1、機(jī)器零件用鋼分類(lèi)和特點(diǎn)介紹主要內(nèi)容滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼了解機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制； 滲碳鋼、調(diào)質(zhì)零件、彈簧、滾動(dòng)軸承以及超強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的服役條件及對(duì)鋼的基本性能要求，化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)； 掌握常用滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動(dòng)軸承鋼以及超強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的組織性能特點(diǎn)及用途。 本章教學(xué)基本要求 一、應(yīng)用背景： 機(jī)器零件用鋼也稱(chēng)機(jī)械制造結(jié)構(gòu)用鋼，是用于制造各種機(jī)械零件的鋼種。 機(jī)器零件用鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，如各種齒輪零件、軸（桿）類(lèi)零件、彈簧、軸承及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件等。廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、飛機(jī)及火箭等裝置上。

2、引言撥叉變速齒輪變速箱齒輪曲軸汽車(chē)萬(wàn)向節(jié)連桿彈簧離合器彈簧蝶形彈簧板彈簧拉力彈簧滾珠軸承滾珠軸承調(diào)心球軸承 履帶鐵軌分道叉破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒 受載情況：主要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，或者承受多種載荷的交互作用。 服役環(huán)境：大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在-50100。 要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確以及零件間有合適的公差配合等。 由此便決定機(jī)器零件用鋼在性能上要求與工程構(gòu)件用鋼有所不同。二、機(jī)器零件用鋼的服役條件良好的強(qiáng)度和韌性 以保證機(jī)器零件體積小、結(jié)構(gòu)緊湊及安全性好； 良好的疲勞性能與耐磨性等 因此對(duì)機(jī)器零件用鋼必須進(jìn)行熱處理強(qiáng)化以充分發(fā)揮鋼材的性能潛力，所以機(jī)器

3、零件用鋼的使用狀態(tài)通常為淬火加回火態(tài)，即強(qiáng)化態(tài)。三、機(jī)器零件用鋼對(duì)力學(xué)性能要求 機(jī)器零件用鋼制造工藝繁多： 熱加工：鑄造、軋制、擠壓、拉拔、鍛造、焊接、熱處理。 冷加工：車(chē)、銑、刨、磨等等。 通常機(jī)器零件的制造工藝流程為： 其中以切削加工性能和熱處理工藝性能為機(jī)器零件用鋼的主要工藝性能；型材改鍛預(yù)先熱處理粗加工最終熱處理精加工四、機(jī)器零件對(duì)工藝性能的要求 機(jī)器零件用鋼鋼種： 滲碳用鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、氮化用鋼、低碳馬氏體鋼、超高強(qiáng)度鋼、低淬透性鋼、耐磨鋼、易切削鋼等。 機(jī)器零件用鋼通常以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。第一節(jié) 機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化一、機(jī)器零件用鋼的強(qiáng)韌化的基本方法 由前面介

4、紹的機(jī)器零件用鋼的工作環(huán)境、力學(xué)性能要求和工藝性能要求可以看到： 不同零件對(duì)性能要求側(cè)重點(diǎn)有很大的區(qū)別，但其共同特點(diǎn)都可以歸一為強(qiáng)度和韌性?xún)蓚€(gè)方面。因此機(jī)器零件用鋼在使用過(guò)程中，總希望盡可能高的強(qiáng)度和保證足夠的韌性。 為使機(jī)器零件用鋼獲得高強(qiáng)度和足夠韌性，主要采用固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等方法。 熱處理淬火，回火等相變強(qiáng)化手段也是機(jī)器零件用鋼必不可少的工藝方法。二、合金元素在機(jī)器零件用鋼中的作用 在機(jī)器零件用鋼中合金元素分為兩大類(lèi)： 主加元素：提高淬透性和固溶強(qiáng)化 輔加元素：細(xì)化晶粒，防止第二類(lèi)回火脆性 和改善切削加工性能。 1 主加元素作用 (1).提高淬透性 提高淬透性元素：Ni，Si

5、，Cr，Mo，Mn，（B）等 只有合金元素完全溶入奧氏體中才能提高淬透性 (2).固溶強(qiáng)化 Ni，Si，Cr，Mo，Mn等不僅可以提高淬透性而且都能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。 2、輔加元素作用 (1).提高回火穩(wěn)定性 W ，Mo，v，Ti等。 (2).細(xì)化晶粒 除Mn外，碳化物形成元素均能細(xì)化A晶粒，其中強(qiáng)碳化物形成元素作用大。 (4).防止第二類(lèi)回火脆性 Mo，W等 (5).改善切削性能 S，Ca，Se，Pb，Bi等三.機(jī)器零件用鋼的含碳量和熱處理工藝的選擇 一般不重要的零件： 中碳鋼，正火 表面耐磨及接觸應(yīng)力較大的零件： 滲碳鋼，滲碳、淬火低溫回火 綜合力學(xué)性能： 中碳調(diào)質(zhì)鋼，淬火高溫回火 低碳馬

