1、河北工业大学金属河北工业大学金属材料学课件材料学课件(ppt)（优选）河北工业大学金属材（优选）河北工业大学金属材料学课件料学课件n1、具有良好的力学性能（强调强度与韧性配合）具有良好的力学性能（强调强度与韧性配合） 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求。 n一、机器零件用钢的性能要求一、机器零件用钢的性能要求4.1 概述概述强度强度设计设计在弹性范围内工作，根据比例极限在弹性范围内工作，根据比例极限p计算计算允许少量塑性变形的零件，根据屈服强度允许少量塑性变形的零件，根据屈服强度s或或0.2计算计算4.1 概述概述一般为亚共析
2、钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质钢或高级优质钢。因此对机械零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材因此对机械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。使用态：淬火态的性能潜力。使用态：淬火态+回火回火 即强化态即强化态2.具有良好的冷热加工工艺性能具有良好的冷热加工工艺性能 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。韧性韧性设计设计低温冲击韧性低温冲击韧性韧韧-脆转化温度脆转化温度断裂韧性断裂韧性要求钢材的韧脆转变温度比要求钢材的韧脆转变温度比实际工作低实际工作低反映钢材脆断趋势反映钢材脆断趋势材料抵抗
3、裂纹突然扩展能力材料抵抗裂纹突然扩展能力q 基本概念基本概念 钢的淬透性钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有效淬硬深度）的距离作为效淬硬深度）的距离作为淬透层深度淬透层深度。 钢的淬透性钢的淬透性 钢的淬硬性钢的淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。 4.2结构钢的淬透性 钢的顶端淬火试验钢的顶端淬火试验 生产中也常用临界淬火直生产中也常用临界淬火直径表示
4、钢的淬透性。所谓径表示钢的淬透性。所谓临界临界淬火直径淬火直径，是指圆棒试样在某，是指圆棒试样在某介质中淬火时所能得到的最大介质中淬火时所能得到的最大淬透直径（即心部被淬成淬透直径（即心部被淬成半马半马氏体氏体的最大直径），用的最大直径），用D Do o表示。表示。在相同冷却条件下，在相同冷却条件下，D Do o越大，越大，钢的淬透性越好。钢的淬透性越好。 高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮 淬透的钢回火后可获得高的强度和屈强比，高的断裂韧淬透的钢回火后可获得高的强度和屈强比，高的断裂韧性性K KICIC值，冲击韧性值以及低的值，冲击韧性值以及低的FATTFATT5050（）。）。
5、淬透后的钢性能优越淬透后的钢性能优越q 研究钢的淬透性的重要意义研究钢的淬透性的重要意义退火钢退火钢b=690MPa淬火钢淬火钢b=1700MPa高的断裂韧性高的断裂韧性KIC值值低的低的FATT50（断口面积转化温度）（断口面积转化温度）M的FATT50最低B 的FATT50要高于MP的FATT50最高 淬透层深度视零件的工作条件而定淬透层深度视零件的工作条件而定 零件类型零件类型 工作条件工作条件淬透程度的差淬透程度的差异异螺栓、销钉等螺栓、销钉等全截面受力全截面受力 淬透淬透轴类零件等轴类零件等表面应力大，中心表面应力大，中心应力小。应力小。 不淬透不淬透（1 1）淬透性大的工件易淬透，
