《工程材料学》课件：Chapter 5 Steels used on machine parts.ppt

1、1Chapter 5 Steels used on machine parts 汽车汽车曲轴曲轴弹簧弹簧齿齿轮轮School of Manufacturing Science and Engineering2Review1、力学性能特点：、力学性能特点：屈服、冷脆、时效现象屈服、冷脆、时效现象2、工艺性能：、工艺性能：良好的冷变形和焊接能力良好的冷变形和焊接能力3、化学性能：、化学性能：耐大气腐蚀原因及措施耐大气腐蚀原因及措施4、普碳钢：、普碳钢：低碳，快冷正火工艺低碳，快冷正火工艺5、低合金高强度钢、低合金高强度钢低碳、合金化时以低碳、合金化时以Mn为基础，加入为基础，加入Al, V, Ti

2、, Nb、Cu, P及稀土元素及稀土元素School of Manufacturing Science and Engineering3Teaching Important and difficulty v重点是调质钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢。重点是调质钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢。v要求掌握要求掌握调质钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢和滚调质钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢和滚动轴承钢和动轴承钢和GCr15轴承轴承的的性能要求、组织特点的的性能要求、组织特点和热处理的目的、原理，钢中合金元素的作用。和热处理的目的、原理，钢中合金元素的作用。v掌握各种常用的钢牌号的含义及所属类别掌握各种常用的钢牌号的含义及

3、所属类别School of Manufacturing Science and Engineering4调质钢调质钢工艺特点：工艺特点： 预备热处理预备热处理：正火或退火；正火：正火或退火；正火+高温回火处理改变内部高温回火处理改变内部组织组织 最终热处理：最终热处理：淬火淬火 + 高温回火高温回火?成分分析：成分分析：中碳碳钢或中碳合金钢：中碳碳钢或中碳合金钢：中碳中碳0.30.5%C； 主主加合金元素：加合金元素：Mn, Cr, Si, Ni, B ；辅助合金元素：辅助合金元素：Mo, W, V, Ti组织结构：组织结构：中碳回火索氏体组织中碳回火索氏体组织ReviewSchool of

4、Manufacturing Science and Engineering5弹簧钢弹簧钢：工艺组织工艺组织特点：特点：高碳钢高碳钢淬火淬火 + 中温回火，回火屈氏体组中温回火，回火屈氏体组织，保证高的弹性极限和疲劳极限织，保证高的弹性极限和疲劳极限成分分析：成分分析：含碳量较高含碳量较高：0.80.9%C（碳素钢）（碳素钢）, 或或0.50.7%C（合金钢），主（合金钢），主加入加入Si, Mn，辅加，辅加Cr, W, VReviewSchool of Manufacturing Science and Engineering6Contentsv1、Introductionv2、调制钢（、调制

5、钢（quenched and tempered steel） v3、弹簧钢（、弹簧钢（spring steel） v4、渗碳钢（、渗碳钢（carburizing steel） v5、滚动轴承钢（、滚动轴承钢（roller bearing steel） v6、特殊用途钢（、特殊用途钢（special steel） School of Manufacturing Science and Engineering71 Introduction用来制各种机器零件的钢种。用来制各种机器零件的钢种。v 包括包括轴类、齿轮、弹簧、轴承及紧固件等。轴类、齿轮、弹簧、轴承及紧固件等。v 承受承受拉伸、压缩、弯曲、

6、剪切、扭转、冲击、振动和拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、振动和摩擦摩擦等力的作用等力的作用机器零件用钢以机器零件用钢以力力学性能为主，工艺学性能为主，工艺性能为辅性能为辅 机器零件要求结构紧凑、运转快速，零件间要有公差配合。机器零件要求结构紧凑、运转快速，零件间要有公差配合。School of Manufacturing Science and Engineering81 Introduction1.1 Mechanical Performance requirements (1) higher fatigue strength and durability of strength;(2)

7、 high yield strength, tensile strength and high fracture resistance;(3) good wear resistance and contact fatigue strength;(4) higher toughness, lower notch sensitivityHeat treatment to strengthen使用状态为淬火加回火态，又叫强化态使用状态为淬火加回火态，又叫强化态影响因素：影响因素：含碳量、回火温度、合金元素种类及含量含碳量、回火温度、合金元素种类及含量 （ Mn, Cr, Si, Ni, B等）等）S