6、氏體鋼，淬火低溫回火 高的彈性極限： C，彈簧鋼，淬火中溫回火 高硬度高耐磨、高接觸疲勞性能： 軸承鋼，淬火低溫回火第二節(jié) 滲碳鋼一、滲碳鋼 機(jī)器零件中，如齒輪，用低碳鋼、低碳合金鋼進(jìn)行滲碳，使零件從表面到心部具有從高碳（1.1%C）到低碳（0.25%C）連續(xù)過(guò)渡的化學(xué)成分。稱(chēng)這類(lèi)鋼為滲碳鋼。 淬火、回火后：零件表面層具有高強(qiáng)度、高耐磨性，零件心部具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較好的韌性。 1. 低碳 一般在0.12% 0.25%C。主要目的是為了保證心部有良好的韌性。2. 合金化特點(diǎn) 常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、Ti、V、B、W等。（1）提高淬透性 Cr、Mn、Ni、Si、Mo、B提高鋼

7、材的淬透性，提高零件的強(qiáng)度和韌性；二、 滲碳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn) 常加入少量強(qiáng)碳化物形成元素Ti、 V等阻止奧氏體的晶粒長(zhǎng)大。（3）細(xì)化晶粒 利用碳化物形成元素，如Cr，Mo，W等在滲碳后的表層形成碳化物，提高硬度和耐磨性。（2）提高滲層硬度和耐磨性（1）對(duì)表層碳濃度及滲碳層濃度梯度的影響 碳化物形成元素 Cr、Mo、W能增大鋼表面吸收滲碳?xì)夥罩蠧原子能力，同時(shí)又降低了C在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，因此滲層表面碳濃度大，滲碳層表面碳分布陡；3、合金元素對(duì)滲層性能的影響 Si元素 Si使鋼的表面增碳困難，使?jié)B碳速度降低，因此滲碳鋼很少加Si 非碳化物形成元素Ni 的作用相反， 加速C原子擴(kuò)散，降低表層碳濃

8、度，有利于形成由表及里的較平緩的碳濃度梯度。（2）對(duì)表層碳化物形態(tài)的影響V，W，Mo易使表面碳化物呈長(zhǎng)條狀和網(wǎng)狀分布，產(chǎn)生脆化。Cr易使碳化物呈粒狀分布，韌性降低不明顯。 因此，合理搭配碳化物形成元素和非碳化物形成元素（Ni），可以加快鋼滲碳速度和較快獲得必要的表面碳濃度、滲層深度，避免表面碳濃度太高及滲層碳濃度分布太陡。三、 常用滲碳鋼及熱處理（一）常用滲碳鋼1.低淬透性滲碳鋼 （適用于負(fù)荷不大，對(duì)心部要求不高的小型滲碳件） 15，20，20Mn2，20MnV，15Cr，20Cr，20CrV活塞銷(xiāo)(20Cr)柴油機(jī)凸輪軸凸輪軸工作原理示意圖2. 中淬透性滲碳鋼 適用于中型負(fù)荷，截面較大的耐磨

9、件，如汽車(chē)的變速箱齒輪 20CrMn 20CrMnTi 20MnVB 20Mn2B汽車(chē)的變速箱齒輪3. 高淬透性滲碳鋼 適用于重載荷，大截面，高耐磨性，良好心部韌性的零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪，高速柴油機(jī)曲軸等 20CrMnMo，12Cr2Ni4，20Cr2Ni4, 18Cr2Ni4WA增壓柴油機(jī)曲軸(二)滲碳鋼熱處理預(yù)先熱處理滲碳滲碳后熱處理滲碳爐滲碳件傳動(dòng)齒輪預(yù)先熱處理 合金滲碳鋼零件，在機(jī)械加工前的預(yù)先熱處理通常分兩步進(jìn)行。第一步：正火退火（對(duì)P型鋼）第二步：高溫回火（對(duì)M型鋼）正火的目的： 是細(xì)化晶粒，減少組織中的帶狀程度并調(diào)整好硬度，便于機(jī)械加工，。對(duì)珠光體型鋼，通常用在800左右的一次

10、退火代替正火，可得到相同的效果，即既細(xì)化晶粒又改善切削加工性能； 對(duì)馬氏體型鋼，則必須在正火之后，再在Ac1以下溫度進(jìn)行高溫回火，以獲得回火索氏體組織，這樣可使馬氏體型鋼的硬度由380550HB降低到207240HB，以順利地進(jìn)行切削加工。 滲碳 在機(jī)械加工到只留有磨削余量時(shí)，進(jìn)行滲碳處理。溫度：900-950 滲碳后熱處理： 淬火低溫回火( 高硬度表層強(qiáng)韌的心部組織) 具體方法有以下幾種： 滲碳后降溫直接淬火低溫回火 滲碳后一次淬火低溫回火， 滲碳后二次淬火低溫回火， 滲碳后多次高溫回火淬火低溫回火 (高淬透性滲碳鋼) 滲碳后空冷并直接冷處理低溫回火 (高淬透性滲碳鋼) 滲后熱處理1. 滲碳

