpa,由于形成由于形成V(CN)V(CN)强度极限强度极限 建筑、桥梁建筑、桥梁 按组织分类 第32页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类二贝氏体钢二贝氏体钢 以以MoMo系或系或Mo-BMo-B为基础，加入为基础，加入Mn,Cr V,Ti,NbMn,Cr V,Ti,Nb在空冷条件下获得贝氏体。在空冷条件下获得贝氏体。按组织分类 1 1合金元素作用：合金元素作用：MoMo使使C C曲线右移，且推曲线右移，且推 迟迟贝氏体转变弱。贝氏体转变弱。2.2.微量微量B B：联合：联合MoMo，使，

24、使C C曲线进一步右移曲线进一步右移3.Mn3.Mn、CrCr等使贝氏体转变温度降低，等使贝氏体转变温度降低，可获得可获得更多的下贝氏体，且使淬透性提高更多的下贝氏体，且使淬透性提高.第33页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类二贝氏体钢二贝氏体钢 按组织分类 C C曲线如图：曲线如图：第34页/共65页4 4 4 4 高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢4.3 4.3 分类分类二贝氏体钢二贝氏体钢 按组织分类 典型钢种：典型钢种：14MnMoV,14MnMoVB,14CrMnMoVB14MnMoV,14

25、MnMoVB,14CrMnMoVB(1)(1)成分：成分：C C：0.10.20.10.2；MnMn：0.61.00.61.0MoMo：0.40.60.40.6；B B：0.0010.0050.0010.005CrCr：0.0.40.740.7(2)(2)性能：性能：s s ：440 980 MPa440 980 MPa b b ：540 1180 MPa540 1180 MPa第35页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢分类：调质钢、渗碳钢、弹簧钢、氮化钢、分类：调质钢、渗碳钢、弹簧钢、氮化钢、易削钢等易削钢等用途：轴、齿轮、连杆、弹簧、

26、紧固件等用途：轴、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等 分类及用途 5.1 5.1 概述概述第36页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢承受拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、承受拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、震动、摩擦等力作用震动、摩擦等力作用 受力条件 5.1 5.1 概述概述第37页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1 1强度水平：强度水平：中碳回火索氏体钢：中碳回火索氏体钢：1350 MPa1350 MPa M M时效钢：时效钢：18501850 2250 MPa2250 MPa 高碳冷拔钢丝

27、：高碳冷拔钢丝：2930 3900 MPa2930 3900 MPa 强度与脆性 5.1 5.1 概述概述2 2强化方法强化方法3 3脆性断裂：脆性断裂：韧脆转化温度韧脆转化温度4 4疲劳断裂疲劳断裂:长时承受交变循环应力长时承受交变循环应力第38页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢零件淬火后获得马氏体层深度的特性零件淬火后获得马氏体层深度的特性,一般用顶端淬透性曲线表示淬透性一般用顶端淬透性曲线表示淬透性,淬透性 5.1 5.1 概述概述淬透性要求淬透性要求:某些汽车上的轴，承受弯曲及扭转力，表面受到某些汽车上的轴，承受弯曲及扭转力，表

28、面受到最大的张应力及切应力，最大的张应力及切应力，所以只要求在淬火后轴的所以只要求在淬火后轴的1/21/2半径处半径处 达到达到80%80%的马的马氏体即可；有些重要的销钉或螺栓，在工作时整氏体即可；有些重要的销钉或螺栓，在工作时整个截面上受到大的剪切力或张应力，因此要求零个截面上受到大的剪切力或张应力，因此要求零件在整个截面上淬成马氏体。件在整个截面上淬成马氏体。第39页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1.1.高强度高强度 2.2.良好韧性良好韧性 3.3.高淬透性高淬透性 性能要求 5.2 5.2 调质钢调质钢第40页/共65页5

29、5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1 1C%C%：中碳：中碳 2 2合金化：合金化：提高淬透性：提高淬透性：MnMn、CrCr、NiNi、B B 防止高温回火脆性：防止高温回火脆性：MoMo 成分及合金化 5.2 5.2 调质钢调质钢第41页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢按淬透性大小分级按淬透性大小分级1.40Cr,40MnB1.40Cr,40MnB2.35CrMo,40CrNi2.35CrMo,40CrNi3.40MnMoB3.40MnMoB4.40CrNiMo,40CrMnMo4.40Cr

30、NiMo,40CrMnMo 典型钢种 5.2 5.2 调质钢调质钢第42页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢 典型钢种 5.2 5.2 调质钢调质钢 C Mn Si Cr Mo40Cr 0.370.45 0.500.80 0.17.37 0.80 1.1035CrMo 0.320.40 0.400.70 0.17.37 0.80 1.10 0.15 0.2540CrNiMo 0.360.44 0.500.80 0.17.37 0.60 0.90 0.15 0.25 Ni:1.251.75 第43页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢

31、机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢例例1.40Cr1.40Cr的调质处理的调质处理1.1.淬火淬火:850:850奥氏体化奥氏体化,油淬获得油淬获得M M 2.2.回火回火:500:500高温回火高温回火,获得回火索氏体获得回火索氏体性能性能 :b b 980 980MPaMPa,s s 784 784MPaMPa,ak:60J/cm,ak:60J/cm2 2 热处理工艺 5.2 5.2 调质钢调质钢第44页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢例例2.40CrNiMo2.40CrNiMo1.1.淬火淬火:850:850奥氏体化

32、奥氏体化,油淬获得油淬获得M M 2.2.回火回火:620:620高温回火高温回火,获得回火索氏体获得回火索氏体性能性能 :b b:980 :980 MPaMPa,s s:833:833 MPaMPa,ak:98 J/cm2 ak:98 J/cm2 热处理工艺 5.2 5.2 调质钢调质钢第45页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢例例3.3.汽车后轴汽车后轴,40Cr,40Cr 工艺流程工艺流程:锻造锻造 退火退火粗加工粗加工调质处理调质处理精加工精加工 表面淬火表面淬火低温回火低温回火 表面淬火表面淬火:感应加热感应加热,表面淬火获得表

33、面淬火获得M,M,使表面强度提高使表面强度提高,因而使疲劳强度提高因而使疲劳强度提高 热处理工艺 5.2 5.2 调质钢调质钢第46页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢工作时受到周期性变化的扭转或弯曲力的作用，工作时受到周期性变化的扭转或弯曲力的作用，要求具有：要求具有：1.1.高的弯曲疲劳和接触疲劳强度高的弯曲疲劳和接触疲劳强度2.2.高的表面硬度，高的耐磨性高的表面硬度，高的耐磨性3.3.心部较高韧性心部较高韧性4.4.高淬透性高淬透性 性能要求 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第47页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用

34、结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢 性能要求 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第48页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢 （一）心部（一）心部C%C%较低：较低：0.10.25%C0.10.25%C 表面表面C%C%较高较高:0.81.1%C:0.81.1%C如表面超过碳在奥氏体中的极限溶解度，表面层如表面超过碳在奥氏体中的极限溶解度，表面层中会出现粗大碳化物。中会出现粗大碳化物。成分及合金化 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第49页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1.1.表面表面C%

35、:C%:渗碳温度时，钢处于奥氏体状态，钢表面首先被渗碳温度时，钢处于奥氏体状态，钢表面首先被碳原子所饱和，温度越高表面碳原子所饱和，温度越高表面C%C%越高，随渗碳时越高，随渗碳时间增长，碳原子向内部扩散，形成扩散层。但温间增长，碳原子向内部扩散，形成扩散层。但温度太高，晶粒易长大，一般渗碳温度定为度太高，晶粒易长大，一般渗碳温度定为910910930930。根据渗碳工艺分析合金化 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第50页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢2.2.扩散层厚度：扩散层厚度决定于：扩散层厚度：扩散层厚度决定于：1 1）碳在奥氏体中

36、的极限溶解度）碳在奥氏体中的极限溶解度2 2）碳在奥氏体中的扩散速度）碳在奥氏体中的扩散速度3 3）扩散时间）扩散时间 根据渗碳工艺分析合金化 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第51页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢3.3.合金元素的影响：合金元素的影响：1 1）碳化物形成元素：增大钢表面吸收碳原子的能力，使）碳化物形成元素：增大钢表面吸收碳原子的能力，使表面表面c c%增大，有利于渗碳层加厚。但阻碍碳原子在奥氏体增大，有利于渗碳层加厚。但阻碍碳原子在奥氏体中的扩散，不利于渗碳层的加厚。中的扩散，不利于渗碳层的加厚。为了避免渗碳层中含碳量过

37、高甚至形成多量的块状碳化物，为了避免渗碳层中含碳量过高甚至形成多量的块状碳化物，钢中的碳化物元素的含量不能过高。钢中的碳化物元素的含量不能过高。非碳化物形成元素减小钢表面吸收碳原子的能力，降低渗非碳化物形成元素减小钢表面吸收碳原子的能力，降低渗碳层中的含碳量而加速碳原子在奥氏体中的扩散。总的效碳层中的含碳量而加速碳原子在奥氏体中的扩散。总的效果是镍、硅、铜等元素减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。果是镍、硅、铜等元素减慢渗碳，不利于渗碳层的加厚。根据渗碳工艺分析合金化 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第52页/共65页元素合金影响元素合金影响表面碳含量表面碳含量 渗碳层厚度渗碳层厚度第53页/共65页5