8、chool of Manufacturing Science and Engineering91 Introduction1.2 Process performance requirements 通常的生产工艺：通常的生产工艺：型材型材改锻改锻 forging毛坯热处理毛坯热处理Heat treatment of the blank切削加工切削加工 machining最终热处理最终热处理final heat-treatment磨削磨削grinding因此，要有良好的因此，要有良好的切削加工性能切削加工性能、可热处理工艺性能、良可热处理工艺性能、良好的可锻造性能好的可锻造性能School of

9、Manufacturing Science and Engineering101 Introduction1.3 Classification vApplication： quenched and tempered steel, spring steel, carburizing steel, roller bearing steelvCarbon content: Low-carbon steel (0.2%), medium-carbon steel (0.4-0.6%), high-carbon steel (1%)vTempered temperature： Quench + (Low

10、/medium/high) temperature temperingSchool of Manufacturing Science and Engineering111 Introduction1.3 Classification vAlloying elementsSchool of Manufacturing Science and Engineering121 Introduction1.3 Classification Discuss their working conditions, failure modes; Analyze the role of the alloying e

11、lements, heat treatment; Introduce a variety of commonly used steel grades.School of Manufacturing Science and Engineering132 调质钢调质钢 Quenched and tempered steel 经淬火和高温回火（即调质处理）的结构钢经淬火和高温回火（即调质处理）的结构钢pMicrostructure：p应用最广（应用最广（30%）：）：轴、连杆、螺栓等轴、连杆、螺栓等p还可采用的热处理工艺：还可采用的热处理工艺：等温淬火、正火等温淬火、正火+表面淬火表面淬火+低温低温

12、回火、化学热处理回火、化学热处理回火索氏体。回火索氏体。School of Manufacturing Science and Engineering142 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） v Working conditions and performance requirementsv Microstructure characteristicsv Chemical compositionv Heat treatmentv Common tempered steelSchool of Manufacturing Science and Engi

13、neering152 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） 2.1 Working conditions and performance requirements Failure forms: fatigue fracture, excessive deformation, local wearRequirements: 1. high yield strength and fatigue strength2. good impact toughness and ductility3. wear resistanceExcellent mechanica

14、l propertiesSchool of Manufacturing Science and Engineering162.2 Microstructure characteristics中碳回火索氏体组织：中碳回火索氏体组织：（1） 粒状粒状碳化物强化碳化物强化，弥散均匀分布，弥散均匀分布high strength（2） 组织均匀性好，减少裂纹形成组织均匀性好，减少裂纹形成high toughness and plastic（3） 基体为回火获得的等轴晶粒铁素体，基体为回火获得的等轴晶粒铁素体，晶粒细小晶粒细小little tendency of cold brittle2 调质钢调质钢

15、（ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering172.3 Chemical composition vMedium carbon steel or medium carbon alloy steel0.30.5%C + alloying elementsuMain alloying elements：Mn, Cr, Si, Ni, BuAuxiliary elements：Mo, W, V, Ti（细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性）（细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性）W、Mo

16、可抑制第二类回火脆性。可抑制第二类回火脆性。2 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering182.4 Heat treatment型材型材改锻改锻毛坯热处理毛坯热处理切削加工切削加工最终热处理最终热处理磨削磨削v切削加工前切削加工前预备热处理预备热处理：改变内部组织（晶粒粗：改变内部组织（晶粒粗大和带状组织），便于切削加工。大和带状组织），便于切削加工。 合金元素含量低时，采用正火或退火处理；合金元素含量低时，采用正火或退火处理； 合金元素含量高时，采用正火合金元素

17、含量高时，采用正火+高温回火处理高温回火处理（使正火后（使正火后M组织转变为粒状组织转变为粒状P组织，组织，HB）2 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering192.4 Heat treatmentv 最终热处理：最终热处理：淬火淬火 + 高温回火高温回火 回火温度：回火温度：500600 ，回火索氏体，回火索氏体 450 左右，回火屈氏体左右，回火屈氏体 200300 ，回火马氏体，回火马氏体具体根据其工作条件和失效分析确定具体根据其工作条件和失效分析确定2 调