11、后降溫直接淬火低溫回火 這種工藝主要用于滲碳后不容易過(guò)熱的鋼種(含Ti，V) ， 如20CrV，20CrMnTi 零件表面高硬度和高耐磨性，對(duì)心部性能要求不高。 20CrMnTi鋼齒輪的熱處理規(guī)范預(yù)備熱處理2.一次淬火 對(duì)于碳素鋼（15，20）或者易過(guò)熱的合金滲碳鋼（20Mn2，20Mn2B，20Cr等），在滲碳后空冷到室溫（即正火處理） ，再重新加熱到略高于心部Ac3溫度淬火。細(xì)化心部晶粒并消除表面網(wǎng)狀組織。 對(duì)要求表面高硬度、高耐磨性外，對(duì)心部性能有較高要求時(shí)，可采用這種工藝。滲碳3.二次淬火滲碳空冷后，進(jìn)行兩次淬火。當(dāng)對(duì)零件表面和心部性能的要求都很?chē)?yán)格，易過(guò)熱的鋼，可用這種工藝；第一次按

12、鋼的心部成分加熱淬火 加熱溫度較高Ac3以上（870左右），目的是細(xì)化心部組織并進(jìn)一步消除表面滲碳層中的網(wǎng)狀滲碳體； 第二次按（表面)高碳鋼成分進(jìn)行淬火加熱溫度較低，Ac1以上，不完全淬火，目的是使表面獲得細(xì)小的馬氏體+粒狀碳化物組織，以滿足表面高性能的要求； 最后進(jìn)行低溫回火 ，起消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織和穩(wěn)定尺寸的作用。4.高合金元素滲碳鋼的淬火、回火 高合金含量的滲碳鋼，滲后表層碳濃度高，導(dǎo)致Ms點(diǎn)大大降低，使淬火后的殘余A量很大，使表面硬度下降，因此為減少殘余A數(shù)量，一般的方法有兩種：（1）滲碳后，淬火前進(jìn)行一次或多次高溫回火；（2）滲碳后空冷并直接冷處理；（1）滲碳后，淬火前進(jìn)行一次或多次

13、高溫回火 一次或多次回火的目的是，從M及殘余A中析出碳化物，然后再加熱到Ac13050較低溫度淬火，這時(shí)已析出的碳化物不能再溶入A中，從而減少了A中碳及合金元素的含量，提高了Ms點(diǎn)，減少了殘余A數(shù)量。（2） 滲碳后空冷并直接冷處理 有的高合金鋼滲碳后的Ms點(diǎn)在室溫以下，如18Cr2Ni4W，零件冷卻到室溫只能有一部分過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變成M，一般通過(guò)深冷處理就可以使A完全轉(zhuǎn)變成M滲碳第三節(jié) 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼： 淬火高溫回火后使用的中碳鋼或中碳合金鋼為調(diào)質(zhì)鋼，是機(jī)械制造業(yè)中用量最大的鋼種。調(diào)質(zhì)件（螺桿）一、調(diào)質(zhì)鋼組織和性能特點(diǎn)（一） 性能要求 以機(jī)床主軸和柴油機(jī)曲軸為例： 1.受載情況：負(fù)荷經(jīng)常變動(dòng)，承受

14、沖擊作用，軸頸處還存在劇烈摩擦。 2.失效形式：易產(chǎn)生疲勞斷裂，過(guò)量變形，局部磨損。 3. 性能要求：較高的（屈服、疲勞）強(qiáng)度，高的耐磨性，較好的韌性。 （二）調(diào)質(zhì)鋼組織特點(diǎn) 調(diào)質(zhì)后得到回火索氏體，其特點(diǎn)是： 1.鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳化物，起彌散強(qiáng)化，溶入基體的碳與合金元素起固溶強(qiáng)化，這樣保證了高強(qiáng)度； 2.鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳化物，組織均勻，保證良好的塑性、韌性； 3. 由淬火馬氏體轉(zhuǎn)變來(lái)的鐵素體，晶粒細(xì)小，使得韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。 以上組織特點(diǎn)使調(diào)質(zhì)鋼具有強(qiáng)度、塑性和韌性的良好配合二、調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分 中碳：0.3-0.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni

15、 、Mo 、 B 固溶強(qiáng)化: Mn、Si、 Cr、Ni 、Mo 細(xì)化晶粒: Ti、V、W、Mo 防止第二類(lèi)回火脆性: 0.3-0.5%W、0.3-0.5%Mo 調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）破碎機(jī)主軸三、常用調(diào)質(zhì)鋼1. 低淬透性 45，45Mn2，35SiMn，40MnB，40MnVB，40Cr2. 中淬透性 38CrSi，35CrMo，40CrMn，30CrMnSi，40CrNi，38CrMoAl3. 高淬透性 37SiMn2MoVA，37CrNi，40CrMnMo，40CrNiMoA，45CrNiMoVA，25Cr2NI4WA等注：根據(jù)淬火回火鋼的力學(xué)性能相似規(guī)律，同一級(jí)別淬透性的鋼種可以相互替代。四、

16、典型調(diào)質(zhì)鋼介紹 調(diào)質(zhì)鋼中最常用的有45，40Cr，35CrMo，40CrNiMoA等45鋼 有好的強(qiáng)度和韌性的配合，但淬透性低，水中淬火易裂，直徑超過(guò)80mm，一般不用它。 45鋼適合表面淬火，代替部分滲碳件 應(yīng)用：中小型零件，如小型齒輪、軸、螺栓等。40Cr 最常用的合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性好于45鋼。 用于制造中等負(fù)荷及中等速度工作的零件，如：汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)，齒輪，蝸桿，軸等。汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)40CrNiMoA 高強(qiáng)度，高韌性，高淬透性。用于制作高強(qiáng)度，高韌性的大尺寸重要零件。如：重型機(jī)械中的高負(fù)荷軸類(lèi)，直徑大于250mm的汽輪機(jī)軸和葉片，高負(fù)荷傳動(dòng)件，曲軸等。某軍艦汽輪機(jī)主軸五、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理1. 預(yù)處理

17、對(duì)珠光體型鋼： 熱加工后的組織是鐵素體和細(xì)片狀珠光體的，應(yīng)加熱到Ac3以上正火或完全退火，以細(xì)化晶粒，減輕帶狀程度，改善鋼的切削加工性能。對(duì)馬氏體型鋼： 熱加工后的組織出現(xiàn)馬氏體，應(yīng)正火高溫回火，以降低硬度，便于切削加工。淬火高溫回火淬火：Ac3以上，油淬。回火：500-650，獲得回火索氏體，但應(yīng)注意第二類(lèi)回火脆性。 45#調(diào)質(zhì)處理后的回火索氏體 有時(shí)為了獲得高強(qiáng)度，調(diào)質(zhì)鋼也可進(jìn)行低溫（200-250） 回火，適當(dāng)犧牲塑性、韌性，獲得回火馬氏體。2、最終熱處理六、調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展動(dòng)向（一）低碳馬氏體鋼 1.調(diào)質(zhì)鋼熱處理后性能的缺點(diǎn) （1）淬火高溫回火（S回） 塑性、韌性的提高犧牲了強(qiáng)度。 （2）

18、淬火低溫回火（M回） 強(qiáng)度的提高犧牲了韌性。 2.低碳馬氏體鋼（解決了上述一對(duì)矛盾） 低碳馬氏體鋼是低碳（合金）鋼，淬火后獲得組織為： M板板條間相界A薄膜板條內(nèi)部自回火或低溫回火析出的均勻分布的細(xì)小碳化物 這種組織實(shí)現(xiàn)了鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性的最佳配合，比調(diào)質(zhì)鋼熱處理后具有更優(yōu)越的綜合力學(xué)性能。3.代表牌號(hào) 15MnVB，20CrMnTi，20SiMn2MoVA，18Cr2Ni4WA 用低碳馬氏體鋼代替調(diào)質(zhì)鋼40Cr，40CrNi等可大幅度降低構(gòu)件的重量，改善產(chǎn)品工藝性能（切削，焊接等），提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性及使用壽命。 是機(jī)械制造行業(yè)中調(diào)質(zhì)鋼的一個(gè)重要分支。（二）中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼1. 中碳

19、微合金非調(diào)質(zhì)鋼：是調(diào)質(zhì)零件用鋼的一種新型鋼種。 優(yōu)點(diǎn)：在鍛造（熱軋）后直接加工成零件，就可以達(dá)到強(qiáng)度韌性的要求， 省去了調(diào)質(zhì)處理及熱處理變形校直等工序，工序簡(jiǎn)單，節(jié)省成本，節(jié)約能源。2.合金化特點(diǎn) （1）中碳合金鋼，Mn固溶強(qiáng)化； （2）加微量元素：V，Ti，Nb 細(xì)化晶粒，沉淀強(qiáng)化； （3）加S，Pb改善切削加工性能；3. 組織：FP 如果在高強(qiáng)韌性非調(diào)質(zhì)鋼適當(dāng)降低碳含量并再添加Cr、Mo、B， 便可獲得B或M組織。4. 牌號(hào)、性能和用途 45MnV，42MnNbV，35MnVS等 這種鋼強(qiáng)度較高，可達(dá)900MPa，但韌性較差。一般用在非重要的構(gòu)件。第四節(jié) 彈簧鋼 彈簧的主要作用： 1.吸收