6、组织和性能均匀一致；）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致；（2 2）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的 淬火介质以减小淬火应力。淬火介质以减小淬火应力。（3 3）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致， 可选用淬透性大的钢。可选用淬透性大的钢。（4 4）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用 低淬透性钢。低淬透性钢。 淬透性的应用淬透性的应用q 合金元素对淬透性的影响合金元素对淬透性的影响 钢中常见的合金元素对增大淬透性的能力为
7、：钢中常见的合金元素对增大淬透性的能力为： B BMnMnMoMoCrCrSiSiNiNi，其中，其中C C元素也能增加淬透性，元素也能增加淬透性，而且它决定了钢的淬硬性。而且它决定了钢的淬硬性。 增大淬透性，以合金元素完全溶于奥氏体中为前提，增大淬透性，以合金元素完全溶于奥氏体中为前提，若以碳化物形式存在，则情况相反。若以碳化物形式存在，则情况相反。 合金元素增加淬透性的能力合金元素增加淬透性的能力 （1 1） 强、中、弱、非碳化物形成元素的配合添加，如强、中、弱、非碳化物形成元素的配合添加，如CrCrNiNiMoMoV V 等。等。 （2 2） 对淬透性要求不高的合金，可采用单一合金元素对
8、淬透性要求不高的合金，可采用单一合金元素加入，如加入，如40Cr 40Cr 。 合金元素增加淬透性的多元少量原则合金元素增加淬透性的多元少量原则显然，合金钢的淬透性一般大于碳钢。显然，合金钢的淬透性一般大于碳钢。三、机械零件用钢的合金化特点三、机械零件用钢的合金化特点主加主加元素元素B，Mn,Mo,Cr,Si,Ni （由强到弱）（由强到弱） 主要作用：主要作用：淬透性和力学性能。淬透性和力学性能。辅加辅加元素元素 Mo、W、V等等 过热敏感性，过热敏感性，回脆，回脆，淬透性。淬透性。合金元素在机器零件用钢中的其他作用合金元素在机器零件用钢中的其他作用1 1）回火稳定性：回火稳定性：韧；韧；2
9、2）d d：强韧强韧3 3）固溶强化：）固溶强化：强；强；4 4）防止第二类回火脆性：）防止第二类回火脆性：韧韧最佳最佳范围范围 获得最佳性能获得最佳性能称为极限合金化理论称为极限合金化理论 结构钢常用范围为：结构钢常用范围为：1.2%Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是单独加入，或是复合加入。或是单独加入，或是复合加入。完全淬透时，强度完全淬透时，强度塑性塑性，韧性，韧性。四、含碳量的选择和回火温度的确定四、含碳量的选择和回火温度的确定1、低碳钢（20,20Cr，18CrMnTi,18Cr2Ni4WA)回火温度对低碳
10、合金钢机械性能的影响淬火组织：淬火组织：M板板+A250 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi 40Cr 40CrNiMo调质钢的热处理调质钢的热处理 n预先热处理：主要目的是保证零件的切削加工性能，预先热处理：主要目的是保证零件的切削加工性能，依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行依据其碳含量和合金元素的种类、数量不同，可进行正火、退火处理甚至正火高温回火处理。正火、退火处理甚至正火高温回火处理。 对于中碳钢对于中碳钢加热到加热到Ac3Ac3以上正火以上正火 对于合金含量少的对于合金含量少的加热到加热
11、到Ac3Ac3以上完全退火以上完全退火d d、带状程度带状程度 对于合金含量高的对于合金含量高的正火正火( (有有M) +M) +高温回火高温回火硬度硬度n最终热处理：最终热处理：n 通常通常: : 淬火高温回火淬火高温回火 500500650650 特殊特殊( (要求强度高要求强度高):):中温回火中温回火 400400450450 低温回火低温回火 200200250250n下料下料锻造锻造预备热处理预备热处理机加工机加工( (粗加工粗加工)调质调质机加工机加工( (半精加工半精加工)表面淬火或氮化表面淬火或氮化精加工。精加工。 n 40Cr正火组织正火组织45钢850淬火（水）45钢钢
