第三章-机器零件用钢课件.ppt

1、第三章-机器零件用钢工程材料学n 机器零件用钢是指用于制造各种机器零件所用的钢种，如各种轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等。机器零件在工作时承受拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力的作用，或几种力同时作用，零件的截面上产生拉、压、弯、抵、切等应力。工程材料学3.1 机器零件用钢的性能要求3.1 机械零件用钢的性能要求一、力学性能要求较高的疲劳强度较高的断裂抗力较高的耐磨性低的缺口敏感性机器零件承载着反复同向或交变的载荷作用机器零件承载着短时超负荷作用，强度要求高机器零件相互间存在相互滑动或滚动机器零件形状复杂，存在台阶、键槽、油孔工程材料学3.2 调质钢 b(MPa)0.2(MPa)(%)(

2、%)k(J/cm2)Tk()800-1100700-10009-1545-5560-120-40 通常将经过淬火和高温回火(即调质处理)处理而使用的结构钢称为调质钢。调质处理后的组织为回火索氏体组织。调质钢是应用最广的机器零件用钢，约占机械行业中机器零件用钢的30。近来有很多调质钢采用等温淬火处理，获得优良的机械性能。此外，根据不同的技术要求，还可施以正火、表面淬火+低温回火和化学热处理等处理工艺。3.2 调质钢工程材料学 许多机器设备上的重要零件如机床主轴、汽车拖拉机的后桥半轴、柴油发电机曲轴、连杆、高强度螺栓等，都是在多种应力负荷作用下工作的，受力情况比较复杂。对调质钢的性能提出如下要求：

3、高的屈服强度和疲劳极限、良好的冲击韧性和塑性、轴的表面和局部要有一定的耐磨性、以及断裂韧性和疲劳性能。一、调质钢的工作条件及性能要求 工程材料学曲轴曲轴 引擎的主要旋转机件，装上连杆后， 可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动3.2 调质钢工程材料学二、调质钢的组织特点 调质钢具有良好的综合力学性能的原因与其在使用状态下组织为中碳回火索氏体有关。具有以下特点： (1)强化相为弥散均匀分布的粒状碳化物，可以保证有较高的塑变抗力和疲劳强度。 (2)组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。 (3)作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，其晶粒细

4、小，使钢的冷脆倾向性大大减小。 3.2 调质钢工程材料学二、调质钢的化学成分 调质钢在化学成分上的主要特点是中碳(w(C)=0.30.5)，合金元素有Mn、Cr、Si、Ni及B等。这些元素单独加入或复合加入可以提高钢的淬透性，并保证机械零件整体具有良好综合力学性能。3.2 调质钢车床主轴车床主轴工程材料学 辅加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素，它们一般不单独加入，而是加在含有主加元素的钢中，且含量较少。主要作用是细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。调质钢的回火温度正好处于第二类回火脆的温度范围，加入W、Mo元素可以抑制回火脆性。调质钢一般用以制作大的结构件，所以淬透性至关重要。3.2

5、 调质钢工程材料学四、调质钢的热处理 3.2 调质钢1. 预备热处理改善切削加工性以及改善因轧、锻不适当而造成的晶粒粗大和带状组织 对于合金元素含量较低的调质钢可进行正火或退火处理。 对于合金元素含量较高的调质钢，因正火后可得到马氏体组织，尚需正火后再在Ac1以下温度进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体，降低硬度，便于切削加工。2. 最终热处理粒状珠光体层片状珠光体工程材料学3.2 调质钢1. 预备热处理2. 最终热处理调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。 调质钢的最终性能取决于回火温度的选择。当要求高塑性、高韧性及一定的强度时，采用500-600回火，即调质处理，获得回火索氏体组织。如零件

6、还要求表面有良好耐磨性时，则再进行表面淬火或化学热处理如氮化处理。 当零件要求较高的强度和适当的塑性和韧性时，采用200-250回火，以获得回火马氏体组织，或采用450左右回火，以获得屈氏体组织。工程材料学 在小能量多次冲击条件下工作的零件，即高周疲劳时，应适当降低回火温度，以发挥材料的强度潜力；只有对于大能量冲击条件下的零件即低周疲劳时才适宜采用较高的回火温度，以保证有足够的塑性和韧性。 3.2 调质钢工程材料学五、常用调质钢 3.2 调质钢低淬透性调质钢 如40、45淬火临界直径为8-17 mm，而45MnV、40Cr、38CrSi、40CrV、40MnVB钢等油淬临界淬火直径为30-40

