第六章-钢铁材料2(优质结构钢)

第六章钢铁材料《机械工程材料》哈尔滨工业大学空间材料与环境工程实验室6.3.2调质钢调质钢：经淬火+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1.调质钢的工作条件及性能要求：•使用调质钢的零件：机床主轴，曲轴，连杆工作条件：承受较大弯矩，传递扭矩；受交变应力，易于产生疲劳；启动或刹车时受冲击；与轴承配合部有磨损。性能要求：高的屈服强度和疲劳极限；良好的韧性塑性；局部表面的耐磨性；较好的淬透性。2.调质钢成分特点及其合金化：调质处理低碳钢中碳钢高碳钢韧性好，但强度过低强度韧性最佳配合强度高，但韧性偏低成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C；⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒:Ti、V④防止第二类回火脆性:W、Mo3.常用调质钢的牌号、成分、热处理、性能及用途类别钢号主要化学成分（WE×100）热处理CMnSiCrNiMo其它淬火（℃）回火（℃）低淬透性钢40MnB0.7~0.441.10~1.400.17~0.37B0.001~0.0035850油500水，油40Cr0.37~0.450.50~0.800.20~0.400.80~1.10850油500水，油中淬透性钢38CrSi0.35~0.430.30~0.601.00~1.301.30~1.60950油600水，油35CrMo0.32~0.400.40~0.700.20~0.400.80~1.100.15~0.25850油550油高淬透性钢38CrMoAlA0.35~0.420.30~0.600.20~0.401.35~1.650.15~1.25Al0.70~1.10950水，油640水，油40CrMnMo0.37~0.450.90~1.200.20~0.400.90~1.300.20~0.30850油600水，油25Cr2Ni4WA0.21~0.280.30~0.600.17~0.371.35~1.654.00~4.50W0.80~1.20850油550水4.调质钢的热处理及加工工艺工艺路线：以车床主轴（多阶梯中小尺寸轴）为例。承受交变弯曲和扭转应力；有冲击作用；键槽部分有磕碰或滑动，轴承部分摩擦，提高局部耐磨性下料锻造预备热处理机械加工调质局部感应淬火+低温回火磨削精加工装配铣键槽预备热处理：正火或完全退火改善性能（~HB220)改善组织（细小S）4.调质钢的热处理及加工工艺正火工艺:Ac3+(50~100)正火组织:F+S下料锻造预备热处理机械加工调质局部感应淬火+低温回火磨削精加工装配铣键槽调质处理：淬火+高温回火获得最终心部组织为表面淬火作组织准备4.调质钢的热处理及加工工艺淬火工艺:Ac3+(50~100)调质组织:S回回火工艺:500-650℃回火索氏体下料锻造预备热处理机械加工调质局部感应淬火+低温回火磨削精加工装配铣键槽局部感应淬火+低温回火获得最终表面组织增加局部硬度和耐磨性备4.调质钢的热处理及加工工艺淬火工艺:Ac3+(50~100)回火组织:M回回火工艺:150-250℃局部感应淬火介绍•感应淬火是一种表面强化处理工艺。利用感应电流加热工件，并快速冷却而在表面获得马氏体的工艺交变磁场感应电流趋肤效应表面加热快速冷却表面获得马氏体T7钢感应淬火金相组织1000表面回火组织1000心部组织6.3.3弹簧钢1.弹簧类零件的使用条件及性能要求用于制造弹簧或类似弹簧性能零件的钢种。常用零件：汽车蝶板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧主要作用和使用条件间断吸收能量缓和机械振动和冲击周期性储存能量主要失效形式疲劳断裂塑性变形，失去弹性弹簧钢的性能要求1）高的强度极限,高的弹性极限,高的疲劳极限,高的屈强比2）一定的塑性和韧性3）好的淬透性，以保持零件组织均匀性4）在高温和腐蚀介质下工作时，有好的环境稳定性2.常用弹簧钢及其合金化•弹簧钢分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢•弹簧钢零件性能以强度要求为主•弹簧钢成分特点1)含碳量较高（0.5~0.9%)2)以Si、Mn为主要合金化元素3)以Cr、W、V为辅合金化元素讨论：1.说明含碳量较高的原因，什么条件下使用上限含量？2.合金元素Si、Mn在弹簧钢中的作用3.Cr、W、V的作用又是什么？3.弹簧钢的热处理及加工工艺弹簧钢按成形方法分为冷成形和热成形两类1）冷成形，即强化后成形的弹簧（丝径小于8~10mm的弹簧或钢丝）冷成形弹簧表面质量好多次冷拔的钢丝强度可达1600MPaA体化等温铅淬（450~550°C）获得细小珠光体冷拔成形去应力退火,250~300°C最终成形均匀组织直接冷拔680°C中间退火试说明上述工艺主要步骤的选择机制2）热成形，即成形后强化的弹簧（中大型弹簧）热成形时材料表面会有氧化、脱碳，弹簧表面质量不好，故增加喷丸处理汽车板簧用60Si2Mn钢热成型，经喷丸处理后使用寿命提高（3~5）倍A体化热卷成形中温回火（350~450°C）表面喷丸处理成品出厂余热淬火试说明弹簧钢中温回火组织及其性能6.3.4滚动轴承钢主要用于制造滚动轴承零件的钢种。滚动轴承由内套、外套、滚动体及保持架组成滚动轴承内套外套滚动体保持架轴承钢低碳钢冲制成形1.轴承钢的工作条件及性能要求•工作条件和失效形式工作条件失效形式高速运转，受载面积小滚动及滑动摩擦机器震动冲击长期工作稳定交变载荷，接触疲劳表面磨损擦伤冲击变形损伤尺寸不稳定，配合不好环境和润滑油腐蚀•Surfaceappearancesoffailurebearings•性能要求1）高的淬硬性和必要的淬透性,使获得高而均匀的表面硬度（HRC61-65），提高耐磨性2）高的弹性极限和接触疲劳强度,一定的冲击韧性3）良好的组织均匀性和尺寸稳定性4）一定的耐蚀性5）良好的工艺性能为什么轴承钢还要有好的淬透性？这与其失效特征有什么关系？•高含碳量：一般为0.95~1.15%2.轴承钢及其合金化根据轴承高性能要求，轴承钢成分要求如下：马氏体中有足够的碳含量钢中有足够的碳化物保证高硬度高耐磨性•加入Cr、Mn、Si合金化元素提高淬透性提高回火稳定性，尺寸稳定性强化F稳定碳化物细化组织•高的接触疲劳极限对材料中的微小缺陷敏感。高的冶金质量要求，S,P0.02%在轧钢、矿山机械中受冲击载荷较大的轴承，大型轴承也可选用渗碳钢制造，如20NiMo,20Cr2Ni4WA等高温轴承选用高合金钢制造，如Cr4Mo4V,9Cr18Mo轴承钢为高碳低合金钢，冶金质量好，常用其制作工具•常用轴承钢•以GCr15为例3.轴承钢的加工工艺及热处理锻造正火球化退火淬火冷处理（-60~-80°C）低温回火机加工成型磨削去应力回火1.说明每一个热处理步骤的作用，生成的组织和相关性能？