20、沖擊能量，緩和機(jī)器的振動(dòng)和沖擊作用； 2. 儲(chǔ)存能量，使機(jī)件完成事先規(guī)定的動(dòng)作，保證機(jī)器和儀表的正常工作。汽車(chē)板簧，連接車(chē)輪和車(chē)架，承受車(chē)廂的自重和載重，并承受由于路面不平引起的沖擊一、對(duì)彈簧組織性能的要求 1.組織 回火屈氏體。 2.性能 高的彈性極限； 高的屈服強(qiáng)度； 高的疲勞強(qiáng)度； 良好的加工性，有利成型； 某些條件下，具有良好的耐熱性和耐蝕性。二、彈簧鋼的化學(xué)成分 1.碳素彈簧鋼 含碳量：，接近共析點(diǎn) 2.合金彈簧鋼 含碳量：，接近共析點(diǎn)，這是由于合金元素使共析點(diǎn)左移的結(jié)果 主加合金元素：Si、Mn（Cr） 輔加合金元素：Mo、W、V等 主要作用 （1）提高淬透性：Si、Mn（Cr）

21、（2）提高回火穩(wěn)定性： Mo、W、V （還可以降低Si的脫碳敏感性）三、常用彈簧鋼及熱處理（一）常用彈簧鋼 1. 碳素彈簧鋼 代表鋼種：65鋼 特點(diǎn)：淬透性差，適用制作小截面彈簧，冷成形制造。 2. 合金彈簧鋼 代表鋼種：65Mn，60Si2Mn，50CrVA，60CrMnBA 特點(diǎn)：較好的強(qiáng)度、硬度、淬透性，制造較尺寸的彈簧。常用彈簧鋼（二）彈簧鋼的熱處理 彈簧按加工方法分為熱成形與冷成形兩大類(lèi)： 冷成型彈簧：先進(jìn)行冷變形使鋼具有一定性能之后再制作成一定形狀彈簧。 冷拔繞簧（冷成型）定型處理（ 250-300去應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸） 磨端面 噴丸第二次去應(yīng)力退火發(fā)藍(lán)。 用于直徑小于10mm彈簧。

22、熱成型彈簧： 熱成型淬火+中溫回火噴丸 使用狀態(tài)下的組織：T回 用于大截面彈簧(10mm) 彈簧的彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在表面最大，因此表面狀態(tài)非常重要，彈簧熱處理后，一般要進(jìn)行噴丸強(qiáng)化使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力來(lái)提高疲勞強(qiáng)度。大型熱卷彈簧65鋼淬火中溫回火組織（1）65Mn和60Si2Mn等 用于制造截面尺寸較大的彈簧。用Si、Mn的復(fù)合合金化，其性能又高于單用Mn的好，這類(lèi)鋼主要用于汽車(chē)、拖拉機(jī)和機(jī)車(chē)上的板簧和螺旋彈簧等。（三）常用合金彈簧鋼舉例（2）50CrVA Cr和V的復(fù)合加入，不僅提高彈簧鋼的淬透性，而且有較高的高溫強(qiáng)度、韌性和較好的熱處理工藝性能。 這類(lèi)鋼可用于制造350-400下承受重載的大

23、型彈簧，如閥門(mén)彈簧、高速柴油機(jī)的汽門(mén)彈簧等。 彈簧鋼除制作彈簧外，還可以制造耐磨，耐沖擊的工模具。第五節(jié) 滾動(dòng)軸承鋼圓柱滾子軸承自動(dòng)調(diào)心球軸承一、滾動(dòng)軸承鋼的工作環(huán)境及性能要求 用于制造軸承套圈和滾動(dòng)體的專(zhuān)用鋼種。 滾動(dòng)軸承通常由內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體（如滾珠、滾輪、滾針）和保持架四部分組成。其中除保持架用低碳鋼薄板沖制而成，其余三個(gè)部分均由軸承鋼制造。 向心球軸承（一）軸承工作環(huán)境特點(diǎn) 軸承滾動(dòng)時(shí)，內(nèi)套和滾珠發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和滾動(dòng)1.周期性的負(fù)荷（滾動(dòng)軸承內(nèi)、外套圈與滾動(dòng)體之間，呈點(diǎn)或線接觸，造成局部壓應(yīng)力很大，高達(dá)1800MPa-5000MPa）。2.除滾動(dòng)外，滾珠還有滑動(dòng)，存在摩擦。3.與水，潤(rùn)滑劑

