机械结构用钢.ppt
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1、5.3 Steels for mechanical 5.3 Steels for mechanical structurestructure机械结构用钢机械结构用钢机械结构用钢机械结构用钢 vvv5.3.1Briefintroductionofstructuralsteels5.3.1Briefintroductionofstructuralsteels5.3.1Briefintroductionofstructuralsteelsvvv结构钢综述结构钢综述结构钢综述结构钢综述结构钢综述结构钢综述 vvv5.3.2Steelsforhardeningandtempering5.3.2Steel
2、sforhardeningandtempering5.3.2Steelsforhardeningandtemperingvvv调质钢调质钢调质钢调质钢调质钢调质钢 vvv5.3.3Casehardeningsteels5.3.3Casehardeningsteels5.3.3Casehardeningsteels表面硬化钢表面硬化钢表面硬化钢表面硬化钢表面硬化钢表面硬化钢 vvv5.3.4Ultrahigh-strengthsteels5.3.4Ultrahigh-strengthsteels5.3.4Ultrahigh-strengthsteels超高强度钢超高强度钢超高强度钢超高强度钢超高
3、强度钢超高强度钢 vvv5.3.5Springsteels5.3.5Springsteels5.3.5Springsteels弹簧钢弹簧钢弹簧钢弹簧钢弹簧钢弹簧钢 vvv5.3.6Bearingsteels5.3.6Bearingsteels5.3.6Bearingsteels滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢 vvv5.3.7Free-cuttingsteels5.3.7Free-cuttingsteels5.3.7Free-cuttingsteels易削钢易削钢易削钢易削钢易削钢易削钢 vvv5.3.8Caststeels5.3.8Caststeels5.3.8C
4、aststeels铸钢铸钢铸钢铸钢铸钢铸钢2021/9/2315.3.1Briefintroductionof5.3.1Briefintroductionofstructuralsteelsstructuralsteels结构钢综述结构钢综述结构钢综述结构钢综述 vv机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种,例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结种,例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结种,例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结种,例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等
5、,广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机构等,广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机构等,广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机构等,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。械、电站设备、飞机及火箭等装置上。械、电站设备、飞机及火箭等装置上。械、电站设备、飞机及火箭等装置上。vv1.1.工作条件与性能要求工作条件与性能要求工作条件与性能要求工作条件与性能要求vv2.2.淬透性淬透性淬透性淬透性vv3.Me3.Me在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用vv4.4.碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的
6、选择碳含量与热处理工艺的选择vv5.5.机器结构钢的分类机器结构钢的分类机器结构钢的分类机器结构钢的分类2021/9/2321.1.工作条件与性能要求工作条件与性能要求vv主主主主要要要要承承承承受受受受拉拉拉拉、压压压压、弯弯弯弯、扭扭扭扭、冲冲冲冲击击击击、疲疲疲疲劳劳劳劳应应应应力力力力,且且且且往往往往往往往往是是是是几几几几种种种种载载载载荷荷荷荷同同同同时时时时作作作作用用用用。可可可可以以以以是是是是恒恒恒恒载载载载或或或或变变变变载载载载,作作作作用用用用力力力力的的的的方方方方向向向向是是是是单单单单向向向向或或或或反反反反复复复复的的的的。工工工工作作作作环环环环境境境境是