7、 mm； 中淬透性调质钢 油淬临界淬火直径为40-60 mm，如40CrMn、40CrNi、35CrMo、30CrMnSi等钢； 高淬透性调质钢 油淬临界淬火直径大于60-100 mm，如40CrNiMo、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA钢等 。工程材料学类别牌号化学成分 w/%热处理力学性能用途举例CSiMnCr其他淬火温度/回火温度/b/MPaS/MPa5/%/%Ak/J不小于低淬透性40Cr0.370.440.170.370.500.800.801.10850油520水、油98078594547 重要的齿轮、轴、曲轴、套筒、连杆40Mn2 0.370.440.170.371.401

8、.80840油540水、油885735124555 轴、半轴、涡杆、连杆等40MnB0.370.440.170.371.101.40B：0.00050.0035850油500水、油980785104547 可代替40Cr作小截面重要零件，如汽车转向节、半轴、涡杆、花键轴40MnVB0.370.440.170.371.101.40B：0.00050.0035V：0.050.10850油520水、油980785104547 可代替40Cr作柴油机缸头螺栓、机床齿轮、花键轴等中淬透性35CrMo0.320.400.170.370.400.700.801.10Mo：0.150.25850油550水、油

9、980835124563 用作截面不大而要求力学性能高的重要零件，如主轴、曲轴、锤杆等30CrMnSi0.270.340.901.200.801.100.801.10880油520水、油1080 885104539 用作截面不大而要求力学性能高的重要零件，如齿轮、轴、轴套等40CrNi0.370.440.170.370.500.800.450.75Ni：1.001.40820油500水、油980785104555 用作截面较大、要求力学性能较高的零件，如轴、连杆、齿轮轴等38CrMoAl0.350.420.200.450.300.601.351.65Mo：0.150.25Al：0.701.10

10、940水、油640水、油980835145071 氮化零件专用钢，用作磨床、自动车床主轴、精密丝杠、精密齿轮等高淬透性40CrMnMo0.370.450.170.370.901.200.901.20Mo：0.200.30850油6000水、油980785104563 截面较大，要求强度高、韧性好的重要零件，如汽轮机轴、曲轴等40CrNiMo0.370.440.170.370.500.800.600.90Mo：0.150.25Ni：1.251.65850油600水、油980835124578 截面较大，要求强度高、韧性好的重要零件，如汽轮机轴、叶片曲轴等25Cr2Ni4WA0.210.280.1

11、70.370.300.601.351.65W：0.801.20Ni：4.004.50850油550水、油1080 930114571 200mm以下，要求淬透的大截面重要零件 注：试样尺寸25mm；38CrMoAl钢试样尺寸为30mm。 常用合金调质钢的牌号、化学程分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 3077-1999） 3.2 调质钢工程材料学调质钢调质钢调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 1 1、成分特点、成分特点中碳中碳(0.3-0.5%C)(0.3-0.5%C)，合金元素作用为：，合金元素作用为： 提高淬透性：提高淬透性：MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B 强化铁素

12、体：强化铁素体：MnMn、SiSi、CrCr、NiNi 细化晶粒：细化晶粒：TiTi、V V 防止第二类回火脆性：防止第二类回火脆性：W W、Mo Mo 2 2、性能：良好的综合力学性能。、性能：良好的综合力学性能。3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 常用钢号为常用钢号为4545、40Cr40Cr、40CrNi40CrNi。用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。制造大截面重载荷零件，如零件。制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的曲轴等用高淬透性的40CrNiMo40CrNiMo等等 。3.2 调质钢-小结柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴工程材料学3.3 弹簧钢 在机

13、械产品中，弹簧是重要的基础零部件之一，在各种机械产品中都少不了各种各样的弹簧，按其使用场合和结构外形的不同，可分为板弹簧和螺旋弹簧两大类。用以制造弹簧或制造类似弹簧性能的零件的钢种称为弹簧钢。 弹簧在外力作用下发生弹性变形以吸收能量；外力去除后，弹性变形又恢复放出能量，从而保证弹簧本身不受损害。可见，弹簧也是在交变载荷下工作，其破坏形式是疲劳断裂和由于塑性变形而失去弹簧作用。3.3 弹簧钢工程材料学工程材料学根据以上工作要求，弹簧应具有如下性能： (1)高的弹性极限、屈服极限和高的屈强比，以保证弹簧有足够高的弹性变形能力，并能承受大的载荷。 (2)高的疲劳极限，以保证弹簧在长期的振动和交变应力