18、质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering202.4 Heat treatment具体根据其工作条件和失效分析确定具体根据其工作条件和失效分析确定例如：例如：要求表面有好的耐磨性要求表面有好的耐磨性表面淬火或化学热处理如表面淬火或化学热处理如氮化处理；氮化处理；要求较高强度及适当塑韧性要求较高强度及适当塑韧性低温或中温回火。低温或中温回火。2 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing

19、Science and Engineering2.4 Heat treatment典型零件：连杆螺栓（要求力学性能一致）典型零件：连杆螺栓（要求力学性能一致）材料：材料：40Cr锻锻-正（退）火正（退）火-粗车粗车-调质调质-精车精车-装配装配正火：正火：S+F（少量）（少量）u消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）u调整硬度，利于加工调整硬度，利于加工调质：调质：S回，回，满足整体力学性能要求；综合性能好满足整体力学性能要求；综合性能好212 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing S

20、cience and Engineering2.4 Heat treatment典型零件：机床齿轮（典型零件：机床齿轮（载荷较小，硬度要求不太高）载荷较小，硬度要求不太高）材料：材料：45锻锻-正（退）火正（退）火-粗车粗车-调质调质-精车精车-表面表面淬火淬火+低温回火低温回火-装配装配正火：正火：调质：调质：S回，回，保证心部的强度和韧性保证心部的强度和韧性表面淬火表面淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+A；心：；心：S回回达到表硬心韧达到表硬心韧222 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Sc

21、ience and Engineering232.5 常用调质钢常用调质钢（1）低淬透性调质钢：）低淬透性调质钢：临界淬火直径低于临界淬火直径低于40mm 40, 45, 40Cr, 45MnV, 38CrSi, 40CrV（2）中淬透性调质钢：）中淬透性调质钢：临界淬火直径临界淬火直径4060mm 40CrMn, 40CrNi, 35CrMo,30CrMnSi（3）高淬透性调质钢）高淬透性调质钢: 临界淬火直径临界淬火直径60100mm 40CrNiMo, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA常用调质钢的化学成分、热处理规范、力学性能和用途常用调质钢的化学成分、热处理规范、力学性能和用途

22、 表表3.12 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering24School of Manufacturing Science and Engineering252.6 调质钢发展动向（自学）调质钢发展动向（自学）v1、低碳马氏体钢、低碳马氏体钢v2、中碳微合金非调质钢、中碳微合金非调质钢2 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Science and Engineering26S

23、ummary：工艺特点：工艺特点： 预备热处理预备热处理：正火或退火；正火：正火或退火；正火+高温回火处理改变内部高温回火处理改变内部组织组织 最终热处理：最终热处理：淬火淬火 + 高温回火高温回火?成分分析：成分分析：中碳碳钢或中碳合金钢：中碳碳钢或中碳合金钢：中碳中碳0.30.5%C； 主主加合金元素：加合金元素：Mn, Cr, Si, Ni, B ；辅助合金元素：辅助合金元素：Mo, W, V, Ti组织结构：组织结构：中碳回火索氏体组织中碳回火索氏体组织2 调质钢调质钢 （ Quenched and tempered steel ） School of Manufacturing Sc

24、ience and Engineering273 弹簧钢弹簧钢 （spring steel） v 是用于制造各种弹簧或类似弹簧性能的钢种是用于制造各种弹簧或类似弹簧性能的钢种v 板簧钢和螺旋弹簧钢板簧钢和螺旋弹簧钢受力分析：受力分析：板簧板簧 ：承受弯曲、剪切应力和磨损：承受弯曲、剪切应力和磨损 螺旋弹簧螺旋弹簧 ：承受扭转、剪切应力：承受扭转、剪切应力v 利用利用弹性变形弹性变形来储存能量、缓和振动和冲击，载荷属于变来储存能量、缓和振动和冲击，载荷属于变动载荷。动载荷。School of Manufacturing Science and Engineering283 弹簧钢弹簧钢（spri

