3 机械制造结构钢1.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse袈Chapter3机械制造结构钢蒆一、应用背景袁机械制造结构钢也称机器零件用钢,是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的,用于制造各种机械零件所用的钢种,故此得名。膀如各种齿轮零件、轴(杆)类零件、弹簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。芆二、机械制造结构钢的服役条件膅主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用,或者是它们中的多种载荷的交互作用。服役环境是大气、水和润滑油,温度在-50℃~+100℃范围之间。羁机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差配合等。由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢有所不同。薁三、机器零件用钢对力学性能要求:要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好;要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。羈因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力,所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态,即强化态。羄对钢材的其它工艺性能(如冶炼性能、浇注性能、可锻性能等)也有要求,但一般问题不大。肁机器零件用钢通常以力学性能为主,工艺性能为辅。羂结构钢在淬火高温回火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。适用于这种热处理的钢种称为调质钢。、:中碳,%~%;钢中的碳保证有足够多的碳化物体积分数以获得高的强度。碳含量过低时,淬硬性不够;碳含量过高则韧性下降。:主加合金元素:Cr、Mn、Si、Ni;辅加合金元素:Mo、W、V、Ti、Al、B等。膇重要的调质钢,一般都含有多种合金元素。螅合金元素芁Si葿Mn衿Cr薄Ni莁合金元素袀Mo莇V芃W蒁Ti芁Al聿B莆含量范围(wt%)----(wt%)-----<:提高淬透性;蒂Cr、Mn、Si、Ni溶于α相,起固溶强化作用。袀Cr、Mo、W、V等阻碍α相的再结晶,也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大,使钢保持高硬度。螈加入Mo、W来防止回火脆性。V、Ti、Al起细化晶粒的作用。薂二、对调质钢的淬透性要求膀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。羀例如: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,所以只要求在淬火轴的1/2半径处达到80%马氏体即可。羄例如: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。芄需要根据淬透性曲线来选择钢种。罿三、调质钢的热处理特点肀1预备热处理莅为了便于切削加工和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。螂合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体,对此类钢一般采用在AC3线以上加热进行正火。羂合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多为马氏体组织,对此类钢一般采用在AC3线以上加热进行正火,随后再进行一次高温回火,使马氏体型钢的强度由HB380~550降至HB207~240,可以顺利地进行切削加工。肀2最终热处理螆(1)淬火蒄将钢件加热至AC3线以上进行淬火,淬火温度由钢的成分来决定,淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。螁(2)回火腿根据所要求的性能来决定回火温度,回火是使调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。膇(3)表面处理羂某些零件除了要求较高的强、韧、塑性配合以外,往往还要求某些部位(如轴类零件的轴颈或花键部分)有良好的耐磨性。为此,经调质处理后,在局部部位进行高频感应表面淬火。薀四、调质钢的合金元素与机械性能艿1调质钢的硬度芄回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和碳化物的弥散强化作用,并可用下式表示:蚄H=HF+αS艿式中:H为钢高温回火后的硬度;HF为铁素体的硬度;α为碳化物的强化系数;S为碳化物颗粒的总表面积。荿上式说明:铁素体的晶粒大小,合金元素在铁素体中的固溶程度,碳化物的数量和碳化物的弥散程度与调质钢的硬度有着密切的关系。蚅2回火温度与调质钢综合机械性能的关系肂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。莂3调质钢在高温回火后的韧性葿(1)合金元素与调质钢的韧性肆碳:是降低调质钢冲击韧性的元素。袃在保证钢调质后的硬度及