12、850 C淬火淬火620 C回火回火四、调质零件用钢的发展动向四、调质零件用钢的发展动向 n低碳马氏体钢低碳马氏体钢 高密度位错的板条高密度位错的板条M M 如：石油钻机提升系统的吊环、吊卡等如：石油钻机提升系统的吊环、吊卡等n中碳微合金化非调质钢：在中碳钢（中碳微合金化非调质钢：在中碳钢（w wc c =0.30%=0.30%0.50%0.50%）中加入微量）中加入微量V V、TiTi、NbNb等等强化物形成元素。作用？强化物形成元素。作用？ 按用途分两大类：直接切削（控轧控冷）按用途分两大类：直接切削（控轧控冷）和锻造（控锻控冷）。和锻造（控锻控冷）。 优点：简化工序、节约能源、优点：简化
13、工序、节约能源、成本成本 n高强度化高强度化:1300MPa:1300MPa级高强度螺栓级高强度螺栓( (耐沿迟断耐沿迟断裂裂) )3.3 3.3 弹簧钢弹簧钢 一、组织性能要求一、组织性能要求 弹簧功能弹簧功能储能减振储能减振弹簧类型弹簧类型板簧，螺簧；压簧、板簧，螺簧；压簧、拉簧和扭簧等拉簧和扭簧等板簧板簧弯曲载荷弯曲载荷螺簧螺簧扭转应力扭转应力疲劳破坏疲劳破坏弹性减退弹性减退高的弹性极限、屈强比高的弹性极限、屈强比: :保证吸收大量的保证吸收大量的弹性能而不产生塑性变形；高疲劳强度；弹性能而不产生塑性变形；高疲劳强度；有足够的塑性和韧性：以防止冲击断裂有足够的塑性和韧性：以防止冲击断裂
14、； 其他要求其他要求: :淬透性、冶金质量、表面质量；淬透性、冶金质量、表面质量；良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件良好的热处理和塑性加工性能，特殊条件下工作的耐热性或耐蚀性要求等下工作的耐热性或耐蚀性要求等 ；过热敏感性小，不易脱碳过热敏感性小，不易脱碳 典型的螺旋弹簧及板簧典型的螺旋弹簧及板簧a)压缩螺簧压缩螺簧 b)拉伸螺簧拉伸螺簧 c)扭转螺簧扭转螺簧 d)单板簧单板簧 e)多板弓形簧多板弓形簧 f)椭圆板簧椭圆板簧二、化学成分二、化学成分 n碳：碳：w wc c0.6%-0.9%0.6%-0.9%（碳素弹簧钢）（碳素弹簧钢） w wc c0.45%-0.70%0.45%-0.70%
15、（合金弹簧钢）（合金弹簧钢） 较高的碳含量可保证高的弹性极限和疲劳极限较高的碳含量可保证高的弹性极限和疲劳极限n合金元素：主加合金元素：主加SiSi、MnMn、CrCr等，辅加等，辅加MoMo、W W、V V等等 铬和锰主要是提高淬透性，硅提高弹性极限，钒铬和锰主要是提高淬透性，硅提高弹性极限，钒提高淬透性和细化晶粒。提高淬透性和细化晶粒。 硅、锰复合：高的弹性极限，屈强比可达到硅、锰复合：高的弹性极限，屈强比可达到0.80.9；硅、锰；硅、锰淬透性，硅有效淬透性，硅有效回稳性；两回稳性；两者复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小者复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小 常用的硅锰系弹簧钢有常
16、用的硅锰系弹簧钢有60Si2Mn 、 55SiMnVB、 铬钒系铬钒系60Si2CrVA、 50CrV等。等。基本基本工艺工艺方式方式热成形热成形弹簧弹簧冷成形冷成形弹簧弹簧大型大型弹簧弹簧 热成形后热成形后+ +淬、回火淬、回火小型小型弹簧弹簧冷变形或热处冷变形或热处理强化理强化+ +冷成形冷成形+ +低温退火（时效）低温退火（时效）三、常用弹簧钢及热处理三、常用弹簧钢及热处理思考题：思考题： 大型弹簧为什么要先成形后大型弹簧为什么要先成形后强化，小型弹簧先强化后成形强化，小型弹簧先强化后成形? ? 小型弹簧成形后为什么进行小型弹簧成形后为什么进行低温退火低温退火? ?1、热成型弹簧弹簧截面