25、ng steel） 两个概念：两个概念：v 弹性极限：弹性极限：不遗留任何永久变形的条件下，材料能承受的不遗留任何永久变形的条件下，材料能承受的最大应力最大应力,如果拉力扩大，就会使这个物体断裂如果拉力扩大，就会使这个物体断裂（例如橡（例如橡皮筋）皮筋）拉伸试验时，当应力达到某一值，材料将不会自行恢拉伸试验时，当应力达到某一值，材料将不会自行恢复原状，此应力值，为弹性限度。若材料承受的应力小于复原状，此应力值，为弹性限度。若材料承受的应力小于弹性限度，则可以自行恢复原状。弹性限度，则可以自行恢复原状。v 疲劳极限：疲劳极限：在疲劳试验中，应力交变循环大至无限次而试在疲劳试验中，应力交变循环大至

26、无限次而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限。样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限。School of Manufacturing Science and Engineering293.1 Working conditions and performance requirements uMajor role: to absorb impact energy, reduce the role of the mechanical vibration and shock.uFailure forms: fatigue fracture, plastic deformationuPerformance re

27、quirements: High elastic limit, high yield strength and high yield ratio High fatigue limit With a certain degree of plasticity and toughness Good heat resistance and corrosion resistance3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering303.2 Characteristics and commonly used steelsCarbo

28、n steel and alloy steel （table 3.2）（以强度以强度为主）为主）（1）Chemical composition 0.8-0.9%C（碳素钢）（碳素钢）, 或或0.50.7%C（合金钢）（合金钢） 加入加入Si, Mn：提高淬透性、强化铁素体提高淬透性、强化铁素体(固溶强化作用强固溶强化作用强)、提高回火稳定性、提高回火稳定性 但不宜过多但不宜过多(Si:石墨化倾向；石墨化倾向；Mn:增加钢的过热敏感性增加钢的过热敏感性) 加入加入Cr, W, V：防过热和脱碳；防过热和脱碳；Cr提高淬透性；提高淬透性；W、V可细化晶粒可细化晶粒 3 Spring steel S

29、chool of Manufacturing Science and Engineering313.2 Characteristics and commonly used steels（2）最终热处理：）最终热处理：淬火淬火 + 中温回火中温回火（350450) ，回火屈氏体组织回火屈氏体组织，保证，保证高的弹性极限和疲劳极限高的弹性极限和疲劳极限（3）冶金质量要求高）冶金质量要求高 ：(优质钢优质钢)避免夹杂物引起应力集中而成为疲劳裂纹源。避免夹杂物引起应力集中而成为疲劳裂纹源。（4）表面质量要求高）表面质量要求高 （表（表3.3， 表表3.4）（脱碳、裂纹、折叠、斑疤气泡夹杂等引起应力集中

30、，降低（脱碳、裂纹、折叠、斑疤气泡夹杂等引起应力集中，降低疲劳极限。）疲劳极限。） 3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering32School of Manufacturing Science and Engineering333.3 Heat treatment冷卷成形冷卷成形强化后成形强化后成形热卷成形热卷成形成型后强化成型后强化强化方式：形变强化、热处理强化强化方式：形变强化、热处理强化3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineerin

31、g（1）冷成形弹簧的热处理）冷成形弹簧的热处理强化后成形强化后成形 （螺旋弹簧）（螺旋弹簧）热处理强化或冷变形强化成形热处理强化或冷变形强化成形冷拔钢丝冷卷成形（加工硬化冷拔钢丝冷卷成形（加工硬化强化）强化）铅浴等温淬火冷拔钢丝铅浴等温淬火冷拔钢丝 450550等温淬火等温淬火+多次冷拔多次冷拔形变热处理形变热处理冷拔钢丝：冷拔钢丝：冷拔变形强化，冷拔变形强化，工序间工序间退火退火改善塑性改善塑性淬火中温回火钢丝：淬火中温回火钢丝：冷拔冷拔+热处理热处理强化强化+冷卷成形冷卷成形343.3 Heat treatment3 Spring steel 冷冷卷卷成成型型School of Manuf

