1、 第三章第三章 機器零件用鋼機器零件用鋼應有較高的強度較好的耐磨性、韌性、以及疲勞性能應有較高的強度較好的耐磨性、韌性、以及疲勞性能良好的制造工藝性，如鍛造性、切削加工性等良好的制造工藝性，如鍛造性、切削加工性等一般都經過適當熱處理后使用。一般都經過適當熱處理后使用。 力學性能要求力學性能要求工藝性能要求工藝性能要求按用途可分為調質鋼、表面硬化鋼（包括滲碳鋼、滲氮鋼、按用途可分為調質鋼、表面硬化鋼（包括滲碳鋼、滲氮鋼、低淬透性鋼）、易切削鋼、彈簧鋼和滾動軸承鋼等。低淬透性鋼）、易切削鋼、彈簧鋼和滾動軸承鋼等。調質鋼調質鋼調質鋼，一般是指含碳量在調質鋼，一般是指含碳量在0.3-0.5%的中碳鋼。

2、一般用這類鋼的中碳鋼。一般用這類鋼制作的零件要求具有很好的綜合機械性能，即在保持較高的強制作的零件要求具有很好的綜合機械性能，即在保持較高的強度的同時又具有很好的塑性和韌性，人們往往使用調質處理來度的同時又具有很好的塑性和韌性，人們往往使用調質處理來達到這個目的，所以人們習慣上就把這一類鋼稱作調質鋼。達到這個目的，所以人們習慣上就把這一類鋼稱作調質鋼。調質：淬火調質：淬火+高溫回火。高溫回火。鋼調質處理后的金相組織是回火索氏體。鋼調質處理后的金相組織是回火索氏體。特點：中碳、調質后具有好的強度與塑性的配合，局部表面淬特點：中碳、調質后具有好的強度與塑性的配合，局部表面淬火火+低溫回火后具高硬度

3、和耐磨性。低溫回火后具高硬度和耐磨性。Mn、Cr、Ni、B、 Si用來提高淬透性，用來提高淬透性，Mo、W可抑制第二類可抑制第二類回火脆性，回火脆性，Ti、V細化晶粒。細化晶粒。典型合金調質鋼分類典型合金調質鋼分類 低淬透性調質鋼低淬透性調質鋼鋼含合金元素總量鋼含合金元素總量3 %， 40Cr、40MnB等。等。 中淬透性調質鋼中淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在鋼含合金元素總量在4 %左右。左右。38 CrSi、35 CrMo 等，常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。等，常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。 高淬透性調質鋼高淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在鋼含合金元素總量在4 % 10 %。3

4、8 CrMoAl、40CrMnMo、25Cr2Ni4W 等，制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透等，制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等性的零件等 。大多數調質鋼為中碳合金結構，屈服強度在大多數調質鋼為中碳合金結構，屈服強度在490-1200Mpa。以焊接性能為突出要求的調質鋼，為低碳合金結構以焊接性能為突出要求的調質鋼，為低碳合金結構鋼，屈服強度一般為鋼，屈服強度一般為490-800Mpa，有很高的塑性，有很高的塑性和韌性。和韌性。少數沉淀硬化型調質鋼，屈服強度可到少數沉淀硬化型調質鋼，屈服強度可到1400Mpa以上，屬高強度和超高強度調質鋼。以上，屬高強度和超高強度調質鋼。彈

5、簧鋼彈簧鋼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彈簧絲彈簧絲性能要求性能要求高的彈性極限和屈服強度高的彈性極限和屈服強度高的疲勞極限高的疲勞極限有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下脆斷有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下脆斷 u 碳的質量分數較大碳的質量分數較大u 合金元素：合金元素：Si、Mn 、 Cr、W、V等等u 要有較高的冶金質量要有較高的冶金質量u 好的表面質量好的表面質量u 最終熱處理：淬火高溫回火，回火屈氏體最終熱處理：淬火高溫回火，回火屈氏體彈簧的制造工藝彈簧的制造工藝冷拔冷拔等溫淬火等溫淬火冷拔冷拔卷簧卷簧低溫回火低溫回火冷拔冷拔退火退火冷拔冷拔卷簧