17、尺寸较大（10-15mm)扁钢或圆钢下料热成型淬火+中温回火表面喷丸处理加热压弯或卷绕60Si2Mn 870淬火，420-450 回火，组织：T回40-45HRC(42HRC弹性极限好）提高-1，可降低表面粗糙度2、冷成型弹簧截面尺寸截面尺寸10mm的各种小型弹簧可采用冷成形的各种小型弹簧可采用冷成形（如冷卷、冷轧），如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。（如冷卷、冷轧），如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。 铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝拔丝完全奥氏体化铅浴等温处理拉拔卷簧低温退火片状T碎化细片状P或者T880-950拉拔较大的内应力和脆性 冷拉弹簧冷拉弹簧拔丝再结晶退火冷拔
18、拉拔卷簧低温退火到尺寸600-680定型处理60Si2Mn钢原始组织钢原始组织,30.7HRC60Si2Mn钢钢870淬火（油），淬火（油），62HRC 60Si2Mn钢钢870淬火（油），淬火（油），450回火回火1h, 42HRC3.4 表面强化态钢表面强化态钢 零件在滑动、滚动、接触零件在滑动、滚动、接触应力、摩擦等工况下工作应力、摩擦等工况下工作 磨损和接触疲劳磨损和接触疲劳是主要失效形式是主要失效形式 表面应具有高硬度、高接表面应具有高硬度、高接触疲劳抗力和良好耐磨性，触疲劳抗力和良好耐磨性，而心部有一定塑韧性而心部有一定塑韧性 渗碳钢、渗氮渗碳钢、渗氮钢、感应加热淬钢、感应加热淬火
19、钢等火钢等 这类钢适宜制造表面和心部性能要求不同的这类钢适宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通过某种工艺使零件表面硬度高耐磨而心零件，通过某种工艺使零件表面硬度高耐磨而心部具有较好强韧性配合以满足要求。部具有较好强韧性配合以满足要求。 典型零件有齿轮、凸轮、链条等典型零件有齿轮、凸轮、链条等1 1、渗碳钢的成份及合金化、渗碳钢的成份及合金化一般含碳量在一般含碳量在0.120.25 保证得到强韧保证得到强韧性好的板条性好的板条M常用合金常用合金化元素化元素 Mn、Cr、Ni、 B主加主加淬透性淬透性 Ti、V、W、Mo细化晶粒细化晶粒 影响渗碳层性能影响渗碳层性能: : 表层碳量表层碳量( (
20、硬度硬度) )、碳化物形态、碳化物形态、表层浓度梯度和渗层深度等。表层浓度梯度和渗层深度等。一、合金渗碳钢一、合金渗碳钢nCr 、 Mo 、W 、Ti 、V、 Mn （K形成元素）形成元素）使表层碳含量增多；降低层深和渗速；使表层碳含量增多；降低层深和渗速；nSi、Ni、Co、Al等（非等（非K形成元素）使表层碳含形成元素）使表层碳含量减少；增加层深和渗速。量减少；增加层深和渗速。 例如：例如： 使碳浓度梯度平缓；使碳浓度梯度平缓；d d；渗碳性能；渗碳性能； 对表层对表层K K形态有不同影响，形态有不同影响， CrCr使碳化物呈粒状，使碳化物呈粒状， W W、MoMo、V V（强（强K K形
21、成元素）和形成元素）和SiSi（非（非K K形成元素）形成元素） 使碳化物呈条网状。使碳化物呈条网状。 渗层含碳量：通常渗层含碳量：通常0.80.80.90.9，过高促使，过高促使 碳化物沿晶析出，脆性增加；过低则硬度不足。碳化物沿晶析出，脆性增加；过低则硬度不足。 心部含碳量：接近心部含碳量：接近0.20.20.250.25，过高淬火后，过高淬火后 心部脆性增加，心部脆性增加， 过低易使表面硬化层剥落。过低易使表面硬化层剥落。心部强度心部强度渗层厚度渗层厚度表层强度表层强度外应力外应力距离距离表面碳浓度太高表面碳浓度太高渗层太浅渗层太浅 渗碳零件受力与渗层厚度的关系渗碳零件受力与渗层厚度的关
