结构钢的机械制造工艺.ppt

结构钢的机械制造工艺
汇报人：
淬透的钢回火后可获得高的强度和屈强比，高的断裂韧性KIC值，冲击韧性值以及低的FATT50（℃）。
淬透后的钢性能优越
研究钢的淬透性的重要意义
淬透层深度视零件的工作条件而定
零为位错型的板状马氏体，具有高的强度和良好的韧性。
低碳马氏体结构钢
由于低碳钢的淬透性较小，一般采用低碳低合金钢。加
入Ni等元素，可改善室温和低温韧性和断裂韧性，具有高
强度、低缺口敏感性和高的疲劳强度。
这类钢属于中碳钢， W(C)＝～45%,在此范围内，
C含量越高，合金强度越高。
加入一定量的合金元素，可提高钢的淬透性，保证高
强度的获得。随着合金强度的提高，钢出现脆性的倾向，
可通过提高钢的纯净性，降低钢中的夹杂物、气体及有害
杂质元素H、O、Sn等元素的含量。
低合金超高强度结构钢
第五节 高合金超高强度结构钢
由于低合金超高强度钢主要用碳进行强化，以牺牲
钢的塑性和韧性来提高钢的强度。为此，在Fe-Ni合金马
氏体基础上发展了无碳马氏体时效钢。
这种无碳马氏体时效钢利用时效时析出金属间化合
物的沉淀强化效果，获得了高强度和高韧性。
马氏体时效钢成本高，工艺严格，仅航空航天及兵
器工业的应用。
1) 添加Ni、Co，可扩大γ区，控制Ms点；
2）添加Ni、Ti、Al、Mo、Nb等，可形成Ni3Al，Ni3Ti、
Ni3Mo和Fe2Mo等强化相；
3）严格控制杂质元素C、N、S、P、Si的含量。
马氏体时效钢中合金元素的作用
由于合金元素含量高，
即使冷却较慢奥氏体也能
在低温下马氏体。
右图：(18Ni马氏体时效钢)
加热温度＞800℃；
Ms：100～155℃；
时效温度：480℃。
马氏体时效钢的热处理
马氏体时效钢的高强度机理
三种强化机制共同作用：
1）合金元素的固溶强化；
2）马氏体相变的冷作硬化;
3）Ni3Al等沉淀析出相的沉淀强化。
马氏体时效钢的高韧性机理
由于组织存在大量可动位错，没有受到C、N间隙于原
子钉扎，加之在400～500℃时效，相变引起的显微应力被
松弛。
第六节 轴 承 钢
1）局部接触压应力高，
可达3000～5000MPa；
2）循环受力次数每分钟
可高达数万次；
3）摩擦磨损严重。
轴承钢的使用特点
滚 珠
滚 柱
轴承钢的质量要求
轴承钢的主要失效形式
轴承钢在高应力长时间运转时，局部发生剧烈的塑性
变形，当这些区域有非金属夹杂物或粗大碳化物存在时，
会出现应力集中，成为疲劳裂纹的起源。
减少非金属夹杂物的措施
真空脱气，炉外精炼和电渣重熔
其中钢渣包括炼钢时的脱氧产物与钢渣，以及钢凝
固时的氧化物和硫化物等。
碳化物不均匀性的消除
1）带状碳化物的消除
高温扩散退火（加热到共晶温度1130±10℃以上）
2）网状碳化物的消除
把轧制的终轧温度控制在Arm和Ar1之间，网状碳化物
破碎，得到未再结晶的奥氏体晶粒。
3）大颗粒碳化物的消除
延长正火时间，让碳化物完全溶解。
轴承钢的成分特点
高碳 ：~%C，保证轴承钢高硬度和高耐磨性；
低铬 ：~%Cr，增加钢的淬透性，并形成合金渗碳体
(Fe、Cr)3C提高接触疲劳极限和耐磨性。
大型轴承： 加入Si、Mn、Mo等元素以进一步提高淬透性和强
度；对无铬轴承钢还应加入V元素，形成VC以保证耐磨性并
细化钢基体晶粒。
轴承钢的热处理
预先热处理
球化退火，以改善切削加工性并为淬火作组织准备；
最终热处理
淬火低温回火，决定轴承钢的性能，得到高硬度和高
耐磨性。
冷处理
为了较彻底消除A残与内应力、稳定组织、提高轴承的
尺寸精度，还可在淬火后进行冷处理(-60℃~﹣80℃），在
磨削加工后进行低温时效处理等。
第七节 渗碳钢和氮化钢
1）渗碳钢：通过表面渗碳，整体淬火＋低温回火得到表面是高碳马氏体，心部是低碳马氏体或半马氏体组织的钢种。
渗碳钢定义及用途
2）用 途：由于渗碳钢表面具有高的弯曲和疲劳强度及耐磨性，而心部又有高强度和韧性。所以广泛由于制造要求高耐磨，承受高接触应力和冲击载荷的重要部件。
渗碳钢的合金化
碳元素的影响
采用低碳（一般C％≤％），保证心部足够韧性。
合金元素加入对淬透性的影响
承受载荷大的零件
要求淬透性大
增加元素种类和含量
心部为低碳马氏体
承受载荷小的零件
要求淬透性小
较小元素种类