1、1 3-9 彈簧鋼彈簧鋼一、工作條件一、工作條件 在動載荷（沖擊、振動、交變應力、彎曲、在動載荷（沖擊、振動、交變應力、彎曲、扭轉）作用下起到緩和沖擊力，或控制零件某扭轉）作用下起到緩和沖擊力，或控制零件某一工作過程的作用。一工作過程的作用。 第三章第三章 機械制造用結構鋼機械制造用結構鋼2汽車板簧汽車板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧熱卷大彈簧簧彈絲簧彈絲3二、性能要求二、性能要求1、高的屈服強度和彈性極限，高的屈強比，、高的屈服強度和彈性極限，高的屈強比，避免發生永久變形。避免發生永久變形。2、高的疲勞極限。、高的疲勞極限。3、有一定的沖擊韌性和塑性。、有一定的沖擊韌性和塑性。4、有一

2、定的淬透性。、有一定的淬透性。三、組織三、組織 經淬火和中溫回火后得到回火屈氏體組織經淬火和中溫回火后得到回火屈氏體組織4四、合金化四、合金化1、含、含C量量0.460.75%C，合金彈簧鋼。，合金彈簧鋼。0.601.05%C，碳素彈簧鋼。，碳素彈簧鋼。2、合金元素、合金元素(1)提高淬透性：提高淬透性：Cr、Mn、Si、Mo。(2)細化奧氏體晶粒：細化奧氏體晶粒：V、Nb。(3)提高抗回火穩定性：提高抗回火穩定性：Cr、Mo、V、Nb。(4)提高彈性極限：提高彈性極限：Si（強化鐵素體）。（強化鐵素體）。5五、合金彈簧鋼五、合金彈簧鋼1、錳彈簧鋼、錳彈簧鋼 65Mn：便宜，強度較低，制作尺寸

3、小的彈簧。：便宜，強度較低，制作尺寸小的彈簧。有過熱傾向，淬透性較低，有回火脆性向。有過熱傾向，淬透性較低，有回火脆性向。2、硅彈簧鋼、硅彈簧鋼 55Si2Mn：淬透性顯著提高，淬透性顯著提高，2025mm，油淬。，油淬。鐵素體顯著強化，屈強比鐵素體顯著強化，屈強比0.8-0.9。易脫碳，易石墨化，有回火脆性。易脫碳，易石墨化，有回火脆性。制作汽車、拖拉機、鐵路車輛上在高應力作用制作汽車、拖拉機、鐵路車輛上在高應力作用下的彈簧。下的彈簧。55Si2MnB：采用硼增加淬透性。：采用硼增加淬透性。63、鉻彈簧鋼、鉻彈簧鋼 50CrV，50CrMn，60Si2Cr：淬透性提高，油中淬透淬透性提高，油

4、中淬透5080mm。沒有晶粒長大傾向，沒有石墨化傾向，不易脫沒有晶粒長大傾向，沒有石墨化傾向，不易脫碳。碳。工作溫度較高，工作溫度較高，300，制作大型高負荷彈簧。，制作大型高負荷彈簧。74、無鉻彈簧鋼、無鉻彈簧鋼 55SiMnMoV，55SiMnMoVNb：淬透性高，無回火脆性?；鼗鸱€定性高，晶粒淬透性高，無回火脆性。回火穩定性高，晶粒細化。細化?？捎糜谥剌d彈簧。可用于重載彈簧。5、耐熱彈簧鋼、耐熱彈簧鋼 30W4Cr2VA：10501100淬火，淬火，550650回火?；鼗??？稍诳稍?00以下使用。以下使用。8 六、熱軋彈簧鋼的熱處理六、熱軋彈簧鋼的熱處理1、采用淬火加中溫回火，得回火屈氏