6、卷簧低溫回火低溫回火冷拔冷拔淬火中溫回火淬火中溫回火卷簧卷簧低溫回火低溫回火加熱加熱卷簧卷簧余熱淬火余熱淬火中溫回火中溫回火滲碳鋼滲碳鋼性能要求性能要求表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌；度，即表硬里韌；具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力 滲碳鋼的化學成分滲碳鋼的化學成分含碳量：含碳量：心部心部;0.25，表層：，表層：0.8Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和和B提高淬透性提高淬透性中等碳化物形成元素易使碳化物呈粒狀分布，中等碳化物形成元素易使碳化物呈粒狀分

7、布，強碳化物形成元素和非碳化物形成元素易使碳化物呈條狀強碳化物形成元素和非碳化物形成元素易使碳化物呈條狀或網狀分布。或網狀分布。滲碳方法：滲碳方法：氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前廣泛應用的是氣體滲碳法。目前廣泛應用的是氣體滲碳法。（1）氣體滲碳一類：以可控氣氛一類：以可控氣氛（加熱金屬時為了保護金屬表面和調（加熱金屬時為了保護金屬表面和調節金屬表面化學成分而使用的成分可以控制的氣體）節金屬表面化學成分而使用的成分可以控制的氣體）作為作為載體氣，加入碳氫化合物氣體以調節碳勢載體氣，加入碳氫化合物氣體以調節碳勢（碳勢是指（碳勢是指某一溫度下爐氣與鋼表面奧氏體中的碳

8、量相平衡時的碳量，某一溫度下爐氣與鋼表面奧氏體中的碳量相平衡時的碳量，簡單地可理解為爐氣的滲碳能力）簡單地可理解為爐氣的滲碳能力）。另一類：將含碳有機液體直接滴入滲碳爐，在爐中另一類：將含碳有機液體直接滴入滲碳爐，在爐中產生所需要的氣氛。產生所需要的氣氛。 生成活性碳原子：生成活性碳原子： 2COC+CO2 CH4C+2H2 CO+H2C+H2O 隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內部擴散而形成一定深度的滲碳層。向內部擴散而形成一定深度的滲碳層。優點：生產率高，勞動條件好，滲碳過程容易控制，優點：生產率高，勞動條件好，滲碳過程容易控制，容

9、易實現機械化、自動化，適用于大批量生產。容易實現機械化、自動化，適用于大批量生產。氣體滲碳工藝氣體滲碳工藝u 滲碳前，零件需除油、清洗。滲碳前，零件需除油、清洗。u 局部滲碳零件，不滲處涂防滲膏或鍍銅保護。局部滲碳零件，不滲處涂防滲膏或鍍銅保護。u 控制氣氛碳勢、溫度和時間。控制氣氛碳勢、溫度和時間。u 滲后淬火。滲后淬火。（2）固體滲碳滲碳工藝：工件滲碳工藝：工件+滲碳劑密封裝入滲碳箱中，加熱滲碳劑密封裝入滲碳箱中，加熱至至900950保溫。保溫。固體滲碳劑：固體滲碳劑： 碳粉和碳酸鹽碳粉和碳酸鹽(BaCO3或或Na2CO3) 的混合物。的混合物。化學反應：化學反應： C+O22CO BaC

10、O3或或Na2CO3BaO（或（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO2優點：操作簡單優點：操作簡單缺點：表面碳含量難精確控制；滲速慢；勞動條件差。缺點：表面碳含量難精確控制；滲速慢；勞動條件差。滲碳鋼的熱處理滲碳鋼的熱處理（1 1）直接淬火法）直接淬火法直接淬火工藝示意圖直接淬火工藝示意圖180-200180-200滲碳滲碳900-930900-930回火回火溫度溫度/時間時間淬火淬火A A1 1熱處理后的組織低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A殘殘低碳低碳合金鋼合金鋼F+PM回回+Fe3C+A殘殘低碳鋼低碳鋼心部組織心部組織表層組織表層組織鋼種鋼種20CrMnTi 鋼滲碳層

