1、12/16/20221章结构钢及其选用章结构钢及其选用节概述节概述节碳及杂质对钢力学性能的影响节碳及杂质对钢力学性能的影响节合金元素对钢的影响节合金元素对钢的影响节结构钢节结构钢节结构钢选用节结构钢选用节典型零件的选材及热处理节典型零件的选材及热处理作业：作业：P9414、15、18、22、24补充名词解释：回火稳定性、回火脆性、二次硬补充名词解释：回火稳定性、回火脆性、二次硬化、红硬性化、红硬性12/16/20222 本章重点：本章重点：1.各种钢的牌号含义、成分及合金元素的各种钢的牌号含义、成分及合金元素的作用作用 2.典型零件的选材、工艺路线、热处理工典型零件的选材、工艺路线、热处理工艺
2、、组织及性能特点艺、组织及性能特点12/16/20223第一节第一节 概述概述一、钢的分类一、钢的分类1.1.按用途分类按用途分类 12/16/202242.2.按化学成分分类按化学成分分类 12/16/202254.4.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 5.5.按金相组织分类按金相组织分类（1 1）按退火组织分类）按退火组织分类 （2 2）按正火组织分类）按正火组织分类 3.3.按质量分类按质量分类 12/16/20226一、一、碳素结构钢碳素结构钢二、合金结构钢二、合金结构钢第四节第四节 结构钢结构钢12/16/202271 1普通碳素结构钢普通碳素结构钢2 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢3
3、3碳素铸钢碳素铸钢4 4易切削钢易切削钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢12/16/202281 1普通碳素结构钢普通碳素结构钢牌号牌号 ：如 Q235B，表示 s 235 MPa，B级质量。用途用途铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。热处理：热处理：热轧空冷热轧空冷组织：组织：S SF F12/16/20229多边型角钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁12/16/2022102 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号 ：45 45 钢，含钢，含C C量为量为 45/10000 45/10000，即，即c%=0.45%c%=0.45%
4、用途用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。热处理：热处理：淬火、回火、表面热处理等。淬火、回火、表面热处理等。12/16/202211汽车曲轴汽车曲轴12/16/2022123.3.碳素铸钢碳素铸钢钢号钢号 ：如如 ZG270-500 ZG270-500 性能性能 ：强度和塑性、韧性高于铸铁强度和塑性、韧性高于铸铁 ，但铸造流，但铸造流动性能差，收缩率大。动性能差，收缩率大。热处理：热处理：退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。及铸造应力。组织组织 ：P PF F用途用途 ：形状复杂，需一定强度、塑性、韧性
5、的零形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。件，如轧辊、机座、外壳。12/16/202213轧辊轧辊外壳外壳12/16/202214二、合金结构钢二、合金结构钢1.1.工程构件用钢（低合金结构钢）工程构件用钢（低合金结构钢）2.2.机械零件用钢机械零件用钢 1 1）渗碳钢）渗碳钢 2 2）调质钢）调质钢 3 3）弹簧钢）弹簧钢 4 4）滚动轴承钢）滚动轴承钢12/16/2022151 1低合金结构钢低合金结构钢成分成分 ：cc0.2%0.2%，主加元素，主加元素MnMn，附加，附加V V、TiTi、NbNb，如，如15MnVN15MnVN性能性能 ：强度、韧性高，焊接、冷成
6、形性能好。强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。应用应用热处理、组织热处理、组织 热轧空冷，热轧空冷，S SF F12/16/202216高压容器高压容器桥梁桥梁船舶船舶车辆车辆12/16/2022172.2.机械零件用钢机械零件用钢1 1）渗碳钢）渗碳钢2 2）调质钢）调质钢3 3）弹簧钢）弹簧钢4 4）滚动轴承钢）滚动轴承钢12/16/202218渗碳钢的工作条件及性能要求渗碳钢的工作条件及性能要求 零件在渗碳热处理后使用。这种零件工作时，零件在渗碳热处理后使用。这种零件工作时，除要求较高强度可靠性外，还常常受到较大的表面除要求较高强度可靠性外，还常常受到较大的表面磨擦和冲击作用，故其性能要求