32、acturing Science and Engineering（1）冷成形弹簧的热处理）冷成形弹簧的热处理强化后成形强化后成形 螺旋弹簧螺旋弹簧 成形后工序成形后工序低温回火：低温回火：消除应力，稳定尺寸，提高弹性极限。消除应力，稳定尺寸，提高弹性极限。353.3 Heat treatment3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering363.3 Heat treatment（2）热成形弹簧的热处理）热成形弹簧的热处理成型后强化成型后强化 （汽（汽车板簧）车板簧） 淬火与热成形结合（加热温度高于淬火温度）淬火与热

33、成形结合（加热温度高于淬火温度）加热后热卷成形；余热淬火；中温回加热后热卷成形；余热淬火；中温回火。火。回火屈氏体回火屈氏体形变热处理形变热处理提高弹性极限和疲劳寿命提高弹性极限和疲劳寿命3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering373.3 Heat treatmentNotes：v 控制热处理工艺参数，保证性能：控制热处理工艺参数，保证性能：多为硅锰钢，多为硅锰钢，Si促促进脱碳，进脱碳，Mn过热倾向大促进晶粒长大。过热倾向大促进晶粒长大。淬火后尽快回火，防止延迟裂纹。淬火后尽快回火，防止延迟裂纹。v 回火温度

34、回火温度350-450：表面状态好，低限温度回火；表面状态好，低限温度回火；反之，选择上限温度，以提高韧性。反之，选择上限温度，以提高韧性。v 弹簧钢含弹簧钢含硅硅量高，加热过程易石墨化，要保证碳含量。量高，加热过程易石墨化，要保证碳含量。3 Spring steel School of Manufacturing Science and Engineering38小结：小结：工艺组织工艺组织特点：特点：高碳钢高碳钢淬火淬火 + 中温回火，回火屈氏体组中温回火，回火屈氏体组织，保证高的弹性极限和疲劳极限织，保证高的弹性极限和疲劳极限成分分析：成分分析：含碳量较高含碳量较高：0.80.9%C（碳

35、素钢）（碳素钢）, 或或0.50.7%C（合金钢），主（合金钢），主加入加入Si, Mn，辅加，辅加Cr, W, V3 弹簧钢（弹簧钢（spring steel） School of Manufacturing Science and Engineering394 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）变速箱齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销和部分量具等。变速箱齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销和部分量具等。v 渗碳钢渗碳钢是经渗碳处理后使用的钢种是经渗碳处理后使用的钢种低碳钢或低碳合金钢、经低碳钢或低碳合金钢、经渗碳渗碳后进行后进行淬火和低温淬火和低温回火处理。回火处理。School of

36、 Manufacturing Science and Engineering40钢的渗碳：钢的渗碳：将钢件在渗碳介质中加热将钢件在渗碳介质中加热(900-950)并保温并保温,使使C原子渗入表层的原子渗入表层的化学热处理工艺化学热处理工艺.v目的：目的：用于要求表面硬度高、耐磨，心部韧性好，用于要求表面硬度高、耐磨，心部韧性好，同时有较高的疲劳抗力的零件。同时有较高的疲劳抗力的零件。-表硬心韧表硬心韧v渗碳后的热处理：渗碳后的热处理：淬火低温回火淬火低温回火4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）适用钢种：适用钢种：W WC C：0.100.100.250.25低碳钢、低碳合金

37、钢低碳钢、低碳合金钢School of Manufacturing Science and Engineering414 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）v 主要的失效形式：主要的失效形式：齿面齿面磨损磨损和剥落以及齿和剥落以及齿牙牙断裂断裂。v 要求：要求：表面耐磨、高的弯曲疲劳强度和接表面耐磨、高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，心部组织有较高韧性以防止触疲劳强度，心部组织有较高韧性以防止齿轮断裂。齿轮断裂。 (表面强化表面强化)v 采用表面强化的方法：采用表面强化的方法：表面淬火、表面淬火、渗碳渗碳或碳氮共渗、渗氮及表面冷塑或碳氮共渗、渗氮及表面冷塑性变形（喷丸、碾压）等