11、組織 ( 化染 ) 320 滲碳體( 白色塊狀 ) + 高碳M( 蘭色針狀 ) + 殘余A( 棕黃色 )根據淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類：根據淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類： 低淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強度均較低，水中臨界直徑不超過2035mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。 中淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油中臨界直徑約為2560mm，力學性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等。 高淬透性滲碳鋼：典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油

12、中臨界直徑大于100mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機、坦克的曲軸和齒輪等。 滾動軸承鋼滾動軸承鋼運行速度運行速度200公里公里/小時，最高速度小時，最高速度240公里公里/小時，軸承溫升小時，軸承溫升40 高速客車軸箱軸承高速客車軸箱軸承 軸承鋼是用于制造滾動軸承的滾珠，滾柱和套筒等軸承鋼是用于制造滾動軸承的滾珠，滾柱和套筒等的鋼種，也可用于制作精密量具，冷沖模，機床絲的鋼種，也可用于制作精密量具，冷沖模，機床絲杠及柴油機油泵的精密偶件。杠及柴油機油泵的精密偶件。軸承轉動時承受很高的交變應力，除要求材料有較軸承轉動時承受很高的交變應力，除要求材料有較高的抗

13、壓強度、接觸疲勞強度和耐磨性外，還要有高的抗壓強度、接觸疲勞強度和耐磨性外，還要有一定的韌性、耐蝕性、良好的尺寸穩定性和工藝性。一定的韌性、耐蝕性、良好的尺寸穩定性和工藝性。 含碳含碳0.951.15 主要合金元素主要合金元素 Cr、 Si、Mn軸承鋼的化學成分軸承鋼的化學成分滾動軸承鋼可分為高碳鉻軸承鋼、滲碳鉻軸承用滾動軸承鋼可分為高碳鉻軸承鋼、滲碳鉻軸承用鋼、不銹軸承用鋼和高溫軸承用鋼四大類。在軸鋼、不銹軸承用鋼和高溫軸承用鋼四大類。在軸承制造工業中應用面廣、使用量大的是高碳鉻軸承制造工業中應用面廣、使用量大的是高碳鉻軸承鋼。承鋼。 典型牌號：典型牌號：GCr15， 含含C量量1%左右、左

14、右、Cr量為量為1.5%制造軸承的工藝路線制造軸承的工藝路線鍛造鍛造 球化退火球化退火 機加工機加工淬火淬火 低溫回火低溫回火 磨削加工磨削加工 穩定化處理穩定化處理回火馬氏體回火馬氏體+ +細粒狀碳化物細粒狀碳化物+ +少量殘余奧氏體少量殘余奧氏體韌性脆性轉變溫度低于使用溫度；韌性脆性轉變溫度低于使用溫度；滿足設計要求的強度；滿足設計要求的強度；在使用溫度下組織結構穩定；在使用溫度下組織結構穩定；良好的焊接性和加工成型性；良好的焊接性和加工成型性；低溫鋼低溫鋼低溫用鋼分類低溫用鋼分類1. 奧氏體低溫鋼奧氏體低溫鋼奧氏體低溫鋼具有較高的低溫韌性，按合金成分不同，可分為三個系列：奧氏體低溫鋼具有

15、較高的低溫韌性，按合金成分不同，可分為三個系列：Fe-Cr-Ni系系主要為主要為18-8型鉻鎳不銹耐酸鋼。這種鋼低溫韌性、耐蝕性和工藝性均較好，型鉻鎳不銹耐酸鋼。這種鋼低溫韌性、耐蝕性和工藝性均較好，已不同程度地應用于各種深冷已不同程度地應用于各種深冷(-150269)技術中。技術中。Fe-Cr-Ni-Mn和和Fe-Cr-Ni-Mn-N 系系這類鋼種以錳、氮代替部分鎳來穩定奧氏體。氮還有強化作用，使鋼具有較這類鋼種以錳、氮代替部分鎳來穩定奧氏體。氮還有強化作用，使鋼具有較高的韌性、極低的磁導率和穩定的奧氏體組織，適用于作超低溫無磁鋼（即高的韌性、極低的磁導率和穩定的奧氏體組織，適用于作超低溫無