14、作用下不产生疲劳破坏。 (3)为了满足成型的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧应具有一定的塑性和韧性。k20即可，而对ak不做明确要求。一、弹簧的工作条件与性能要求 3.3 弹簧钢工程材料学弹簧的性能以强度要求为主，由此便决定了弹簧钢在化学成分和热处理工艺上有如下特点： (1)弹簧钢的化学成分： 弹簧钢中的碳质量分数较大，以保证高的弹性极限与疲劳极限。一般碳素弹簧钢的w(c)=0.8-0.9，合金弹簧钢的w(C)=0.5-0.7。3.3 弹簧钢二、弹簧钢的特点和常用钢种工程材料学加入Si、Mn。Si和Mn是弹簧钢中经常应用的合金元素，目的是提高淬透性、强化铁素体(Si、Mn固溶强化效果最好)、提高

15、钢的回火稳定性，使其在相同回火温度下具有较高的硬度和强度。其中Si的作用最大，但Si的质量分数大时有石墨化倾向，且在加热时使钢易于脱碳。Mn能增加钢过热敏感性，也应加以注意。加入Cr、W、V。为了克服硅锰钢的不足，加入碳化物形成元素，它们可以防止钢的过热和脱碳，提高淬透性(主要是Cr)，W、V可细化晶粒，并保证钢在高温下仍具有较高的弹性极限和屈服极限。3.3 弹簧钢工程材料学 (2)最终热处理采用淬火加中温回火，回火温度一般在350450，为回火屈氏体组织，其目的是为了追求高的弹性极限和疲劳极限。 (3)要求有较高的冶金质量，以防钢中夹杂物引起应力集中而成为疲劳裂纹源，故指标中规定弹簧钢为优质

16、钢。 (4)对钢材表面质量有严格要求，防止表面有脱碳、裂纹、折叠、斑疤、气泡、夹杂和压入的氧化皮等引起应力集中，降低钢的疲劳极限。3.3 弹簧钢工程材料学 对于小型弹簧，如丝径小于8mm以下的螺旋弹簧或弹簧钢带等，可以在热处理强化或冷变形强化后成型，即用冷拔钢丝冷卷成型。冷拔钢丝具有高的强度，这是利用冷拔变形使钢产生加工硬化而获得的。冷拔弹簧钢丝按其强化工艺不同可分为三种情况：三、弹簧钢的热处理1冷成型弹簧的热处理3.3 弹簧钢工程材料学 (1)铅浴等温淬火冷拔钢丝。即将盘条先冷拔到一定尺寸，再加热到Ac3+80-100奥氏体化后，在450-550铅浴中等温以得到细片状珠光体组织，然后多次冷拔

17、至所需要直径。通过调整钢中含碳量和冷拔形变量(形变量可高达85-90)，以得到高强度和一定塑性的弹簧钢丝。这种铅淬拔丝处理实质上是一种形变热处理，即珠光体相变后形变，可使钢丝强度达到3000 MPa左右。 3.3 弹簧钢工程材料学 (2)冷拔钢丝。这种钢丝主要是通过冷拔变形而得到强化，但与铅淬冷拔钢丝不同，它是通过在冷拔工序中间加入一道约680中间退火而改善塑性，使钢丝得以继续冷拔到所需最终尺寸，其强度比铅淬冷拔钢丝强度低。 (3)淬火回火钢丝：这种钢丝是在冷拔到最终尺寸后，再经淬火加中温回火强化，最后冷卷成型的。此种强化方式的缺点是工艺较复杂，而强度比铅淬冷拔钢丝低。 3.3 弹簧钢工程材料

18、学 经上述三种方式强化的钢丝在冷卷成型后必加一道低温回火工艺，其回火温度为250-3001h。低温回火的目的是消除应力、稳定尺寸，并提高弹性极限。实践中发现已经过强化处理的钢丝在冷卷成型后弹性极限往往并不高，这是因为冷卷成型将使易动位错数量增多，且由于包申格效应引起起始塑变抗力降低。因此在冷卷成型后必须进行一次低温回火，以造成多边化过程，提高弹性极限。3.3 弹簧钢工程材料学 热成型弹簧一般是将淬火加热与热成型结合起来，即加热温度略高于淬火温度，加热后进行热卷成型，然后利用余热淬火，最后进行350-450的中温回火，从而获得回火屈氏体组织。这是一种形变热处理工艺，可有效地提高弹簧的弹性极限和疲

