工程材料及热成形技术基础

工程材料及热成形技术基础主讲人：•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：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、Mo2.调质钢的热处理特点•工艺路线：下料锻造预备热处理粗加工调质装配精加工预备热处理：正火或完全退火改善性能（~HB220)改善组织（细小S）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450～650℃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：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②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⑴热成型弹簧：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。⑵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：①防止表面脱碳；②避免表面缺陷；③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(φ15mm)、工作温度较低(120℃)的弹簧。典型成分170钢（碳素）统一数字代号牌号化学成分（质量分数）/%CSiMnCrNiCuPS不大于U20702700.62~0.750.17~0.370.50~0.80≤0.250.250.250.0350.035典型成分260Si2MnA（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、φ25mm的各种板簧、螺旋弹簧、安全阀弹簧、减振弹簧、仪表弹簧等。统一数字代号牌号化学成分（质量分数）/%CSiMnCrNiCuPS不大于A1160360Si2MnA0.56~0.640.60~2.000.70~1.00≤0.350.350.250.0250.025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：1、0.95~1.1%C（高碳）2、0.4~1.65%Cr淬透性、耐磨性和耐蚀性3、0.45~0.75%Si0.95~1.25%Mn提高淬透性4、P0.025%S0.025%减少夹杂物，提高疲劳寿命GCr9GCr15GCr9SiMnGCr15SiMn常用钢号淬透性增加淬透性：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0.45~0.6%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820~840℃油冷温度时间150~170℃回火1~3次淬火和低温回火后，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：滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承应用最广的是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。Question1、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：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②细化晶粒：V