22、系 渗碳层深度根据零件需要确定。原则上，渗碳渗碳层深度根据零件需要确定。原则上，渗碳层深度应大于零件的最大切应力深度。层深度应大于零件的最大切应力深度。 q 2 2、常用渗碳钢、常用渗碳钢低载荷零件低载荷零件活塞销等活塞销等低淬透性（15，20）中低载荷零中低载荷零件件高速中载荷零件高速中载荷零件高载荷零件高载荷零件齿轮、小轴齿轮、小轴齿轮、轴齿轮、轴大型齿轮、轴大型齿轮、轴一定淬透性（20Cr，20MnV）中淬透性（20MnVB）高淬透性（20Cr2Ni4）柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴按淬透性可分为低、中和高淬透性钢三类按淬透性可分为低、中和高淬透性钢三类 20Cr钢（低）：不宜渗碳后直接淬火。
23、钢（低）：不宜渗碳后直接淬火。20CrV钢可直接淬火。钢可直接淬火。20CrMnTi（高）钢特点（高）钢特点: Cr、Mn复合，淬透性好，复合，淬透性好，D油油约约40mm； 较高耐磨性和强韧度，特别是低温韧度较好；较高耐磨性和强韧度，特别是低温韧度较好； 渗碳工艺性较好，晶粒长大倾向小，可直接渗碳工艺性较好，晶粒长大倾向小，可直接淬火，变形也比较小。但有块状淬火，变形也比较小。但有块状TiN。 广泛制造汽车、拖拉机变速箱齿轮，离广泛制造汽车、拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等。合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等。3、常用渗碳钢的热处理、常用渗碳钢的热处理 18Cr2Ni4WA
24、 18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A：高淬透性：高淬透性 由于合金元素多，所以工艺可变程度大，获由于合金元素多，所以工艺可变程度大，获得的组织性能也较复杂。得的组织性能也较复杂。 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA可作为调质钢，低碳马氏体钢，可作为调质钢，低碳马氏体钢，也可作为渗碳钢。渗碳和淬火工艺较复杂。主也可作为渗碳钢。渗碳和淬火工艺较复杂。主要用于要求高综合力学性能和高耐磨性的重要要用于要求高综合力学性能和高耐磨性的重要 件，如航空发动机齿轮等。件，如航空发动机齿轮等。 工艺：工艺：n预处理：正火预处理：正火F+F+细细P P 心部韧性好心部韧性好 n渗碳：
25、渗碳：900900950950原子扩散快原子扩散快/ /细晶粒钢细晶粒钢d d小小n渗碳后的热处理工艺有直接淬火渗碳后的热处理工艺有直接淬火 一次淬火一次淬火 二二次淬火？次淬火？。细晶粒钢可用直接淬火。细晶粒钢可用直接淬火。 20CrMnTi： 3.5 3.5 滚动轴承钢滚动轴承钢一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求 滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、 针）针）及保持器组成。及保持器组成。工工作作条条件件高负荷高负荷最大接触应力可高达最大接触应力可高达30005000MPa高转速高转速循环周次高达每分钟数万次；循环
26、周次高达每分钟数万次；高灵敏度高灵敏度 精度要求高精度要求高磨损、麻点磨损、麻点燥音燥音失效形式失效形式 接触疲劳破坏，麻点、剥落接触疲劳破坏，麻点、剥落性性能能要要求求 高而均匀的硬度和耐磨性高而均匀的硬度和耐磨性足够足够淬透性和淬硬性，淬透性和淬硬性，60HRC； 高接触疲劳强度高接触疲劳强度以免过早失效以免过早失效保证材质、组织；保证材质、组织； 一定韧度一定韧度承受冲击，以免碎裂；承受冲击，以免碎裂； 尺寸稳定性好尺寸稳定性好保证精度；保证精度； 一定耐蚀性一定耐蚀性大气、润滑油腐蚀。大气、润滑油腐蚀。关键因素关键因素 化学成分、冶金质量和加工工艺化学成分、冶金质量和加工工艺性能要求性