19、劳寿命。 一般汽车上大型板弹簧均采用此方法。对于中型螺旋弹簧也可以在冷态下成型，而后进行淬火和回火处理。2.热成型弹簧的热处理工程材料学类别牌号化学成分 w/%热处理力学性能用途举例CSiMnCrNiCuPS其他淬火温度/回火温度/S/MPab/MPa5/%10/%/J不小于不小于硅锰系55Si2Mn0.520.601.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035870油480 11771275630 有较好的淬透性，较高的弹性极限、屈服点和疲劳极限，广泛用于汽车、拖拉机、铁道车辆的弹簧、卷止回阀和安全弹簧，并可作250以下使用的耐热弹簧55Si2MnB0.5

20、20.601.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035B：0.0050.004870油480 1177127563060Si2Mn0.560.641.502.000.600.900.350.35 0.25 0.035 0.035V：0.080.16B：0.00050.0035870油480 1177127552555SiMnVB0.520.600.701.001.001.300.350.35 0.25 0.035 0.035860油460 12261373530硅铬系60Si2CrA0.560.641.401.800.400.700.701.000.35

21、0.25 0.030 0.030 V：0.100.20870油420 15691765 620 用作承受重载荷和重要的大型螺旋弹簧和板簧，如汽轮机汽封弹簧、调节阀和冷凝器弹簧等，并可作300以下的耐热弹簧60Si2CrVA0.560.641.401.800.400.700.901.200.35 0.25 0.030 0.030850油410 16671863 620铬锰系55CrMnA0.520.600.170.370.650.950.650.950.35 0.25 0.030 0.030830860油460-510r0.210791226 920 用作载荷较重、应力较大的载重汽车、拖拉机和小

22、轿车的板簧和直径较大（50mm）的螺旋弹簧60CrMnA0.560.640.170.370.701.000.701.000.35 0.25 0.030 0.030830860油460-520r0.210791226 920铬钒系50CrVA0.460.640.170.370.500.800.801.100.35 0.25 0.030 0.030 V：0.100.20850油500 11281275 1040 用作特别重要的，承受大应力的各种尺寸的螺旋弹簧，并可作400以下工作的耐热弹簧30W4Cr2VA0.260.340.170.370.402.002.500.35 0.25 0.030 0.

23、030V：0.500.80W：4.004.5010501100油600 13241471 740 用作高温（500）下使用的重要弹簧，如锅炉主安全阀弹簧等常用合金弹簧钢的牌号、化学程分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 1222-1984） 3.3 弹簧钢工程材料学弹簧钢弹簧钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。制造弹簧或类似性能零件的钢种。1 1、性能要求、性能要求 ( (弹簧是储存能量或缓和冲击的零件弹簧是储存能量或缓和冲击的零件) )高的高的s s、s s/b b、-1-1；足够的韧性；足够的韧性2 2、成分特点：中高碳、成分特点：中高碳碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.6-0.9%C0.6-0

24、.9%C；合金弹簧钢为；合金弹簧钢为0.45-0.7%C0.45-0.7%C3 3、合金元素作用：、合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：MnMn、SiSi、CrCr 提高提高 s s/ / b b：SiSi 细化晶粒：细化晶粒：V V4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途常用钢号为常用钢号为65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn用于制造较大截面弹簧。用于制造较大截面弹簧。 制造大截面、大载荷、耐制造大截面、大载荷、耐热的弹簧用热的弹簧用50CrV 50CrV 。 汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧3.3 弹簧钢工程材料学 3.4 渗碳钢 n某些机械零件

25、，如汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销和部分量具等，根据服役条件，要求表面耐磨、耐接触疲劳破坏及有一定冲击韧性。对于这种类型的零件，通常只要求表面强化，而对心部没有过多的要求。3.3 渗碳钢工程材料学n对零件采用表面强化的方法有：感应加热表面淬火、渗碳或碳氮共渗、渗氮以及表面冷塑性变形(如喷丸、辗压)等。其中除表面冷塑性变形强化方法外，其余三种强化法都属于热处理过程，都有相对适用的钢种。如感应加热表面淬火用钢、渗碳钢、碳氮共渗钢、氮化钢等，统称为表面强化零件用钢。 3.3 渗碳钢工程材料学 一、渗碳钢的工作条件及对性能要求齿轮为例潘存云教授研制失效形式失效形式轮齿折断轮齿折断一