7、是是是大大大大气气气气、水水水水和和和和润润润润滑滑滑滑油油油油,温温温温度在度在度在度在-50-50+100+100范围之间。范围之间。范围之间。范围之间。vv一一一一般般般般机机机机械械械械零零零零件件件件的的的的主主主主要要要要失失失失效效效效形形形形式式式式是是是是变变变变形形形形和和和和断断断断裂裂裂裂。为为为为保保保保证证证证机机机机械械械械零零零零件件件件正正正正常常常常工工工工作作作作,必必必必须须须须要要要要求求求求有有有有良良良良好好好好力力力力学学学学性性性性能能能能,如如如如足足足足够够够够高的强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。高的强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。高的
8、强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。高的强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。vv很很很很显显显显然然然然,欲欲欲欲满满满满足足足足机机机机械械械械结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能要要要要求求求求,必必必必须须须须对对对对其其其其进进进进行行行行热热热热处处处处理理理理强强强强化化化化,才才才才能能能能充充充充分分分分发发发发挥挥挥挥钢钢钢钢材材材材的的的的性性性性能能能能潜潜潜潜力力力力。MM相相相相变变变变及及及及随随随随后后后后的的的的回回回回火火火火转转转转变变变变综综综综合合合合应应应应用用用用了了了了固固固固溶溶溶溶强强强强化化化化、沉沉沉沉淀淀淀淀强强强强化化化
9、化、细细细细晶晶晶晶强强强强化化化化和和和和相相相相变变变变强强强强化化化化的的的的机机机机理理理理,是是是是最最最最重重重重要要要要、最最最最经经经经济济济济的的的的强强强强化化化化手段手段手段手段。2021/9/2332.2.淬透性淬透性淬透性淬透性vv淬淬透透性性对对机机械械结结构构用用钢钢具具有有十十分分重重要要的的意意义义。淬淬透透的的钢钢可可获获得得高高强强度度、高高屈屈强强比比、高高疲疲劳劳强强度度和和高高冲冲击击韧韧度度,以以及及低低的的韧韧脆脆转转折折温温度度(TK)。钢钢中中合合金金元元素素可可明明显显提提高高钢钢的的淬淬透透性性。对对淬淬透透性性要要求求不不高高的的合合金
10、金结结构构钢钢,才才采采用用单单一一的的合合金金元元素素合合金金化化方方案案;要要求求较较高高淬淬透透性性者者均均采采用用多多元元少少量量的的合合金金元元素素综综合合合金化方法。合金化方法。2021/9/2343.Me在机器结构钢中的作用在机器结构钢中的作用v主加元素:主加元素:(B)、)、Mn、Cr、Si、Nivv提高淬透性,强化提高淬透性,强化F,vv提高综合力学性能提高综合力学性能v附加元素:附加元素:Ti、V、W、Movv细化晶粒,提高回火稳定性,细化晶粒,提高回火稳定性,vv抑制第二类回火脆性(抑制第二类回火脆性(W、Mo)2021/9/2354.碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处
11、理工艺的选择vv碳碳碳碳是是是是机机机机械械械械结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢中中中中最最最最主主主主要要要要的的的的元元元元素素素素,溶溶溶溶入入入入A A的的的的碳碳碳碳量量量量不不不不仅仅仅仅直直直直接接接接决决决决定定定定了了了了MM的的的的硬硬硬硬度度度度,而而而而且且且且对对对对MM的的的的形形形形态态态态及回火后的组织性能有很大影响。及回火后的组织性能有很大影响。及回火后的组织性能有很大影响。及回火后的组织性能有很大影响。vv对对对对不不不不重重重重要要要要的的的的机机机机器器器器零零零零件件件件,当当当当综综综综合合合合力力力力学学学学性性性性能能能能要要要要求求求求不不不不
12、高高高高(硬硬硬硬度度度度229HBS229HBS)时时时时,可可可可选选选选用用用用中中中中碳碳碳碳钢钢钢钢经经经经正正正正火火火火即即即即可。可。可。可。vv表表表表面面面面要要要要求求求求耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性好好好好及及及及高高高高的的的的接接接接触触触触疲疲疲疲劳劳劳劳抗抗抗抗力力力力,整整整整体体体体又又又又承承承承受受受受冲冲冲冲击击击击负负负负荷荷荷荷心心心心部部部部要要要要求求求求较较较较高高高高强强强强韧韧韧韧性性性性的的的的零零零零件件件件,如如如如汽汽汽汽车车车车、拖拖拖拖拉拉拉拉机机机机变变变变速速速速箱箱箱箱齿齿齿齿轮轮轮轮,应应应应选选选选用用用用渗渗渗渗碳碳碳
13、碳钢钢钢钢,即即即即低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢或或或或低低低低碳碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢,采采采采用用用用渗渗渗渗碳碳碳碳、淬淬淬淬火火火火和和和和低低低低温温温温回回回回火火火火的热处理工艺。的热处理工艺。的热处理工艺。的热处理工艺。2021/9/2364.碳含量与热处理工艺的选择碳含量与热处理工艺的选择vv综综综综合合合合力力力力学学学学性性性性能能能能要要要要求求求求较较较较高高高高的的的的零零零零件件件件,如如如如各各各各类类类类轴轴轴轴、连连连连杆杆杆杆、螺螺螺螺栓栓栓栓等等等等,应应应应选选选选用用用用调调调调质质质质钢钢钢钢,即即即即中中中中碳碳碳碳钢钢钢钢或或或或中中中中碳