27、能要求 二、轴承钢的化学成分与冶金质量二、轴承钢的化学成分与冶金质量 冶金冶金质量质量要求要求 纯净纯净夹杂物要少：主要有各种夹杂物要少：主要有各种氧化物（如氧化物（如A12O3）和硅酸盐等；）和硅酸盐等；低气体含量：低气体含量：O、H、N低低P、S 含量含量0.02%，带状、缩松、偏析，带状、缩松、偏析 危害程度依次递减：危害程度依次递减：A12O3、球、球状不变形夹杂物、铝硅酸盐。状不变形夹杂物、铝硅酸盐。接触面小接触面小应力集中大应力集中大易产生裂纹易产生裂纹材质纯净、组织均匀材质纯净、组织均匀组组织织均均匀匀 碳化物细小均布。主要有三类碳化物细小均布。主要有三类K：K液析液析 结晶时枝
28、晶偏析而存在结晶时枝晶偏析而存在（直接从钢液中结晶出碳化物）（直接从钢液中结晶出碳化物） 需经高温扩散退火，不允许液析严重；需经高温扩散退火，不允许液析严重； 带状带状K 轧制时二次碳化物偏析轧制时二次碳化物偏析需经高温扩散退火；需经高温扩散退火； 网状网状K冷却时在晶界析出冷却时在晶界析出正火正火合金合金化化 高碳高碳1%，加入，加入Cr、Si、Mn等。如等。如GCr15、GCr15SiMn。组织组织特点特点 经合适的热处理，应得到组织：经合适的热处理，应得到组织： 细小均匀的奥氏体晶粒度细小均匀的奥氏体晶粒度58级；级；M中中含含0.50.6%C；隐晶；隐晶M基体上分布细小均基体上分布细小
29、均匀的粒状匀的粒状K，体积分数约，体积分数约78%， 一般可一般可有少量有少量AR。 为提高为提高-1-1，可设计，可设计M中中含含0.45%C，K体积分数约体积分数约5%。钢中总含碳量应钢中总含碳量应化学成分化学成分 三、高碳铬轴承钢的热处理三、高碳铬轴承钢的热处理 工艺特点是简单而要求高。工艺特点是简单而要求高。热热处处理理特特点点 球化退火球化退火为最终淬火作组织准备为最终淬火作组织准备淬回火工艺参数对疲劳寿命有很大影响淬回火工艺参数对疲劳寿命有很大影响一般采用保护气氛加热或真空加热一般采用保护气氛加热或真空加热160保温保温3h或更长回火，硬度或更长回火，硬度6266HRC 要求消除要
30、求消除AR 淬火后立即进行冷处理淬火后立即进行冷处理,而而 后立即低温回火。后立即低温回火。GCr15 850 C淬火淬火一般白区占1/3,黑区占2/3，合格如果白区多，M针长，说明淬火温度越高GCr15 880 C淬火淬火GCr15钢钢12005分加热淬分加热淬火火 分析零件分析零件工作条件工作条件 确定主要失效抗力指标确定主要失效抗力指标作为选材的基本依据作为选材的基本依据 考虑工考虑工艺措施艺措施考察经济性考察经济性和生产成本和生产成本选择材料选择材料注注意意 要合理引用手册上材料的力学性能数据要合理引用手册上材料的力学性能数据 ； 尽量选用简化加工工艺的材料尽量选用简化加工工艺的材料
31、； 零件材料选择要考虑零件的综合成本零件材料选择要考虑零件的综合成本选择材料的基本思路及方法选择材料的基本思路及方法1 1、齿轮类零件、齿轮类零件 不同机械的齿轮，其工作条件差别很大，所不同机械的齿轮，其工作条件差别很大，所 以在选择材料和热处理工艺上也有很大不同。以在选择材料和热处理工艺上也有很大不同。机机床床齿齿轮轮 载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速也不高。常选用调质钢制造，如转速也不高。常选用调质钢制造，如45、40Cr、42SiMn等钢，等钢， 热处理工艺为正火或调质，高频感应加热淬火热处理工艺为正火或调质，高频感应加热淬火一般工艺路线为
32、：一般工艺路线为： 备料备料 锻造锻造 正火正火( (退火退火) ) 粗加工粗加工 调质处理调质处理 半精加工半精加工 高频淬火高频淬火+ + 回火回火 磨削磨削典型零件材料选择与工艺分析典型零件材料选择与工艺分析汽汽拖拖齿齿轮轮 汽车、拖拉机上的变速箱齿轮、主被动齿轮汽车、拖拉机上的变速箱齿轮、主被动齿轮属于重载荷齿轮，常承受一定程度的冲击载荷。属于重载荷齿轮，常承受一定程度的冲击载荷。一般都采用渗碳钢，如一般都采用渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi等，等，进行渗碳热处理。进行渗碳热处理。一般工艺路线为：一般工艺路线为： 备料备料锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 渗碳渗碳+ +淬火淬火+