38、。性变形（喷丸、碾压）等。表面强化用钢表面强化用钢School of Manufacturing Science and Engineering424 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）4.1 Working conditions and performance requirements v工作条件：工作条件：弯曲应力、接触应力、滚动与滑动、冲击载荷。弯曲应力、接触应力、滚动与滑动、冲击载荷。v性能要求性能要求： 1* 高的耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弯曲疲劳强度高的耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弯曲疲劳强度和屈服强度和屈服强度 2* 较高的塑性和韧性较高的塑性和韧性v工艺

39、特点工艺特点：低碳钢低碳钢 + 渗碳工艺渗碳工艺 + 淬火淬火 + 低温回火低温回火School of Manufacturing Science and Engineering434 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）4.1 Working conditions and performance requirements 组织结构：组织结构： v 经渗碳后，齿轮具有从表面至心部由高碳（经渗碳后，齿轮具有从表面至心部由高碳（0.8-1.1C）至低碳（至低碳（0.10-0.25%C连续过渡的化学成分。连续过渡的化学成分。v 表面组织表面组织：回火回火M+细粒状碳化物细粒状碳化物+

40、残余残余A具有高硬度、高耐具有高硬度、高耐磨性和高接触疲劳强度。磨性和高接触疲劳强度。v 心部：心部：低碳钢，回火低碳钢，回火M（全部淬透）或部分（全部淬透）或部分F加加T（未淬透）（未淬透） School of Manufacturing Science and Engineering444.2 Chemical composition （1）钢材的含碳量）钢材的含碳量 心部心部0.10.25%C，表层，表层0.8%C（心部（心部C含量低，易使硬化层剥落，可适当增加）含量低，易使硬化层剥落，可适当增加）（2）钢材的淬透性）钢材的淬透性 加入合金元素，保证心部马氏体数量，提高淬加入合金元素，保

41、证心部马氏体数量，提高淬透性。透性。 Cr, Mn, Mo, Ni, W, Si, B4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering454.2 Chemical composition（3）表层碳化物的形态）表层碳化物的形态渗碳层碳化物：渗碳层碳化物：v呈长条状或网状呈长条状或网状，脆性加大，易于脱落；，脆性加大，易于脱落； W、Mo、V、Si，易形成，易形成v粒状碳化物粒状碳化物，即使含量高，也不会影响表层性能。，即使含量高，也不会影响表层性能。元素元素Cr 4 渗碳钢渗碳钢 （carbu

42、rizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering464.2 Chemical composition（4）合金元素对渗碳钢工艺的影响）合金元素对渗碳钢工艺的影响表现在：表现在：影响渗碳速度、渗层深度和表层碳浓度影响渗碳速度、渗层深度和表层碳浓度 碳化物形成元素碳化物形成元素Cr, Mo, W, Ti, V, Mn等促使表面碳等促使表面碳 ；渗碳速度渗碳速度、渗层深度、渗层深度 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Si, Ni, Co, Al等，则减少。等，则减少。另外，渗碳温度达另外，渗碳温度达930，会使奥氏体晶粒长大，会使

43、奥氏体晶粒长大，Mn会促进会促进晶粒长大，因此，要复合加入少量的晶粒长大，因此，要复合加入少量的V、Ti、Mo细化晶粒。细化晶粒。 4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering474.2 Chemical composition小结：小结：渗碳钢，渗碳钢， 心部心部0.10.25%C，表层，表层0.8%-0.9%C，增，增加碳含量可促进碳化物沿晶界析出，降低韧性。加碳含量可促进碳化物沿晶界析出，降低韧性。合金元素：合金元素：v 主加主加Cr、Mn、Ni、B， Ni4.5% 提高强度和韧性，

44、提高强度和韧性，提高淬透性。提高淬透性。v 辅加元素辅加元素W (1.2%) 、Mo 0.6% 、V 0.4% 、Ti 0.1%，防止渗碳时晶粒长大。防止渗碳时晶粒长大。4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering484.3 Heat treatment渗碳改变表层渗碳改变表层C量，热处理淬火量，热处理淬火+回火得到最终性能回火得到最终性能工艺特点工艺特点：低碳钢表面渗碳低碳钢表面渗碳 + 淬火淬火 + 低温回火低温回火淬火方法：淬火方法：（1） 直接淬火：直接淬火：常用常用（2） 预冷直