14、碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢,采采采采用用用用调调调调质质质质处处处处理理理理,使使使使其其其其获获获获得得得得较较较较高高高高强强强强度度度度的的的的同同同同时时时时也也也也有有有有较较较较高的韧度。高的韧度。高的韧度。高的韧度。vv较较较较高高高高碳碳碳碳含含含含量量量量的的的的碳碳碳碳素素素素钢钢钢钢和和和和合合合合金金金金钢钢钢钢属属属属于于于于弹弹弹弹簧簧簧簧钢钢钢钢,可可可可用用用用来来来来制制制制造造造造弹弹弹弹簧簧簧簧,为为为为了了了了保保保保证证证证弹弹弹弹簧簧簧簧钢钢钢钢的的的的高高高高弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限和和和和疲疲疲疲劳强度,应采用淬火劳强度,应采用淬火劳
15、强度,应采用淬火劳强度,应采用淬火+中温回火的热处理工艺。中温回火的热处理工艺。中温回火的热处理工艺。中温回火的热处理工艺。vv轴轴轴轴承承承承应应应应选选选选用用用用高高高高碳碳碳碳的的的的滚滚滚滚动动动动轴轴轴轴承承承承钢钢钢钢制制制制作作作作,经经经经淬淬淬淬火火火火+低低低低温温温温回回回回火火火火后后后后的的的的轴轴轴轴承承承承,具具具具有有有有高高高高硬硬硬硬度度度度、高高高高耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性和和和和高高高高的的的的接触疲劳抗力以及适当的韧度。接触疲劳抗力以及适当的韧度。接触疲劳抗力以及适当的韧度。接触疲劳抗力以及适当的韧度。2021/9/2375.5.机械结构用钢的分类机
16、械结构用钢的分类机械结构用钢的分类机械结构用钢的分类v按热处理工艺特点和用途不同,按热处理工艺特点和用途不同,将其分为调质钢、表面硬化钢将其分为调质钢、表面硬化钢(渗碳钢、渗氮钢)、超高强度(渗碳钢、渗氮钢)、超高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢及易切钢、弹簧钢、滚动轴承钢及易切削钢等。削钢等。2021/9/2385.3.2Steelsforhardeningandtempering调质钢调质钢vv调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。vv
17、1.1.工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求工作条件、常见失效形式与性能要求vv如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等,在如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等,在如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等,在如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴等,在多种应力负荷下工作的,受力较复杂,有时还受到冲击载多种应力负荷下工作的,受力较复杂,有时还受到冲击载多种应力负荷下工作的,受力较复杂,有时还受到冲击载多种应力负荷下工作的,受力较复杂,有时还受到冲击载荷作用,在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦。其主要荷作用,在轴颈或花
18、键等部位还存在较剧烈摩擦。其主要荷作用,在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦。其主要荷作用,在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦。其主要失效形式有:主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引失效形式有:主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引失效形式有:主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引失效形式有:主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的疲劳断裂,以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性起的疲劳断裂,以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性起的疲劳断裂,以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性起的疲劳断裂,以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性断裂;在摩擦副的配合处承受强烈摩擦磨损,工件本身由断裂;在摩擦副的配