38、 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢3.3.合金元素的影响：合金元素的影响：2)2)细化晶粒细化晶粒 渗碳温度高、时间长，为避免奥氏体晶粒长大：渗碳温度高、时间长，为避免奥氏体晶粒长大：(1).(1).铝脱氧的本质细晶粒钢铝脱氧的本质细晶粒钢 (2).(2).加入细化晶粒的合金元素如加入细化晶粒的合金元素如V V、TiTi。3)3)提高淬透性提高淬透性 根据渗碳工艺分析合金化 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第54页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢按淬透性大小按淬透性大小(1)15(1)15、202

39、0；(2)15Cr(2)15Cr、20Cr20Cr、20Mn2B20Mn2B(3)20Mn2TiB(3)20Mn2TiB、20CrMnTi20CrMnTi；(4)12CrNi3,22CrMnMo(4)12CrNi3,22CrMnMo(5)12Cr2Ni4,18Cr2Ni4W(5)12Cr2Ni4,18Cr2Ni4W、20CrNiMo20CrNiMo(4)(4)、(5)(5)用于大尺寸重要零件。用于大尺寸重要零件。典型钢种 5.3 5.3 渗碳钢渗碳钢第55页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1.1.高的弹性极限高的弹性极限2.2.高的疲劳

40、强度高的疲劳强度3.3.足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性 性能要求 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第56页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1 1C%C%：碳素弹簧钢：碳素弹簧钢：0.601.05%C0.601.05%C合金弹簧钢：合金弹簧钢：0.400.74%C0.400.74%C2.2.合金化合金化:Si:Si、MnMn、CrCr、V V MnMn、CrCr增大其淬透性，增大其淬透性，SiSi提高其弹性极限，提高其弹性极限，V V细化奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒 成分及合金化 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第57页/共65页5 5 5 5 机

41、械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢6565、7070、7575、8080、8585 65Mn 65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMn 50CrMn、50CrV50CrV 淬透尺寸：淬透尺寸：碳钢：碳钢：6565，7070，7575，8080，8585，淬透直径为，淬透直径为1215mm1215mm（油淬）（油淬）60Si2Mn60Si2Mn：2025mm 2025mm（油淬），（油淬），50CrMn50CrMn及及50CrV50CrV：4050mm 4050mm（油淬）（油淬）典型钢种 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第58页/共65页5 5 5 5 机械

42、制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1 1碳素弹簧钢及碳素弹簧钢及65Mn65Mn：1 1）冷拔（形变强化）冷拔（形变强化）中间退火中间退火 （600600680680）继续冷拔至最终尺寸继续冷拔至最终尺寸 2 2）中间退火为等温处理（）中间退火为等温处理（480480540540）屈氏体化屈氏体化2.2.淬火加中温回火（对于合金钢）：淬火加中温回火（对于合金钢）：使弹性极限提高，但要防止高温回火脆性，回火后要快冷。使弹性极限提高，但要防止高温回火脆性，回火后要快冷。3 3等温淬火：等温淬火：恒温下转变成贝氏体，可以提高弹簧钢的韧性及多冲强度。恒温下转变成贝氏体，可以提

43、高弹簧钢的韧性及多冲强度。热处理工艺 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第59页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢碳素及含硅弹簧在碳素及含硅弹簧在400450400450回火时，其弹性极限回火时，其弹性极限达到最高值。达到最高值。热处理工艺 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢1 1）马氏体已充分分解，渗碳体以细小的颗）马氏体已充分分解，渗碳体以细小的颗颗粒状态分布在颗粒状态分布在 相的基体上。相的基体上。2 2）相的回复过程已充分进行，高碳钢马氏体的孪晶结构相的回复过程已充分进行，高碳钢马氏体的孪晶结构已经消失，开始多边形化，但亚结构尚未长大。已经消

44、失，开始多边形化，但亚结构尚未长大。3 3）残留奥氏体已分解）残留奥氏体已分解4 4）淬火引起的晶体中微观内应力已大幅度下降。）淬火引起的晶体中微观内应力已大幅度下降。第60页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢 热处理工艺 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第61页/共65页5 5 5 5 机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢机械制造用结构钢1 1防止表面脱碳防止表面脱碳2 2减少非金属夹杂物减少非金属夹杂物3 3减少表面缺陷：减少表面缺陷：如氧化皮、微裂纹如氧化皮、微裂纹 因为它们使疲劳强度下降因为它们使疲劳强度下降4 4表面喷丸处理：表面喷丸处理：产生压应力，使疲劳强度增加产生压应力，使疲劳强度增加 表面质量 5.4 5.4 弹簧钢弹簧钢第62页/共65页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第63页/共65页第64页/共65页感谢您的观看。第65页/共65页