5、體組織。、采用淬火加中溫回火，得回火屈氏體組織。2、注意防止表面脫碳。、注意防止表面脫碳。 55Si2Mn， 1（MPa） 未脫碳：未脫碳： 700， 脫碳：脫碳： 410， 嚴重脫碳：嚴重脫碳： 320。七、彈簧鋼的表面強化七、彈簧鋼的表面強化 噴丸處理產生殘余壓應力，壽命提高噴丸處理產生殘余壓應力，壽命提高2-6倍。倍。9八、彈簧鋼絲的強化方式八、彈簧鋼絲的強化方式1、鉛溶等溫淬火冷拉彈簧鋼絲、鉛溶等溫淬火冷拉彈簧鋼絲鋼種：鋼種：50，60，70，T8，T9，T10，65Mn等。等。(1)工藝流程：冷拔工藝流程：冷拔鉛溶淬火鉛溶淬火冷拔。冷拔。(2)鉛溶淬火：鉛溶淬火：加熱溫度：加熱溫度：

6、880950，Ac3（Accm）+100-200。得到均勻的奧氏體。得到均勻的奧氏體。鉛溶等溫淬火：鉛溶等溫淬火：480540。10 完成奧氏體恒溫分解，得到塑性好的極細完成奧氏體恒溫分解，得到塑性好的極細珠光體，不出現貝氏體，多次拉拔而不脆。珠光體，不出現貝氏體，多次拉拔而不脆。(3)對化學成分要求嚴格對化學成分要求嚴格50T10：Mn：0.30.6%；CrNiCu 0.40%。避免合金元素提高淬透性，且固溶強化后拉拔避免合金元素提高淬透性，且固溶強化后拉拔困難。困難。(4)強度可達強度可達3000Mpa，是目前工業生產中材料，是目前工業生產中材料的最高強度。的最高強度。11 2、硬拉彈簧鋼

7、、硬拉彈簧鋼(1)鋼種：碳素鋼，鋼種：碳素鋼，65Mn(2)用中間退火（用中間退火（600-680）代替鉛浴淬火。）代替鉛浴淬火。(3)僅用于制造低應力彈簧。僅用于制造低應力彈簧。3、油淬回火彈簧鋼絲、油淬回火彈簧鋼絲(1)鋼種：碳素鋼，鋼種：碳素鋼，60Si2MnA，50CrVA，60Si2MoWA等。等。(2)油淬中溫回火。用來制造閥門彈簧，高強油淬中溫回火。用來制造閥門彈簧，高強度，高彈性。度，高彈性。12 3-10易切削鋼易切削鋼一、特點一、特點 使正常鋼中某些成分變化或附加某些成分，使正常鋼中某些成分變化或附加某些成分，有意識地獲得高的被切削性能。有意識地獲得高的被切削性能。被切削性

8、能：被切削性能： 刀具壽命，切削速度，表面光潔度，切削刀具壽命，切削速度，表面光潔度，切削阻力和斷屑形狀。阻力和斷屑形狀。 易切削鋼存在于各類鋼中，如碳素鋼，低、易切削鋼存在于各類鋼中，如碳素鋼，低、中合金鋼、不銹鋼、高速鋼、模具鋼、耐熱鋼中合金鋼、不銹鋼、高速鋼、模具鋼、耐熱鋼等。等。13二、用途二、用途1、適應自動車床的高速切削。、適應自動車床的高速切削。生產率提高生產率提高1.34倍，成本降低倍，成本降低1412。2、一些精密儀表零件需要極高的加工表面光、一些精密儀表零件需要極高的加工表面光潔度。潔度。3、提高某些鋼材的切削性，如不銹鋼。、提高某些鋼材的切削性，如不銹鋼。三、合金化三、合

9、金化作用：破壞金屬的連續性，切屑易折斷，減少作用：破壞金屬的連續性，切屑易折斷，減少切削量；降低刀具磨損。切削量；降低刀具磨損。1、加、加Ca、S生成非金屬夾雜物生成非金屬夾雜物2、加、加Pb以單質存在。以單質存在。14四、常用易切削鋼四、常用易切削鋼1、硫系易切削鋼、硫系易切削鋼(1)S含量含量 S的作用：生成的作用：生成MnS，硬度較低，起斷屑，硬度較低，起斷屑，減少摩擦作用。減少摩擦作用。 根據對機械性能和切削性能的不同要求，根據對機械性能和切削性能的不同要求，S含量在含量在0.04-0.33%。15(2)Mn含量含量MnS：在：在2.54.5之間。之間。MnS太低：不利于太低：不利于S

