金属材料学：机械制造结构钢PPT资料.pptx

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3000-4000MPab:

1400-2000MPaSchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/123碳与钢的强度和塑性碳与钢的强度和塑性SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/124韧性指标延伸率断面收缩率冲击韧性韧脆转化温度断裂韧性SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/125第二节第二节结构钢的淬透性结构钢的淬透性合金元素与淬透性合金元素与淬透性SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/126淬透性可用“末端淬火法”来测定（见GB225-63）。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/127淬火试样断面上马氏体量和硬度的变化SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/128利用淬透性曲线比较钢的淬透性SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/129合金元素与淬透性合金元素与淬透性SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1210（a）完全淬透;

（b）淬透较大厚度;

（c）淬透较小厚度淬透性不同的钢调质后机械性能的比较SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1211第三节调质钢淬火+高温回火用钢SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1212调质钢组织特点:

相基体上分布有极细小的颗粒状碳化特;

回火屈氏体或回火索氏体体,其主要区别在于基体相是否完全再结晶和碳化物颗粒聚集长大程度;

根据片间距的不同，分片状珠光体；

细片状珠光体（又称索氏体）；

极细片状珠光体（又称屈氏体）。

回火屈氏体实际是极细片状珠光体，指的是片间距，0.1m，显微镜下观察呈黑色。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.调质钢的基本特征：

调质钢的基本特征：

具有中等含碳量的结构钢具有中等含碳量的结构钢经经过过加加热热淬淬火火成成马马氏氏体体，并并在在500650之之间高温回火间高温回火具有强度、塑性及韧性良好配合的钢。

具有强度、塑性及韧性良好配合的钢。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1214调质钢强度取决于相的强度和碳化物的弥散强化作用;

相固溶强化元素:

硅、锰、镍等；

阻碍相再结晶元素：

铬、钼、钨、钒等；

阻碍碳化特聚集长大元素：

铬、钼、钨和钒、铌，其中铌的效果不可忽视。

回火脆性：

高温回火脆性（可塑回火脆性）；

快冷消除。

低温回火脆性，加硅、铝推迟，避免250-350回火，降低磷、锡、锑等杂质元素SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.调质钢的合金化主要原则：

调质钢的合金化主要原则：

保保证证钢钢具具有有必必需需的的淬淬透透性性，使使零零件件在在淬淬火火后后具具有有足足够够厚厚的马氏体层，并使马氏体保持细的隐晶组织。

的马氏体层，并使马氏体保持细的隐晶组织。

钢在高温回火后能获得预期的综合机械性能。

调质钢化学成分调质钢化学成分含碳量一般在含碳量一般在0.30.5%之间；

之间；

主加合金元素主加合金元素（wt%）：

Si：

0.6-1.4；

Mn：

0.8-1.8；

Cr：

0.8-1.7；

Ni：

1.0-4.5重要的调质钢，一般都含有多种合金元素重要的调质钢，一般都含有多种合金元素SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.对调质钢的淬透性的要求：

对调质钢的淬透性的要求：

调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时经受应力的类型及调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时经受应力的类型及大小来确定，并据此来确定对淬透性的要求。

大小来确定，并据此来确定对淬透性的要求。

例如：

某些轴类零件，它们承受弯曲力，表面受到最大的张应力，随着离例如：

某些轴类零件，它们承受弯曲力，表面受到最大的张应力，随着离表面的距离增大，应力逐渐减低，所以只要求在淬火后轴的表面的距离增大，应力逐渐减低，所以只要求在淬火后轴的1/2半径处达到半径处达到80马氏体即可。

马氏体即可。

某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例如：

某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拉力，因此要求零件在整个截面上淬成马氏体。

拉力，因此要求零件在整个截面上淬成马氏体。

回火温度与调质钢综合机械性能的关系回火温度与调质钢综合机械性能的关系SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.调质钢的高温回火脆性调质钢的高温回火脆性回火脆性与冷却速度关系：