19、合处承受强烈摩擦磨损,工件本身由断裂;在摩擦副的配合处承受强烈摩擦磨损,工件本身由断裂;在摩擦副的配合处承受强烈摩擦磨损,工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等。因此,要求其于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等。因此,要求其于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等。因此,要求其于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等。因此,要求其具有良好的综合力学性能(即既要有高强度,又要求良好具有良好的综合力学性能(即既要有高强度,又要求良好具有良好的综合力学性能(即既要有高强度,又要求良好具有良好的综合力学性能(即既要有高强度,又要求良好塑、韧性)。塑、韧性)。塑、韧性)。塑、韧性)。2021/9/239
20、曲曲轴轴连杆螺栓及其热处理工艺连杆螺栓及其热处理工艺2021/9/23102.化学成分特点化学成分特点vv(1 1)中碳)中碳)中碳)中碳vv(2 2)合金化原则)合金化原则)合金化原则)合金化原则 主加元素:主加元素:主加元素:主加元素:CrCr、NiNi、MnMn、SiSi及微量及微量及微量及微量B B等,主要作用为提高淬透性,强化等,主要作用为提高淬透性,强化等,主要作用为提高淬透性,强化等,主要作用为提高淬透性,强化F F;辅;辅;辅;辅加元素:加元素:加元素:加元素:WW、MoMo、V V、TiTi等,主要作用为细化晶等,主要作用为细化晶等,主要作用为细化晶等,主要作用为细化晶粒、进
21、一步提高钢的淬透性,粒、进一步提高钢的淬透性,粒、进一步提高钢的淬透性,粒、进一步提高钢的淬透性,WW、MoMo还起着防止还起着防止还起着防止还起着防止第二类回火脆性作用。另外第二类回火脆性作用。另外第二类回火脆性作用。另外第二类回火脆性作用。另外WW、MoMo、V V、CrCr、SiSi等还可有效提高钢的回火稳定性。等还可有效提高钢的回火稳定性。等还可有效提高钢的回火稳定性。等还可有效提高钢的回火稳定性。v3.热处理特点热处理特点vv(1 1)预先热处理)预先热处理)预先热处理)预先热处理 退火或正火。退火或正火。退火或正火。退火或正火。vv(2 2)最终热处理)最终热处理)最终热处理)最终
22、热处理调质(组织为回火索氏体)调质(组织为回火索氏体)调质(组织为回火索氏体)调质(组织为回火索氏体)或调质局部表面淬火、低温回火。或调质局部表面淬火、低温回火。或调质局部表面淬火、低温回火。或调质局部表面淬火、低温回火。2021/9/23114.常用调质钢常用调质钢 vv(1 1)低透性调质钢)低透性调质钢)低透性调质钢)低透性调质钢(D0D0油油油油303040mm40mm)如如如如4545(U20452U20452)、)、)、)、40Cr40Cr(A20402A20402)等;)等;)等;)等;vv(2 2)中淬透性调质钢)中淬透性调质钢)中淬透性调质钢)中淬透性调质钢(D0D0油油油油
23、404060mm60mm)如)如)如)如42CrMo42CrMo(A30352)A30352)、38CrMoAlA(A33382)38CrMoAlA(A33382)等等等等vv(3 3)高淬透性调质钢)高淬透性调质钢)高淬透性调质钢)高淬透性调质钢(D0D0油油油油60mm60mm)如)如)如)如40CrNiMoA(A50403)40CrNiMoA(A50403)等。等。等。等。vv某某某某40Cr40Cr钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路线如下所示线如下所示线
24、如下所示线如下所示:下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造正火正火正火正火粗机加工粗机加工粗机加工粗机加工调质调质调质调质精加工精加工精加工精加工装配。装配。装配。装配。2021/9/23125.调质零件用钢的新进展调质零件用钢的新进展v(1)低碳马氏体钢)低碳马氏体钢表表表表5-5-低碳马氏体低碳马氏体低碳马氏体低碳马氏体15MnVB15MnVB钢与调质钢与调质钢与调质钢与调质40Cr40Cr钢性能对比钢性能对比钢性能对比钢性能对比钢钢钢钢号号号号状状状状态态态态硬硬硬硬度度度度/H/H/H/HRCRCRCRCb b b b/MP/MP/MP/MPa a a as s s s/MP/MP/MP/M
25、Pa a a a5 5 5 5/%/%/%/%/%/%/%/%a a a aK K K K/Jcm/Jcm/Jcm/Jcm-2 2 2 2a a a aK K K K(-50505050)/JcmJcmJcmJcm-2-2-2-215M15M15M15MnVBnVBnVBnVB40C40C40C40Cr r r r低低低低碳碳碳碳M M M M调调调调质质质质态态态态43434343383838381351351351353 3 3 31001001001000 0 0 0113311331133113380080080080012.612.612.612.69 9 9 95151515145
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