7、：磨擦和冲击作用，故其性能要求：(1)(1)有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等变形破坏；变形破坏；(2)(2)要求表面有较高的硬度和耐磨性，以抵抗磨损及表要求表面有较高的硬度和耐磨性，以抵抗磨损及表面接触疲劳破坏；面接触疲劳破坏；(3)(3)有较高的韧性以承受强烈的冲击作用；有较高的韧性以承受强烈的冲击作用；(4)(4)当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能力。能力。1 1渗碳钢渗碳钢12/16/2022191 1渗碳钢渗碳钢成分：成分：c=0.1c=0.10.25%,0.25%,韧性好。
8、韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性，细化晶粒。合金元素提高淬透性、耐磨性，细化晶粒。性能：性能：表面硬度高，耐磨性好；心部韧性高。表面硬度高，耐磨性好；心部韧性高。应用：应用：耐磨件。如：耐磨件。如：1515，活塞销，活塞销 20Cr20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi20CrMnTi，汽车齿轮。，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。，如曲轴、连杆。12/16/202220热处理热处理组织组织 ：表层表层：高碳：高碳M M回回+碳化物碳化物+Ar+Ar；心部心部：低碳：低碳M M回回（+T+F+T+F）渗碳渗碳 淬火淬火 低温回
9、火低温回火12/16/20222112/16/2022222 2调质钢调质钢成分成分 ：cc=0.25=0.250.50%0.50%，合金元素消除回火脆，合金元素消除回火脆性性,提高回火抗力提高回火抗力,强化强化F F。性能性能 ：具有良好的综合力学性能：具有良好的综合力学性能应用应用：4545，一般尺寸零件，机床主轴，一般尺寸零件，机床主轴 40Cr40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶，大截面重载零件，如
10、汽轮机主轴和叶轮。轮。12/16/202223热处理热处理组织组织：S S回回表面淬火、低温回火：表面淬火、低温回火：表层：表层：M M回回+Ar+Ar心部：心部：S S回回氮化：氮化：表层：表层：S S回回+氮化物氮化物心部：心部：S S回回调质，可附加表面淬火或氮化调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)(38CrMoAl)。12/16/202224汽车曲轴汽车曲轴12/16/2022251 1、弹簧的使用条件及性能要求、弹簧的使用条件及性能要求零件的主要作用：零件的主要作用：间断吸收冲击能量，缓和机械间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。振动及冲击作用以及周期
11、性贮存能量。常用零件：常用零件：汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等性能要求：性能要求：(1)(1)高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比；高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比；(2)(2)一定的塑性和韧性；一定的塑性和韧性；(3)(3)保证组织性能均匀，要求材料淬透性好；保证组织性能均匀，要求材料淬透性好；(4)(4)另外在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好另外在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定性。的环境稳定性。3 3弹簧钢弹簧钢12/16/2022263 3弹簧钢弹簧钢成分成分：c=0.55c=0.550.70%0.70%，Si,MnSi,Mn为主要元
12、素，为主要元素，提高屈强比。提高屈强比。性能性能：e e、ss、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。耐震动、冲击。应用应用 65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。螺旋弹簧。12/16/202227 汽车板簧汽车板簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧热处理热处理热轧弹簧：热轧弹簧：热成型热成型 淬火淬火 +中温回火中温回火喷丸喷丸冷轧弹簧：冷轧弹簧：淬火淬火 +中温回火中温回火 冷成型冷成型 去应去应力力 喷丸喷丸组织组织 ：T T回回12/16/2022284 4滚动轴承钢滚动轴承钢成分：成分：