24、接觸，受腐蝕。4.某些情況下，還受沖擊。（二）軸承的失效形式疲勞剝落磨損破裂銹蝕滾針軸承滾柱軸承滾珠軸承大型軸承（三）軸承性能要求 1.高的接觸疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度 2.高而均勻的硬度和耐磨性 3.適當(dāng)?shù)捻g性 4.適當(dāng)?shù)哪臀g性二、 軸承鋼的化學(xué)成分和冶金質(zhì)量（一）化學(xué)成分1. 高碳 保證硬度2. 加入Cr，Si，Mn Cr：，最常用，提高淬透性，形成合金滲碳體（Fe，Cr）3C，提高耐磨性和接觸疲勞抗力，提高耐蝕性 Si，Mn：提高淬透性 Si還可以提高回火穩(wěn)定性（二）冶金質(zhì)量 由于滾動(dòng)軸承鋼的性能要求很?chē)?yán)格，特別是重要場(chǎng)合使用的軸承。 為提高使用壽命，對(duì)原材料的冶金質(zhì)量要求很?chē)?yán)格，盡量降低鋼中

25、非金屬夾雜物，提高純凈度。 另外還要求軸承鋼原始組織無(wú)縮孔，并要嚴(yán)格控制疏松組織和改善碳化物不均勻性。1.鋼中夾雜物對(duì)性能影響 夾雜物對(duì)軸承的接觸疲勞性能影響很大，鋼中夾雜物可以形成應(yīng)力集中，形成疲勞裂紋源。鋼中的MnS夾雜鋼中氧化物夾雜2.組織均勻性影響由于軸承鋼是高碳鋼，鋼中碳化物多，易形成不均勻的碳化物分布。不均勻的碳化物分布通常通過(guò)球化退火工藝調(diào)整（在淬火前進(jìn)行）。 目的：獲得均勻的細(xì)片狀珠光體，使在后續(xù)淬火時(shí)，碳化物易于溶解于奧氏體中，使奧氏體有較高的合金度，成分均勻，保證淬透性和淬硬性及淬火組織的均勻性，使回火后得到最佳的力學(xué)性能。三、常用軸承鋼及熱處理（一）Cr軸承鋼及熱處理1.

26、 Cr軸承鋼代表鋼種 GCr15，GCr9SiMn，GCr15SiMn 其中GCr15使用最廣泛，使用量占軸承鋼的絕大部分。由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型軸承。GCr15軸承球化退火目的：為得到粒狀，分布均勻的珠光體，為淬火做組織準(zhǔn)備2. Cr軸承鋼的熱處理（1）預(yù)處理GCr15正常鍛后空冷組織GCr15球化退火組織GCr15非正常鍛后空冷組織（2）最終熱處理 淬火 淬火溫度：840左右 溫度過(guò)低，碳化物溶解不足，淬透性淬硬性差； 溫度過(guò)高，易出現(xiàn)過(guò)熱組織 淬火組織：隱針馬氏體碳化物殘余奧氏體 回火： 低回火， 1605 回火組織：回火馬氏體均勻分布的細(xì)粒狀碳化物少量殘余奧氏體 硬度

27、：61-65HRC Gr15正常的淬火、回火組織： 回火馬氏體未溶碳化物顆粒少量殘余奧氏體； 黑區(qū)為 回火隱針馬氏體 亮區(qū)為 回火細(xì)小的針狀馬 氏體少量殘余奧氏體 白色小顆粒為碳化物GCr15 850淬火，160回火（二）其他軸承鋼1. 無(wú)Cr軸承鋼 為節(jié)約Cr而開(kāi)發(fā)的軸承鋼： GSiMnV，GMnMoV，GSiMnMoV 利用合金元素共同作用，使此類(lèi)鋼有較好的淬透性，高硬度，耐磨性，接觸疲勞抗力和韌性，可替代GCr15 軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械、建筑機(jī)械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的軸承，不僅要求其表面硬度高、耐磨性好，具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，還要求心部有一定的韌性、足夠的強(qiáng)度和硬度。因而也

28、可以選用滲碳鋼制造。 滲碳軸承鋼，采用合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法，另在牌號(hào)頭部加符號(hào)“G”。例如：“G20CrNiMo”。特級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼，在牌號(hào)尾部加“A” ，例如：“G20CrNiMoA”。2. 滲碳軸承鋼可用于制造軸承鋼的滲碳鋼，如20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等， 并發(fā)展了一些新鋼種，如G10CrNi3Mo、G20CrMo、 G20CrNiMo、 G20Cr2Mn2Mo、G20CrNi2Mo及G20Cr2Ni4等。 用滲碳軸承鋼制造軸承，加工工藝性能好，可以采用冷沖壓技術(shù)，提高材料的利用率，再經(jīng)滲碳、淬火及回火處理后，在零件的表面