10、以以MnS形式存在。形式存在。MnS太高：加大太高：加大MnS夾雜的長寬比。夾雜的長寬比。MnS在鋼錠中以球形，紡錘形存在，熱軋后沿在鋼錠中以球形，紡錘形存在，熱軋后沿軋制方向延伸形成條狀或拉長的紡錘狀。（寬軋制方向延伸形成條狀或拉長的紡錘狀。（寬2-3m，長寬比為，長寬比為6）16(3)P含量含量低碳鋼可含低碳鋼可含0.05-0.15%P，進一步增加切削性。，進一步增加切削性。原因：原因：P提高鐵素體硬度，使切屑易折斷。提高鐵素體硬度，使切屑易折斷。(4)缺點缺點 MnS沿壓延方向伸長，使縱向，橫向機械沿壓延方向伸長，使縱向，橫向機械性能差異大。性能差異大。 鍛造性降低，易開裂。鍛造性降低，

11、易開裂。172、鉛系易切削鋼、鉛系易切削鋼(1)含含0.1-0.25%Pb。(2)切削性可提高切削性可提高20-50%，機械性能基本不變。，機械性能基本不變。原因：原因：Pb以球狀單質存在。以球狀單質存在。(3)熱塑性變形使熱塑性變形使Pb顆粒尺寸更細小。（顆粒尺寸更細小。（2m以下）以下）(4)有比重偏析，有有比重偏析，有Pb蒸汽污染。蒸汽污染。183、鈣系易切削鋼、鈣系易切削鋼(1)含含0.002%Ca，生成復雜夾雜物：，生成復雜夾雜物：2CaOAl2O3SiO2。(2)對橫向機械性能影響較小，也不影響接觸疲對橫向機械性能影響較小，也不影響接觸疲勞強度。勞強度。(3)單獨用鈣處理，只能在用

12、硬質合金刀具時才單獨用鈣處理，只能在用硬質合金刀具時才具有易切削性。具有易切削性。 用鈣硫鉛、鈣硫處理，在用高速鋼刀具用鈣硫鉛、鈣硫處理，在用高速鋼刀具時也具有易切削性。時也具有易切削性。193-11 低淬透性鋼低淬透性鋼一、低淬透性鋼一、低淬透性鋼 淬透性比一般碳鋼還要低的鋼。淬透性比一般碳鋼還要低的鋼。二、使用條件二、使用條件 采用感應加熱淬火法生產中、小模數齒采用感應加熱淬火法生產中、小模數齒輪，以替代滲碳和氮化工藝。輪，以替代滲碳和氮化工藝。1、中碳鋼感應加熱淬火的優點。、中碳鋼感應加熱淬火的優點。 (1)表面局部加熱，零件淬火變形小。表面局部加熱，零件淬火變形小。 (2)加熱速度快，

13、表面無氧化、脫碳。加熱速度快，表面無氧化、脫碳。 (3)表面形成殘余壓應力，提高疲勞壽命。表面形成殘余壓應力，提高疲勞壽命。202、不足、不足 中、小模數齒輪在感應加熱淬火時，整中、小模數齒輪在感應加熱淬火時，整個齒基本熱透，淬火后芯部也產生硬化，易個齒基本熱透，淬火后芯部也產生硬化，易發生斷齒和崩角，造成零件失效。發生斷齒和崩角，造成零件失效。3、解決辦法、解決辦法 降低鋼的淬透性，比一般的碳鋼還低。降低鋼的淬透性，比一般的碳鋼還低。即使心部即使心部加熱奧氏體化，也得不到馬氏體，加熱奧氏體化，也得不到馬氏體，只能得到沿著齒輪廓表層的硬化層。只能得到沿著齒輪廓表層的硬化層。21三、合金化原理三

14、、合金化原理1、降低增加淬透性的合金元素含量。、降低增加淬透性的合金元素含量。2、鋼中形成大量難溶的碳、氮化物質點，既、鋼中形成大量難溶的碳、氮化物質點，既細化奧氏體，又降低淬透性。細化奧氏體，又降低淬透性。四、化學成分四、化學成分1、含碳量為、含碳量為0.50-0.65%碳含量太低，淬火后硬度偏低，耐磨性不好。碳含量太低，淬火后硬度偏低，耐磨性不好。碳含量太高，淬火后脆性大，易開裂。碳含量太高，淬火后脆性大，易開裂。2、嚴格限制、嚴格限制Mn、Si、Cr、Ni、Cu等雜質元素等雜質元素的含量。的含量。223、添加、添加0.04-0.12%Ti。 在鋼中形成在鋼中形成TiN、TiC，在感應加熱