45、接淬火：预冷直接淬火：合金元素含量低，但又不易过热的钢；合金元素含量低，但又不易过热的钢；20CrMnTiv 目的目的:可减小淬火变形，同时在预冷过程中，析出碳化物，可减小淬火变形，同时在预冷过程中，析出碳化物，提高了表层的硬度和疲劳强度。提高了表层的硬度和疲劳强度。4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering494.3 Heat treatment淬火方法：淬火方法：（3）一次淬火法一次淬火法：缓冷至室温，重新加热淬火：缓冷至室温，重新加热淬火及低温回火及低温回火： 易过热的碳钢及合金钢

46、；易过热的碳钢及合金钢； 目的：目的：细化心部晶粒并消除表层网状组织细化心部晶粒并消除表层网状组织4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering504.3 Heat treatment淬火方法：淬火方法：（4）二次淬火：二次淬火：缓冷至室温，重新二次加热淬火缓冷至室温，重新二次加热淬火（高（高合金钢）合金钢） 第一次加热细化心部组织，消除表层网状碳化物；第一次加热细化心部组织，消除表层网状碳化物； 第二次加热第二次加热改善渗层结构及细化表层晶粒，改善渗层结构及细化表层晶粒，使表层高硬度、使表

47、层高硬度、高耐磨。高耐磨。适用于性能要求很高的工件、工艺复杂、成本较高应用较少。适用于性能要求很高的工件、工艺复杂、成本较高应用较少。4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering514.3 Heat treatment合金元素多时，淬火后存在多的残余奥氏体，降低硬合金元素多时，淬火后存在多的残余奥氏体，降低硬度度减少残余奥氏体的方法：减少残余奥氏体的方法：冷处理；渗碳空冷后高温回火冷处理；渗碳空冷后高温回火+淬火淬火+低温回火；渗低温回火；渗碳后喷丸强化碳后喷丸强化4 渗碳钢渗碳钢 （ca

48、rburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering524.4常用渗碳钢常用渗碳钢 (表表3.5) 4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）（1）低淬透性钢）低淬透性钢 15、20Cr、20MnV、20Mn2（2）中淬透性钢）中淬透性钢 20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、12CrNi3A特点：合金元素总量特点：合金元素总量4%，淬透性（临界直径，淬透性（临界直径2560mm）和）和力学性能较高。力学性能较高。应用：承受中等冲击载荷的耐磨零件，如齿轮、联轴节、应用：承受中等冲击载荷的耐磨零件

49、，如齿轮、联轴节、齿轮轴、花键套轴等。齿轮轴、花键套轴等。特点：价格低、淬透性低、心部强度低。特点：价格低、淬透性低、心部强度低。 （水淬临界直（水淬临界直径径2035mm）应用：凸轮轴、活塞销、小齿轮。应用：凸轮轴、活塞销、小齿轮。School of Manufacturing Science and Engineering534.4 常用渗碳钢常用渗碳钢 4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）（3） 高淬透性钢高淬透性钢 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A特点：合金元素总量特点：合金元素总量0.8%C，增加碳含量，增加碳含量可促进碳化物沿晶界析出

50、，降低韧性。可促进碳化物沿晶界析出，降低韧性。主加主加Cr、Mn、Ni、B；辅加元素辅加元素W、Mo、V、Ti。组织结构：组织结构： 表面组织：表面组织：回火回火M+细粒状碳化物细粒状碳化物+残余残余A具有高具有高硬度、高耐磨性和高接触疲劳强度。硬度、高耐磨性和高接触疲劳强度。心部：心部：低碳钢，回火低碳钢，回火M（全部淬透）或部分（全部淬透）或部分F加加T（未淬透）（未淬透）. 大部分组织：回火大部分组织：回火M+T+少量少量F4 渗碳钢渗碳钢 （carburizing steel）School of Manufacturing Science and Engineering555 滚动轴承