回火脆性与冷却速度关系：

回火脆性与回火保温时间的关系回火脆性与回火保温时间的关系回火脆性与钢种的关系回火脆性与钢种的关系碳素钢不敏感；

锰钢或铬钢敏感；

硅锰钢、铬锰钢碳素钢不敏感；

硅锰钢、铬锰钢回火脆化倾向性更大；

回火脆化倾向性更大；

钼是降低结构钢高温回火脆性的元素；

避免或减轻回火脆性的措施：

a.避免在易发生高温回火脆性的温度范围内回火；

避免在易发生高温回火脆性的温度范围内回火；

b.尽可能缩短在回火脆温度内的回火时间；

尽可能缩短在回火脆温度内的回火时间；

c.回火后用快冷的工艺方法；

回火后用快冷的工艺方法；

d.采用含钼钢种，并尽可能降低钢中的磷、锡、锑含量；

采用含钼钢种，并尽可能降低钢中的磷、锡、锑含量；

e.对已感受回火脆的钢，用重新加热到对已感受回火脆的钢，用重新加热到650后快冷的方法来后快冷的方法来恢复。

恢复。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.调质钢的组织调质钢的组织调质钢经淬火和高温回火后的金相组织是回火索氏体。

调质钢经淬火和高温回火后的金相组织是回火索氏体。

调质钢的热处理特点：

预备热处理：

为了便于切削加工、改善钢件因热加工不当而造成的粗晶组织为了便于切削加工、改善钢件因热加工不当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进行预备热处理正火。

和带状组织，需要进行预备热处理正火。

最后热处理最后热处理淬火：

将钢件加热至淬火：

将钢件加热至AC3线以上进行淬火，淬火温度由钢的线以上进行淬火，淬火温度由钢的成分来决定，成分来决定，淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。

淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。

回火，根据所要求的性能来决定回火温度，回火，根据所要求的性能来决定回火温度，因此回火是使调因此回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。

质钢的性能定型化的重要工序。

高温回火时应考虑钢材的回火脆性问题。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1219调质钢回火温度与性能调质钢回火温度与性能SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1220熔炼锻造退火调质处理成品非调质调质钢SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1221非调质钢SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.第二节第二节弹簧钢弹簧钢弹簧是一种使用很广泛的机械零件。

其主要作用在于储弹簧是一种使用很广泛的机械零件。

其主要作用在于储存能量和减轻震动。

存能量和减轻震动。

弹簧钢应有如下的要求：

1要具有高的强度极限：

要具有高的强度极限：

特别是弹性极限特别是弹性极限e，还要求有高的屈强比，还要求有高的屈强比s/b，以提高，以提高强度的利用率。

强度的利用率。

2要具有高的疲劳极限：

要具有高的疲劳极限：

一般说来，强度极限越高，疲劳极限也相应地增高。

疲劳性能对于联结的表面状态很敏感。

3要具有较好的工艺性能：

要具有较好的工艺性能：

具有一定的塑性和淬透性，过热敏感性要小，不易脱碳。

弹簧用钢在卷成型以前要有一定的塑性，以便于成型。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.弹簧钢的成分及热处理特点弹簧钢的成分及热处理特点弹簧钢的化学成分：

弹簧钢的化学成分：

碳碳含含量量：

0.460.75%；

锰锰含含量量：

0.50.8%；

硅硅含含量量：

0.150.37%。

典型钢种典型钢种加加Mn加加Si6565Mn60Si2Mn加加Cr,V5050CrV热处理特点热处理特点弹簧钢的热处理一般为淬火中温回火。

见图弹簧钢的热处理一般为淬火中温回火。

见图组织为回火屈氏体组织为回火屈氏体SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.2022/11/1224弹簧钢的热处理工艺弹簧钢的热处理工艺SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.第三节第三节轴承钢轴承钢轴承钢的性能要求：

轴承钢的性能要求：

1.高的淬硬性和必要的淬透性；

高的淬硬性和必要的淬透性；

2.轴承要有高的耐磨性；

轴承要有高的耐磨性；

3.高的接触疲劳性能；

高的接触疲劳性能；

4.高的弹性极限和一定的冲击韧性；

高的弹性极限和一定的冲击韧性；

5.尺寸要精确而经久稳定；

尺寸要精确而经久稳定；

6.一定的抗腐蚀能力；

一定的抗腐蚀能力；

7.为满足大生产的需要，轴承钢具有良好的工艺性能。

为满足大生产的需要，轴承钢具有良好的工艺性能。

SchoolofMaterialsScienceandEngineeringS.H.U.轴承钢的成分轴承钢的成分轴承钢中沿用最久的是高碳铬轴承钢，如轴承钢中沿用最久的是高碳铬轴承钢，如GCr15GCr15钢。

钢。

、碳：

选用过共析的碳含量。

、铬：

滚动轴承钢中的铬含量范围为、铬：

滚动轴承钢中的铬含量范围