15、時難溶，在感應加熱時難溶于奧氏體，降低淬透性，并細化奧氏體晶粒。于奧氏體，降低淬透性，并細化奧氏體晶粒。 不能加不能加Nb、V，在細化晶粒的同時會增加，在細化晶粒的同時會增加淬透性。淬透性。五、常用鋼種五、常用鋼種55Ti：淬透性為：淬透性為J53=1.5-2.0mm，60Ti：淬透性為：淬透性為J53=2.0-2.6mm。 制作強度要求不高的模數制作強度要求不高的模數5以下的齒輪。以下的齒輪。70Ti：制作模數：制作模數6-8的齒輪。的齒輪。23 3-12 高錳鋼高錳鋼一、特點一、特點 在高沖擊載荷作用下發生冷作硬化，具在高沖擊載荷作用下發生冷作硬化，具有高抗沖擊磨損性能的高合金鑄鋼。有高抗

16、沖擊磨損性能的高合金鑄鋼。 適于制造承受較大沖擊負荷的抗磨零部適于制造承受較大沖擊負荷的抗磨零部件，如球磨機的襯板，破碎機的顎板，挖掘件，如球磨機的襯板，破碎機的顎板，挖掘機的斗齒，坦克的履帶板。機的斗齒，坦克的履帶板。24球磨機球磨機挖掘機挖掘機顎式破碎機顎式破碎機25鐵路道岔鐵路道岔履帶履帶球磨機襯板球磨機襯板挖挖掘掘機機鏟鏟齒齒26二、性能二、性能1、固溶處理后為單相奧氏體。軟、沖擊韌性高。、固溶處理后為單相奧氏體。軟、沖擊韌性高。 HB180-220；k150J/cm2。2、表面應力超過屈服強度時會產生加工硬化，形、表面應力超過屈服強度時會產生加工硬化，形成馬氏體。硬度提高到成馬氏體。

17、硬度提高到HB450-500，耐磨性提高，耐磨性提高，內部仍保持原來軟而韌的狀態。，內部仍保持原來軟而韌的狀態。3、如表面不受強烈沖擊，不易產生加工硬化而不、如表面不受強烈沖擊，不易產生加工硬化而不耐磨。耐磨。27三、合金化三、合金化1、碳：、碳：0.9-1.4%C過低：加工硬化后達不到要求的硬度。過低：加工硬化后達不到要求的硬度。過高：固溶時碳化物難完全溶解，降低沖擊過高：固溶時碳化物難完全溶解，降低沖擊 韌性和耐磨性。韌性和耐磨性。2、錳：、錳：1114%過低：不能形成單相奧氏體。過低：不能形成單相奧氏體。過高：產生粗大柱狀晶，易形成裂紋。過高：產生粗大柱狀晶，易形成裂紋。 283、Cr，

18、Mo，V：形成細小的碳化物，提高強：形成細小的碳化物，提高強度、沖擊韌性和耐磨性。度、沖擊韌性和耐磨性。4、稀土、稀土(1)改善鑄造性改善鑄造性,降低熱裂傾向。降低熱裂傾向。 高錳鋼收縮率大，導熱性差，因而熱裂傾高錳鋼收縮率大，導熱性差，因而熱裂傾向大。（收縮率：向大。（收縮率：2.4-3%；導熱性：；導熱性：400以以下為下為ZG25的的50%）(2)延緩碳化物析出，增加冷作硬化效果。延緩碳化物析出，增加冷作硬化效果。29四、熱處理四、熱處理1、水韌處理、水韌處理目的：得到硬度低、韌性好的單相奧氏體組織。目的：得到硬度低、韌性好的單相奧氏體組織。工藝：加熱：工藝：加熱：10501100。 使