26、般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面胶合齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。齿面塑性变形齿面塑性变形表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷3.3 渗碳钢工程材料学 齿轮用钢不但应有高的耐磨性、接触疲劳强度、弯曲疲劳强度和屈服强度，而且还应有较高的塑性和韧性。渗碳钢性能要求工程材料学 用

27、低碳(合金)钢渗碳(或碳氮共渗)后进行淬火加低温回火处理，即可达到目的。经渗碳处理后表层w(C)0.8，淬火并低温回火，其组织为回火马氏体和粒状碳化物及一定的残余奥氏体。 它具有高硬度(HRC58-62)、高耐磨性和高接触疲劳强度；齿轮心部仍为低碳钢，其组织为低碳回火马氏体(全部淬透)或部分铁素体加屈氏体(未淬透)，其硬度可达38-42 HRC；大多数情况下心部组织为回火马氏体、屈氏体和少量铁索体的混合组织硬度在25-40 HRC，心部冲击韧性一般高于70J/cm2。工程材料学 表层、心部C的质量分数不同导致淬火时，在表面形成极为有利的残余压应力，这将显著提高钢的弯曲疲劳强度。通过渗碳提高表层

28、C的质量分数也可以看成是一种合金化强化方式，而渗碳后的淬火，则为热处理强化。3.3 渗碳钢渗碳钢性能要求工程材料学 渗碳钢的表层、心部的成分组织和性能有很大的差异。这种使用状态实际上巧妙地制成了一种天然复合钢，即表层高碳钢、心部低碳钢。 渗碳钢的发展思路是： 低碳钢+渗碳工艺+淬火+低温回火。箱式气体渗碳炉井式气体渗碳炉3.3 渗碳钢工程材料学通常认为，渗碳件心部的w(c)=0.10-0.20范围内，低的含碳量的目的是为了保证心部有良好的韧性。低渗碳钢心部的含碳量却易于使硬化层剥落，目前总的趋向是将渗碳钢中C的质量分数增大到0.25左右。如对韧性要求较低时，C的质量分数也可提高至0.3-0.4

29、，但要适当采取减薄渗层深度等工艺措施。例如，有的吉普车齿轮用40Cr钢制造，渗层深度减至0.5 mm左右，否则易于断齿。总之，渗钢心部的w(C)=0.1-0.25，而表层C的质量分数可达0.8。 二、渗碳钢的化学成分 1钢材的含碳量 3.3 渗碳钢工程材料学 2钢材的淬透性 渗碳件心部的硬度和强度取决于钢材的含碳量和淬透性两方面的因素。钢材的含碳量决定着心部马氏体的硬度，而心部是否易于得到马氏体组织又取决于钢材的淬透性。 3.3 渗碳钢 渗碳钢的淬透性是通过加入合金元素来保证的，为了提高钢的淬透性，常在钢中加入Cr、Mo、Ni、W、Mn、Si、B等元素。特别是B提高淬透性效果很好，因而在我国汽

30、车、拖拉机制造业中已得到应用。工程材料学3表层碳化物的形态 渗碳层中所形成的碳化物呈网状，则渗层的脆性加大，易于脱落；而碳化物呈粒状时，即使在表面C的质量分数大于2-3的情况下，韧性也不至于有很大的下降，且耐磨性与接触疲劳性能得到大大的改善。中等碳化物形成元素如Cr的影响较为有利，易使碳化物呈粒状分布；而强碳化物形成元素如W、Mo、V以及非碳化物形成元素如Si等，则易使碳化物呈长条状或网状分布。 3.3 渗碳钢工程材料学 4合金元素对渗碳钢工艺性能的影响 合金元素对渗碳钢的影响，还表现在影响渗碳速度、渗层深度和表层碳浓度上。一般说来，碳化物形成元素如Cr、Mo、w、Ti、V、Mn等都促使表层含

31、碳量增多；而非碳化物形成元素如Si、Ni、Co、Al等，都减少表层碳浓度。同时，提高表层碳浓度的元素通常又增加渗层的深度与渗入速度，而减少表层碳浓度的元素，则相应降低渗层深度，并减慢渗入速度。 3.3 渗碳钢工程材料学 就热处理工艺而言，通常要求渗碳后直接降温淬火。但众所周知，渗碳温度高达930，为了阻止奥氏体晶粒长大，渗碳钢应是用铝脱氧的本质细晶粒钢。Mn在钢中有促进奥氏体晶粒长大的倾向，所以，在含锰的渗碳钢中常加入少量V、Ti、Mo等来阻止奥氏体晶粒的长大。3.3 渗碳钢工程材料学三、渗碳钢的热处理特点 渗碳只是改变表层的含碳量，而随后的淬火、回火工艺才赋予钢以最终的力学性能。渗碳钢的热处