29、形成有利的殘余壓應(yīng)力，提高軸承的使用壽命。3. 不銹軸承鋼 對(duì)于在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造，如9Cr18等。4. 高溫軸承鋼 高溫軸承鋼：燃汽輪機(jī)、航空及航天工業(yè)用軸承的工作溫度已超過(guò)300以上，因此對(duì)所用軸承的材料要求有足夠的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蝕性能、良好的尺寸穩(wěn)定性和高溫下的壽命。 GCr15軸承鋼的最高工作溫度不超過(guò)180，含抗回火穩(wěn)定性元素Si、Mo、V、Al的低合金軸承鋼的工作溫度也不能超過(guò)260。因此在更高溫度下使用的軸承必須采用高溫軸承鋼。超高溫軸承高溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑軸承常用的高溫軸承鋼

30、 Cr4Mo4V、Cr14Mo4、Cr15Mo4、GCr18Mo、W6Mo5Cr4V2等。這類(lèi)鋼的成分特點(diǎn)是含有大量的W、Mo、Cr、V等碳化物形成元素，淬火后可獲得高合金化的高碳馬氏體，具有良好的回火穩(wěn)定性，并在高溫回火后產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞強(qiáng)度。 Cr4Mo4V鋼是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上最常用的高溫軸承鋼。 在熱處理和性能上具有高速鋼的特點(diǎn)，但含合金元素含量略少，故高溫硬度不如高速鋼，但這種鋼的加工性能好于高速鋼。 超高強(qiáng)度鋼是上世紀(jì)40年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的新鋼種。超高強(qiáng)度鋼最先是為了滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上需要的具有高比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）的材料而研究的。為了提高飛

31、機(jī)的飛行速度，要求飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料具有更高比強(qiáng)度，以便減輕重量。 Al合金的比重為鋼的1/3，Al合金的強(qiáng)度極限已達(dá)到500600MPa，這就要求鋼的強(qiáng)度提高到15001800MPa以上才能與Al合金匹配。所以一般鋼的強(qiáng)度必須達(dá)到1500MPa的超高強(qiáng)度才能在飛機(jī)獲得廣泛應(yīng)用。例如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼，飛機(jī)的起落架、機(jī)身骨架，高壓容器以及常規(guī)武器等。 一般認(rèn)為超高強(qiáng)度是指：s1400MPa ， b 1500MPa第六節(jié) 超高強(qiáng)度鋼 按成分和使用性能不同超高強(qiáng)度鋼可分： 低合金中碳M型超高強(qiáng)度鋼 中合金低碳M型超高強(qiáng)度鋼 中合金中碳二次硬化型超高強(qiáng)度鋼 高合金超低碳M時(shí)效型超高強(qiáng)度鋼 沉淀硬化超高強(qiáng)度不

32、銹鋼（在不銹鋼中介紹）（一）性能要求 1. 高的強(qiáng)度 b 1500MPa 2. 合適的塑性 8 3. 一定的韌性 ak80 J/cm2 4. 高的疲勞強(qiáng)度 5. 良好的焊接性能 為保證合適的塑性、一定的韌性，低的缺口敏感性，高的疲勞強(qiáng)度，良好的焊接性能。采取真空熔煉、真空熱處理；盡量降低C含量。一、低合金中碳M型超高強(qiáng)度鋼（二）合金化特點(diǎn) 低合金中碳M型超高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度為15002000MPa，是由調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展起來(lái)的。不同點(diǎn)，調(diào)質(zhì)鋼是淬火+高溫回火；這類(lèi)鋼是淬火+低溫回火，組織為回火M或下貝氏體。 1. 合金化特點(diǎn) （1）C含量 含C量對(duì)鋼的性能影響非常大，隨著含C量增加鋼的強(qiáng)度隨之增加；但塑性

33、、韌性下降，工藝性能也隨之惡化。因此為了使鋼具有超高強(qiáng)度，而又具有良好塑性、韌性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)計(jì)算含碳量應(yīng)控制在0.3 范圍。 提高淬透性元素 碳對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn),必須保證零件截面完全淬透,才能使零件截面得到回火M,碳的作用才能發(fā)揮。 加入提高淬透性元素：Si、Mn、Cr、Ni、Mo 提高回火穩(wěn)定性元素 Si是提高回火穩(wěn)定性最有效的元素（將第一類(lèi)回火脆性溫度從250提高到350 ）,其次是碳化物形成元素。回火穩(wěn)定性的提高，可以使在保證強(qiáng)度前提下，可適當(dāng)提高低溫回火溫度，來(lái)改善塑性、韌性。 細(xì)化晶粒元素 加入V、Ti、Nb細(xì)化晶粒，從而細(xì)化淬火M，以提高塑性、韌性。（2）合金元素2.典型牌號(hào) 40