16、磁鋼（即材料的磁導率很小）。如材料的磁導率很小）。如0Cr21Ni6Mn9N、0Cr16Ni22Mn9Mo2等在等在-269作無磁結構部件。作無磁結構部件。Fe-Mn-Al系奧氏體低溫無磁鋼系奧氏體低溫無磁鋼是中國研制的節約鉻、鎳的新鋼種，如是中國研制的節約鉻、鎳的新鋼種，如15Mn26Al4等可部分代替鉻鎳奧氏等可部分代替鉻鎳奧氏體鋼體鋼,用于用于-196以下的極低溫區。以下的極低溫區。2. 鐵素體低溫鋼鐵素體低溫鋼鐵素體低溫鋼一般存在明顯的韌性脆性轉變溫度，當溫度降低至某個臨界鐵素體低溫鋼一般存在明顯的韌性脆性轉變溫度，當溫度降低至某個臨界值（或區間）會出現韌性的突然下降。鐵素體低溫鋼按成

17、分分為三類：值（或區間）會出現韌性的突然下降。鐵素體低溫鋼按成分分為三類：低碳錳鋼低碳錳鋼低碳錳鋼低碳錳鋼(C0.050.28,Mn0.62)。使。使Mn/C10，降低氧、氮、硫、磷，降低氧、氮、硫、磷等有害雜質，有的還加入少量鋁、鈮、鈦、釩等元素以細化晶粒。這類鋼最等有害雜質，有的還加入少量鋁、鈮、鈦、釩等元素以細化晶粒。這類鋼最低使用溫度為低使用溫度為60左右。左右。低合金鋼低合金鋼主要有低鎳鋼主要有低鎳鋼(Ni24)、錳鎳鉬鋼、錳鎳鉬鋼(Mn0.61.5,Ni0.21.0，Mo0.40.6，C0.25)、鎳鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼 (Ni0.73.0，Cr0.42.0，Mo0.20.6，C0.2

18、5)。這些鋼種的強度高于低碳鋼，最低使用溫度可達。這些鋼種的強度高于低碳鋼，最低使用溫度可達-110左右。左右。中國研制了幾種節鎳的低溫用低合金鋼如中國研制了幾種節鎳的低溫用低合金鋼如09Mn2V等。等。中（高）合金鋼中（高）合金鋼主要有主要有 6Ni鋼、鋼、9Ni鋼、鋼、36Ni鋼，其中鋼，其中9Ni鋼是應用較廣的深冷用鋼。鋼是應用較廣的深冷用鋼。這類高鎳鋼的使用溫度可低至這類高鎳鋼的使用溫度可低至-196。3. 馬氏體低溫鋼馬氏體低溫鋼屬于這類鋼主要是屬于這類鋼主要是1Ni9。鎳可以改善鐵素體的低溫韌性，降低脆性轉變溫度。鎳可以改善鐵素體的低溫韌性，降低脆性轉變溫度。1Ni9可用制造可用制造196條件下使用的液氮、液化天然氣設條件下使用的液氮、液化天然氣設備。備。1Ni9鋼具有良好的可焊性，但經過冷變形后須在鋼具有良好的可焊性，但經過冷變形后須在565消消除應力退火，以提高室溫和低溫時鋼的韌性。除應力退火，以提高室溫和低溫時鋼的韌性。減速機大齒輪減速機大齒輪風機主軸風機主軸大鍛件用鋼大鍛件用鋼由于鍛件的尺寸很大，截面很厚，所以大鍛件用鋼在合金設計由于鍛件的尺寸很大，截面很厚，所以大鍛件用鋼在合金設計和生產工藝上都有許多特點：為保證鍛件的大尺寸，在冶煉上和生產工藝上都有許多特點：為保證