32、理一般是渗碳后直接淬火加低温回火。但根据渗碳钢化学成分的差异，常用的热处理方法有： (1)合金元素含量较低，但又不易过热的钢，如20CrMnTi钢，渗碳后预冷直接淬火及低温回火。 (2)渗碳时易过热的碳钢及低合金钢，如固体渗碳后的零件，一般采用渗碳后缓冷至室温，重新加热淬火并低温回火。 (3)合金元素含量较高的中合金钢及对性能要求较高的钢，一般采用渗碳后缓冷至室温，重新加热二次淬火及低温回火。工程材料学四、常用的渗碳钢 (1)低强度渗碳钢。其强度级别抗拉强度在800 MPa以下，又常称低淬透性渗碳钢。常用钢号有15、20、20Mn2、20MnV、15Cr等。适用于对心部要求不高的小型渗碳件，如

33、套筒、链条等。 (2)中强度渗碳钢。其强度级别抗拉强度在800-1200 MPa范围内，又常称为中淬透性渗碳钢。常用钢号有20CrMnTi、20MnVB、20Mn2TiB、20SiMnVB等。这类钢的心部强度和淬透性较高，可用于制造中等强度较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机齿轮等。 3.3 渗碳钢工程材料学(3)高强度渗碳钢。其强度级别在1200 MPa以上，又常称为高淬透性渗碳钢。 常用钢号有20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo等。由于具有高淬透性和高的心部强度，可用以制造截面较大的重负荷渗碳件，如坦克齿轮、飞机齿轮等。工程材料学类别牌号化学成分 w/%试样尺寸mm

34、热处理力学性能用途举例CSiMnCrNiV其他 第一次淬火温度/第二次淬火温度/回火温度/b/MPaS/MPa5/%Ak/J不小于低淬透性15Cr0.120.180.170.370.400.700.701.0015880水、油780720水、油200水、空735 4901155 截面不大，心部韧性较高的受磨损零件，如齿轮、活塞、活塞环、小轴、联轴节等20Cr 0.180.240.170.370.500.800.701.0015880水、油780720水、油200水、空835 5401047 心部要求强度要求较高的小截面受磨损零件，如机床齿轮、涡杆、活塞环、凸轮轴等。20MnV0.170.240

35、.170.371.301.600.070.1215880水、油200水、空785 5901055 凸轮、活塞销等中淬透性20Mn2 0.170.240.170.371.401.8015850水、油200水、空785 5901147 代替20Cr（以节约铬元素），作小齿轮、小轴、活塞销、气门顶杆等20CrNi30.170.240.170.370.300.600.600.902.753.1525830水、油480水、空930 7351078承受重载荷的齿轮、凸轮、机床主轴、传动轴等20CrMnTi0.170.230.170.370.801.101.001.30Ti：0.040.1015880水、油

36、870油200水、空10808501055截面30mm2 以下，高速，承受中或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如汽车齿轮、齿轮轴、十字头、凸轮等20CrMnMo0.170.230.170.370.901.201.101.40Mo：0.200.3015850水、油200水、空11808851055要求表面高硬度和耐磨的重要渗碳件，如大型拖拉机主齿轮、活塞销、球头销，钻机的牙轮、钻头等20MnVB0.170.230.170.371.201.600.070.12B：0.00050.003515860水、油200水、空10808851055 代替20CrMnTi，作汽车齿轮、重型机床上的轴、齿轮等高淬透

37、性20Cr2Ni40.170.230.170.370.300.601.251.653.253.6515880水、油780油200水、空118010801063 大截面重要渗碳件，如大齿轮、轴、飞机发动机齿轮等18Cr2Ni4WA0.130.190.170.370.300.601.351.654.004.50W：0.801.2015950水、油850空200水、空11808351078 大截面、高强度、高韧性的重要渗碳件，如大齿轮、传动轴、曲轴等常用合金渗碳钢的牌号、化学程分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T 3077-1999） 工程材料学渗碳钢渗碳钢制造渗碳零件的钢种制造渗碳零件的钢种1

