19第四章 结构钢及其选用.ppt

2020/10/21,1,第四章结构钢及其选用,第一节概述第二节碳及杂质对钢力学性能的影响第三节合金元素对钢的影响第四节结构钢第五节结构钢选用第六节典型零件的选材及热处理作业P9414、15、18、22、24补充名词解释回火稳定性、回火脆性、二次硬化、红硬性,本章重点,2020/10/21,2,本章重点1.各种钢的牌号含义、成分及合金元素的作用2.典型零件的选材、工艺路线、热处理工艺、组织及性能特点,,2020/10/21,3,第一节概述,一、钢的分类,1.按用途分类,2020/10/21,4,2.按化学成分分类,2020/10/21,5,4.按冶炼方法分类,5.按金相组织分类（1）按退火组织分类（2）按正火组织分类,,3.按质量分类,2020/10/21,6,一、碳素结构钢二、合金结构钢,第四节结构钢,,2020/10/21,7,1．普通碳素结构钢2．优质碳素结构钢3．碳素铸钢4．易切削钢,一、碳素结构钢,,2020/10/21,8,1．普通碳素结构钢,牌号如Q235B，表示s≥235MPa，B级质量。,用途,铆钉、钢筋、型钢，桥梁、建筑等。,热处理热轧空冷组织S＋F,,2020/10/21,9,,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2020/10/21,10,2．优质碳素结构钢,牌号45钢，含C量为45/10000，即ωc0.45,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理淬火、回火、表面热处理等。,,2020/10/21,11,,汽车曲轴,2020/10/21,12,3.碳素铸钢,钢号如ZG270-500性能强度和塑性、韧性高于铸铁，但铸造流动性能差，收缩率大。,热处理退火或正火，细化晶粒，消除魏氏组织及铸造应力。组织P＋F,用途形状复杂，需一定强度、塑性、韧性的零件，如轧辊、机座、外壳。,,2020/10/21,13,,2020/10/21,14,二、合金结构钢,1.工程构件用钢（低合金结构钢）2.机械零件用钢1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢,,2020/10/21,15,1．低合金结构钢,成分ωc＜0.2，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb，如15MnVN性能强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,应用,热处理、组织热轧空冷，S＋F,,2020/10/21,16,,,高压容器,桥梁,船舶,车辆,2020/10/21,17,2.机械零件用钢,1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢,,2020/10/21,18,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，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1有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸，弯曲，扭转等变形破坏；2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；3有较高的韧性以承受强烈的冲击作用；4当外载是循环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能力。,1．渗碳钢,2020/10/21,19,1．渗碳钢,成分ωc0.1～0.25,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性，细化晶粒。性能表面硬度高，耐磨性好；心部韧性高。,应用耐磨件。如15，活塞销20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,2020/10/21,20,热处理,组织表层高碳M回碳化物Ar；心部低碳M回（TF）,渗碳→淬火→低温回火,,2020/10/21,21,,2020/10/21,22,2．调质钢,成分ωc0.25～0.50，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化F。性能具有良好的综合力学性能,应用45，一般尺寸零件，机床主轴40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,2020/10/21,23,热处理,组织S回表面淬火、低温回火表层M回Ar心部S回氮化表层S回氮化物心部S回,调质，可附加表面淬火或氮化38CrMoAl。,,2020/10/21,24,汽车曲轴,,2020/10/21,25,1、弹簧的使用条件及性能要求,零件的主要作用间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。常用零件汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等性能要求1高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比；2一定的塑性和韧性；3保证组织性能均匀，要求材料淬透性好；4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。,3．弹簧钢,2020/10/21,26,3．弹簧钢,成分ωc0.55～0.70，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能σe、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,应用65Mn、60Si2Mn汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,2020/10/21,27,热处理,热轧弹簧热成型→淬火中温回火→喷丸冷轧弹簧淬火中温回火→冷成型→去应力→喷丸组织T回,,2020/10/21,28,4．滚动轴承钢,成分ωc0.95～1.10，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。性能高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,应用GCr15中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,2020/10/21,29,热处理,球化退火淬火低温回火冷处理，时效（120～140℃,10～20h）稳定尺寸，去应力。组织M回＋细碳化物＋少量Ar,,2020/10/21,30,第六节典型零件的选材及热处理,一、热处理工序位置二、选材及热处理应用（请链接到工程材料CAI）,,2020/10/21,31,一、热处理工序位置,1.预先热处理的工序位置退火、正火毛坯生产之后，切削加工之前目的调整硬度，改善切削加工性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织,2020/10/21,32,2.最终热处理的工序位置,调质粗加工之后，精加工或半精加工之前表面热处理半精加工之后，磨削之前调质件热处理工艺路线下料锻造退火或正火粗加工调质精加工淬火件热处理工艺路线下料锻造正火（退火）粗加工、半精加工淬火、回火磨削表面淬火件热处理工艺路线下料锻造正火（退火）粗加工调质半精加工表面淬火、低温回火磨削,2020/10/21,33,渗碳件热处理工艺路线下料锻造正火（退火）粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回火磨削渗氮件热处理工艺路线下料锻造正火（退火）粗加工调质精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或研磨,,2020/10/21,34,二、选材及热处理,1.轻载、低速，不重要的轴Q235、Q255、Q275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优质碳素结构钢，35、40、45。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3.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合金结构钢，20Cr、40MnB、40Cr、38CrMoAl、GCr15，调质、表面淬火、渗碳、渗氮、淬火、低温回火,一）轴类零件,2020/10/21,35,二）齿轮类零件,1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮中碳钢，Q255、Q275、40、45、50、50Mn，正火或调质，（软齿面齿轮）2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮中碳钢、中碳合金结构钢，45、50Mn、40Cr、42SiMn，调质表面淬火低温回火，（硬齿面齿轮）3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、20CrMnTi等，渗碳淬火低温回火4.精密传动齿轮氮化钢，38CrMoAl，调质，氮化,,