13、c=0.95c=0.951.10%1.10%，主加元素是，主加元素是CrCr，形成细，形成细小的碳化物。小的碳化物。性能：性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。淬透性好。应用应用 GCr15GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。12/16/202229热处理：热处理：球化退火球化退火 +淬火淬火 +低温回火低温回火冷处理，时效（冷处理，时效（120120140,10140,1020h20h）：稳定）：稳定尺寸，去应力。尺寸，去应力。组织：组织：M M回回细碳化物少量细碳化物少量ArAr12/16/20
14、2230第六节第六节 典型零件的选材及热处理典型零件的选材及热处理一、热处理工序位置一、热处理工序位置二、选材及热处理二、选材及热处理应用（请链接到工程材料应用（请链接到工程材料CAICAI）12/16/202231一、热处理工序位置一、热处理工序位置1.预先热处理的工序位置预先热处理的工序位置退火、正火退火、正火：毛坯生产之后，切削加工之前：毛坯生产之后，切削加工之前目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯目的：调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织内应力，细化晶粒，均匀组织12/16/2022322.最终热处理的工序位置最终热处理的工序位置 调质调质：粗加工之后，
15、精加工或半精加工之前：粗加工之后，精加工或半精加工之前 表面热处理表面热处理：半精加工之后，磨削之前：半精加工之后，磨削之前 调质件热处理工艺路线：调质件热处理工艺路线：下料下料锻造锻造退火或正火退火或正火粗加工粗加工调调质质精加工精加工 淬火件热处理工艺路线：淬火件热处理工艺路线：下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工、半粗加工、半精加工精加工淬火、回火淬火、回火磨削磨削 表面淬火件热处理工艺路线：表面淬火件热处理工艺路线：下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工表面淬火、低温回火表面淬火、低温回火磨削磨削12/16/202233 渗碳件热处理工艺
16、路线：渗碳件热处理工艺路线：下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工、半粗加工、半精加工精加工渗碳渗碳淬火、低温回火淬火、低温回火磨削磨削 渗氮件热处理工艺路线：渗氮件热处理工艺路线：下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工粗加工调质调质精加工精加工去应力退火去应力退火粗磨粗磨渗渗氮氮精磨或研磨精磨或研磨12/16/202234二、选材及热处理二、选材及热处理1.轻载、低速，不重要的轴轻载、低速，不重要的轴Q235、Q255、Q275等碳素结构钢，不进行热处理等碳素结构钢，不进行热处理2.中等载荷而且强度要求一般的轴中等载荷而且强度要求一般的轴优质碳素结优质碳素结构钢，构钢，35、
17、40、45。常采用正火或调质处理，轴。常采用正火或调质处理，轴颈等处要求耐磨时进行表面淬火和低温回火颈等处要求耐磨时进行表面淬火和低温回火3.较大载荷或要求精度高的轴以及处于强烈摩擦或较大载荷或要求精度高的轴以及处于强烈摩擦或高、低温等恶劣条件下工作的轴高、低温等恶劣条件下工作的轴合金结构钢，合金结构钢，20Cr、40MnB、40Cr、38CrMoAl、GCr15，调，调质、表面淬火、渗碳、渗氮、淬火、低温回火质、表面淬火、渗碳、渗氮、淬火、低温回火一）轴类零件一）轴类零件12/16/202235二）齿轮类零件二）齿轮类零件 1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的轻载、低速或中速、冲击力小
18、、精度较低的一般齿轮一般齿轮中碳钢，中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、50Mn，正火或调质，（软齿面齿轮），正火或调质，（软齿面齿轮）2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮平稳的齿轮中碳钢、中碳合金结构钢，中碳钢、中碳合金结构钢，45、50Mn、40Cr、42SiMn，调质，调质+表面淬火表面淬火+低温低温回火，（硬齿面齿轮）回火，（硬齿面齿轮）3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮轮低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi等，渗碳等，渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火 4.精密传动齿轮精密传动齿轮氮化钢，氮化钢，38CrMoAl，调调质，氮化质，氮化