38、、性能要求：、性能要求： 表硬里韧表硬里韧 良好淬透性和渗碳能力。良好淬透性和渗碳能力。2、成分特点：、成分特点：低碳低碳(0.1-0.25%C), 加加Cr、Mn、Ni、B等元素等元素 Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性：提高淬透性 Cr、Mn、Ni ：强化铁素体：强化铁素体 W、Mo、Ti、V ：细化晶粒：细化晶粒3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途低淬透性钢低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。轴等。中淬透性钢中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。荷的耐磨件，如变速箱

39、齿轮。高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。荷的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴活塞销活塞销(20Cr)柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴3.3 渗碳钢工程材料学3.5 滚动轴承钢 滚动轴承是一种重要的基础零件，其作用主要在于支撑轴径。滚动轴承由内套、外套、滚动体(滚珠、滚轮、滚针)和保持架四部分组成。滚动体内套外套保持架除保持架常用低碳钢(08钢)薄板冲制外，内套、外套和滚动体则均用轴承钢制成。3.5 滚动轴承钢工程材料学 轴承钢还广泛用于制造各类工具和耐磨零件，如精密量具、冷变形模具、丝杠、冷轧辊和高强度的轴类等。3.5 滚动轴承钢工程

40、材料学一、滚动轴承的工作条件及性能要求 1滚动轴承的工作条件 内外套圈与滚动体之间接触面上承受极大的压应力和交变载荷；强烈的摩擦磨损，甚至产生大量的摩擦热；特殊条件下工作的轴承，常与大气、水蒸气及腐蚀介质相接触，进而产生腐蚀。3.5 滚动轴承钢工程材料学 (1)高的弹性极限、抗拉强度和接触疲劳强度； (2)高的淬硬性和必要的淬透性，保证高耐磨性，其硬度为61-65HRC； (3)一定的冲击韧性； (4)良好的尺寸稳定性(或组织稳定性)，这对精密轴承特别重要； (5)在和大气或润滑油接触时要能抵抗化学腐蚀。 2滚动轴承钢的性能要求3.5 滚动轴承钢工程材料学二、滚动轴承钢的化学成分 轴承钢含碳量

41、高，属于过共析钢。高碳可以保证钢有高的硬度和耐磨性。轴承钢的W(C)：0.95-1.15。1高碳 2加入Cr、Mn、Si等合金元素 Cr是轴承钢中最主要的合金元素，其作用是：Cr可提高钢的淬透性；钢中部分Cr可溶于渗碳体，形成稳定的合金渗碳体(FeCr)3C，可减少过热倾向，得到较细的组织；细小均匀分布碳化物，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度；Cr还可以提高钢的耐腐蚀性能。 Mn、Si提高淬透性。3.5 滚动轴承钢工程材料学 3高的冶金质量 由于轴承钢的接触疲劳性能对钢材的微小缺陷十分敏感，所以非金属夹杂物对钢的使用寿命有很大影响。危害性最大的是氧化物

42、，其次是硅酸盐，它们的多少主要取决于冶金质量和铸造工艺。因此，在冶炼和浇铸时必须严格控制非金属夹杂物的数量。通常w(S)0.02、w(P)0.02。3.5 滚动轴承钢工程材料学三、滚动轴承钢的牌号及其热处理 应用最广的是GCr15钢，约占轴承用钢的90左右。国外所用轴承钢的成分，大体与GCr15钢相同。 3.5 滚动轴承钢工程材料学 1轴承钢的种类 轧钢机械、矿山挖掘机械和其他一些受冲击负荷较大的机械使用的轴承，要求表面硬度高、耐磨性好，高的接触疲劳强度，心部有一定的韧性、强度和硬度，选用渗碳钢。常用的钢号有20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA

43、等，经渗碳淬火低温回火处理。 3.5 滚动轴承钢工程材料学 250以上(航空发动机轴承有的达380)的轴承，由于温度高，使材料的硬度、耐磨性等性能显著下降，此时必须采用高温轴承钢。我国已试验和使用的高温轴承钢有Cr4Mo4V、W6Mo5Cr4V2、Crl4Mo4V、9Cr18Mo等。 3.5 滚动轴承钢工程材料学 石油机械、造船工业及食品工业中的轴承常在酸、碱、盐等腐蚀介质中工作，要求具有良好的化学稳定性，因此需要采用不锈钢制造轴承，如9Cr18及9C18Mo钢等。 3.5 滚动轴承钢工程材料学2. GCr15轴承钢的热处理 轴承钢一般要经过球化退火处理和淬火加低温回火处理，球化退火的目的是降