33、+回火回火 喷丸喷丸 磨削磨削重重载载齿齿轮轮 航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮承航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮承受高速和重载，一般多采用高淬透性渗碳钢，受高速和重载，一般多采用高淬透性渗碳钢，如如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等钢。等钢。工艺路线较复杂：工艺路线较复杂： 备料备料 模锻模锻 正火正火+ +高温回火高温回火 机械加工机械加工 渗碳渗碳 高温回火高温回火 机械加工机械加工 淬火淬火+ +回火回火 精加工精加工 检验。检验。 轴是各类机械中最基本零件，也是关键轴是各类机械中最基本零件，也是关键零部件。它直接影响精度和使用寿命。零部件。它直接影响精度和使用寿命。 各
34、种轴的尺寸差别很大，一般钟表的轴各种轴的尺寸差别很大，一般钟表的轴直径在直径在0.5mm以下，而汽轮机转子轴直径以下，而汽轮机转子轴直径可达可达1m以上。以上。2 2、轴类零件、轴类零件服役条服役条件主要件主要共同点共同点 传递扭矩，交变性，有时会承受传递扭矩，交变性，有时会承受 弯曲、拉压负荷；弯曲、拉压负荷； 都有轴承支承，轴颈处受磨损，都有轴承支承，轴颈处受磨损， 需要较高的硬度，耐磨性好；需要较高的硬度，耐磨性好； 大多数承受一定的冲击和过载。大多数承受一定的冲击和过载。主要失主要失效方式效方式 断裂、疲劳断裂和过量磨损。断裂、疲劳断裂和过量磨损。轴轴类零件主要是按强度来选材的，并考类
35、零件主要是按强度来选材的，并考虑一定韧度和耐磨性。虑一定韧度和耐磨性。（1 1）轻载主轴。如普通车床主轴，负荷小，冲）轻载主轴。如普通车床主轴，负荷小，冲 击力不大，磨损也不严重，一般采用击力不大，磨损也不严重，一般采用4545钢，钢， 整体经正火或调质处理，轴颈处高频感应加整体经正火或调质处理，轴颈处高频感应加 热淬火。热淬火。（2）中载主轴。如铣床，中等负荷，有一定冲）中载主轴。如铣床，中等负荷，有一定冲 击力，磨损也较重，一般用击力，磨损也较重，一般用40Cr等制造，进等制造，进 行调质处理，轴颈处高频感应加热淬火。如行调质处理，轴颈处高频感应加热淬火。如 冲击力较大，也可用冲击力较大，
36、也可用20Cr等钢进行渗碳淬火等钢进行渗碳淬火 目前常用轴的材料及工艺如下：目前常用轴的材料及工艺如下：（3）重载主轴。如组合机床的主轴，负荷较）重载主轴。如组合机床的主轴，负荷较 大，冲击力大，磨损严重，可用大，冲击力大，磨损严重，可用20CrMnTi 钢制造，渗碳淬火。钢制造，渗碳淬火。（4）高精度主轴。如精密镗床的主轴，虽然负）高精度主轴。如精密镗床的主轴，虽然负 荷不大，磨损也不严重，但是精度要求很荷不大，磨损也不严重，但是精度要求很 高，一般可用高，一般可用38CrMoAlA氮化钢制造，经氮化钢制造，经 调质后氮化处理，可满足要求调质后氮化处理，可满足要求n例题1. 现制造一汽车传动
37、齿轮，要求表面高硬度n （5862HRC）、高耐磨、高接触疲劳强n 度，心部具有良好的韧（2945HRC）。n1) T10钢水淬160回火，组织为M回火。n 工艺分析：只满足表层，不能满足心部性能。n2) 45钢调质表面淬火160回火。n 工艺分析：调质得到S回，心部性能一般满足 n 表面淬火+ 160回火得到M回 ，硬度只有n HRC56 ,不合要求 。n3) 20CrMnTi钢 渗碳淬油160回火（渗碳表n 层C 0.81.0）n 分析：表层组织为：M回合金碳化物A少 硬度62HRCn 心部组织为：M回F，硬度4043HRC , 强韧性好。n无论表层、心部都能满足性能要求，故选工艺3。思考题思考题