19、碳化物充分溶入奧氏體，同時晶粒不過分使碳化物充分溶入奧氏體，同時晶粒不過分粗大。粗大。冷卻：水冷。冷卻：水冷。 入水溫度入水溫度950，不析出碳化物。，不析出碳化物。30高錳鋼水韌淬火組織 ( 化染 ) 58 312、細化晶粒處理、細化晶粒處理 高錳鋼的鑄態組織為粗大奧氏體和碳化物高錳鋼的鑄態組織為粗大奧氏體和碳化物，水韌處理時只發生碳化物溶解，基本未發生，水韌處理時只發生碳化物溶解，基本未發生奧氏體轉變，因而奧氏體晶粒度未改變。奧氏體轉變，因而奧氏體晶粒度未改變。 工藝：先在工藝：先在500-600加熱加熱10-30h，發生共，發生共析轉變，再進行水韌處理，能得到細小的奧氏析轉變，再進行水韌

20、處理，能得到細小的奧氏體晶粒。體晶粒。32五、常用高錳鋼五、常用高錳鋼1、 ZGMn132、ZGMn13Re3、ZGMn6Cr2Re 奧氏體穩定性較低，冷作硬化能力強，可奧氏體穩定性較低，冷作硬化能力強，可在受沖擊力條件下使用。在受沖擊力條件下使用。33小結：小結：調質鋼：調質鋼：1、使用：采用調質熱處理工藝，制作機械零件。、使用：采用調質熱處理工藝，制作機械零件。2、性能：良好的綜合機械性能。、性能：良好的綜合機械性能。3、組織：回火索氏體。、組織：回火索氏體。4、熱處理：淬火、熱處理：淬火+高溫回火。高溫回火。5、碳含量：、碳含量：0.3-0.5%。6、合金元素及其作用。、合金元素及其作用

21、。34(1)提高淬透性：提高淬透性：Mn，Mo，Cr，B； Si，Ni，W，V。(2)提高回火穩定性：提高回火穩定性：Cr，Mo，W，V。(3)細化奧氏體：細化奧氏體：V、Nb。(4)防止高溫回火脆性：防止高溫回火脆性：Mo，W。(5)固溶強化鐵素體：固溶強化鐵素體：Si、Mn。氮化鋼：增加：氮化工藝性能要求。氮化鋼：增加：氮化工藝性能要求。彈簧鋼：固溶強化鐵素體改為提高彈性極限。彈簧鋼：固溶強化鐵素體改為提高彈性極限。35非調質鋼：非調質鋼：1、使用：替代調質鋼，制作機械零件。、使用：替代調質鋼，制作機械零件。2、性能：達到或接近調質鋼的力學性能。、性能：達到或接近調質鋼的力學性能。3、組織

22、：鐵素體、組織：鐵素體+珠光體。珠光體。4、熱處理：控制軋制（控鍛）、熱處理：控制軋制（控鍛）+控制冷卻?？刂评鋮s。5、碳含量：、碳含量：0.3-0.5%。6、合金元素及其作用。、合金元素及其作用。36低碳馬氏體鋼：低碳馬氏體鋼： (1)前三條相同，注意是低溫回火的穩定性。前三條相同，注意是低溫回火的穩定性。 (2)增加：降低增加：降低Ms點，防止自回火。點，防止自回火。滲碳鋼：滲碳鋼： (1)前三條相同，注意是低溫回火的穩定性，同前三條相同，注意是低溫回火的穩定性，同時可加時可加Ti細化奧氏體。細化奧氏體。 (2)增加：滲碳工藝性能要求。增加：滲碳工藝性能要求。 37低淬透性鋼：低淬透性鋼：1、使用：采用感應加熱淬火法生產中、小模數、使用：采用感應加熱淬火法生產中、小模數齒輪，替代滲碳或氮化工藝。齒輪，替代滲碳或氮化工藝。2、性能：表面耐磨、耐疲勞；心部強韌性較好。、性能：表面耐磨、耐疲勞；心部強韌性較好。3、組織：表面高碳回火馬氏體；心部珠光體。、組織：表面高碳回火馬氏體；心部珠光體。4、熱處理：正火，表面感應淬火、熱處理：正火，表面感應淬火+低溫回火。低溫回火。5、碳含量：、碳含量：0.55-0.65%。6、合金元素及其作用。、合金元素及其作用。38(1)淬透性比碳鋼低。淬透性比碳鋼低。