44、低硬度，改善切削加工性，同时获得均匀分布的细粒状珠光体，为最终热处理做好组织上的准备。 轴承钢的淬火温度应严格控制，GCr15钢淬火温度控制在(84010)范围内，淬火组织为隐晶马氏体。淬火后应立即回火，以消除内应力、提高韧性、稳定组织和尺寸。其回火温度为150-160，回火时间为2-3 h。3.5 滚动轴承钢工程材料学 为了消除零件在磨削时产生的磨削应力，以及进一步稳定组织和尺寸，在磨削加工后再进行一次附加回火，回火温度为120-150，回火时间为2-3 h。 对于精密轴承，为了保证尺寸的稳定性，淬火后立即进行冷处理，然后再回火，磨削加工后再进行一次尺寸稳定性处理，在120-150保温5-1

45、0 h。 GCr5钢经淬火回火处理后，钢的组织为：马氏体(80)+残余奥氏体(10)+碳化物(10)，其硬度为61-65HRC。3.5 滚动轴承钢工程材料学类别牌号化学成分 w/% 热处理用途举例CCrMnSiMoVRES、P淬火温度/回火温度/回火后硬度HRC铬轴承钢GCr91.01.100.91.20.20.40.150.35-8108301501706266 1020mm的钢球GCr150.951.051.31.650.20.40.150.35-8258451501706266 厚度20mm的中小型套圈，直径小于50mm的钢球，柴油机精密偶件GCr15SiMn0.951.051.31.6

46、50.91.20.40.65-82084015017062 壁厚30mm的大型套圈，50100mm的钢球无铬轴承钢GSiMnV0.951.10-1.31.80.550.8-0.20.3-0.0378081015017062 可代替GCr15钢GSiMnVRE0.951.10-1.11.30.550.8-0.20.30.10.150.0378081015017062 可代替GCr15及GCr15SiMn钢GSiMnMoV0.951.10-0.751.050.40.650.20.40.20.3-77081016517562 可代替GCr15SiMn钢常用轴承钢牌号、化学成分、热处理及用途（铬轴承钢

47、摘自 YB（T）1-1980） 3.5 滚动轴承钢工程材料学制造轴承套和滚动体专用钢种制造轴承套和滚动体专用钢种1 1、性能要求、性能要求 ( (轴承承受接触应力、交变载荷和轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦摩擦) )高而均匀的硬度、耐磨性、高而均匀的硬度、耐磨性、 b b、接触疲、接触疲劳强度和足够的韧性。劳强度和足够的韧性。2 2、成分特点：高碳、成分特点：高碳(0.95-1.10%C)(0.95-1.10%C)，主加，主加Cr Cr Cr Cr、MnMn、SiSi：提高淬透性：提高淬透性 Cr Cr 还提高耐磨性和耐蚀性。还提高耐磨性和耐蚀性。 3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 应用

48、最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于，大量用于大中型轴承；大型轴承用大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。这类钢还可用于制造模具、量具等。3.5 滚动轴承钢工程材料学 钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以改变合金的组织与性能的一种工艺方法，其基本内容包改变合金的组织与性能的一种工艺方法，其基本内容包括热处理原理及热处理工艺两大方面。括热处理原理及热处理工艺两大方面。附：钢的热处理附：钢的热处理 钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对

49、钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。附：钢的热处理工程材料学q 钢的热处理原理钢的热处理原理 钢在加热时，实际钢在加热时，实际转变温度往往要偏离平转变温度往往要偏离平衡的临界温度，冷却时衡的临界温度，冷却时也是如此。随着加热和也是如此。随着加热和冷却速度的增加，滞后冷却速度的增加，滞后现象将越加严重。通常把加热时的临界温度标以字母现象将越加严重。通常把加热时的临界温度标以字母“C”C”，如，如A AC1C1、A AC3C3、A ACmCm等；

50、把冷却时的临界温度标以字等；把冷却时的临界温度标以字母母“r”r”，如，如A Ar1r1、A Ar3r3、A Armrm等等。附：钢的热处理工程材料学 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为钢在加热时奥氏体的形成过程又称为。以。以共析钢的奥氏体形成过程为例。共析钢的奥氏体形成过程为例。 附：钢的热处理-加热时钢的组织转变工程材料学 铁素体全部消失以后，仍有部铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体奥氏体的晶