34、CrNi2Mo 30CrMnSiNi2A 35Si2Mn2MoVA (1) 40CrNi2Mo 是由調(diào)質(zhì)鋼40CrNiMo提高Ni含量發(fā)展起來(lái)的，提高Ni含量可提高其塑性、韌性。 （2）30CrMnSiNi2A 是由調(diào)質(zhì)鋼30CrMnSiNiA提高Ni含量發(fā)展起來(lái)的，提高Ni含量可提高其塑性、韌性。（3）35Si2Mn2MoVA 是由調(diào)質(zhì)鋼35SiMnMoVA發(fā)展起來(lái)的比較成熟的不加Ni 的低合金超高強(qiáng)度鋼。 適當(dāng)提高Si、Mn量可進(jìn)一步提高淬透性。 適當(dāng)提高Si量可進(jìn)一步提高回火穩(wěn)定性，將第一類(lèi)回火脆性溫度從250提高到350 以上。 V細(xì)化晶粒，抑制Mn過(guò)熱敏感性。 Mo提高淬透性并能改善

35、韌性。 25Si2Mn2CrNiMoVA為典型的中合金低碳M型超高強(qiáng)度鋼 與低合金中碳M型超高強(qiáng)度鋼相比，含碳量低，淬火后組織為低碳M。低碳M與中碳M相比表現(xiàn)出較高的韌性。 另外采用多組元合金化，合金元素含量由低合金提高到中合金，因此淬透性、回火穩(wěn)定性以及強(qiáng)化效果更好。二、中合金低碳M型型超高強(qiáng)度鋼三、中合金中碳二次硬化型超高強(qiáng)度鋼 這類(lèi)鋼實(shí)際上是由熱作模具鋼發(fā)展得到的。例如飛機(jī)上的某些軸類(lèi)和螺栓工作在中溫下，為了保證其超高強(qiáng)度和塑性、韌性而研制的。 為了保證得到超高強(qiáng)度，就要求材料在中溫（550650）回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化。 1、典型牌號(hào) 4Cr5MoSiV（H11) 4Cr5MoSiV1（H

36、13)2.合金化及性能特點(diǎn)（1）淬透性高 Cr、Mo、Si具有高淬透性，空冷即可獲得M。 (2) 二次硬化效果好 550650回火時(shí)從M中析出M2C、 MC產(chǎn)生二次硬化。（3）具有超高強(qiáng)度和良好塑性、韌性 具有高的室溫、中溫強(qiáng)度和塑性、韌性。（4）良好抗氧化和耐蝕性 由于Cr含量較高，抗氧化和耐蝕性好。四、高合金超低碳M時(shí)效型超高強(qiáng)度鋼 低合金中碳M 、中合金低碳M以及中合金中碳二次硬化型超高強(qiáng)度鋼，強(qiáng)度已達(dá)到2000MPa。但這類(lèi)鋼在提高強(qiáng)度同時(shí)，其斷裂韌性將降低；熱處理時(shí)要防止脫碳；淬火回火后變形比較大；焊接性能一般也不太好。 為了克服上述鋼的缺點(diǎn)，上世紀(jì)50年代末發(fā)展了M時(shí)效型超高強(qiáng)度鋼

37、。這類(lèi)鋼具有超高強(qiáng)度、良好斷裂韌性以及良好加工性能。 （一）合金化特點(diǎn)1、化學(xué)成分 基本成分：,1825Ni,加入不同時(shí)效硬化合金元素Co、Mo、Ti、Nb、Al等。 根據(jù)Ni的含量不同分為三種： 18 Ni-Ni18Co9Mo5TiAl 20 Ni - Ni20Ti2AlNb 25 Ni- Ni25Ti2AlNb 為了保證足夠鋼的塑性、韌性，鋼中雜質(zhì)元素控制比較嚴(yán)格。 2、合金元素在鋼中作用 （1） C 超低碳，為了保證足夠鋼的塑性、韌性及加工性能。 （2） Ni 主要合金元素，保證M形成，保證足夠鋼的塑性、韌性；與Mo、Ti、Nb、Al形成金屬間化合物析出強(qiáng)化。 （3） Mo、Ti、Nb、

38、Al 與Ni形成金屬間化合物析出強(qiáng)化。 （4） Co 提高M(jìn)s點(diǎn)，與Mo配合促進(jìn)Mo從M中析出和細(xì)小分布。（二）熱處理 高合金超低碳M時(shí)效鋼熱處理包括兩個(gè)基本工藝過(guò)程： 固溶處理（得到M）+時(shí)效處理（沉淀強(qiáng)化） 1、 18 Ni -Ni18Co9Mo5TiAl815480空冷空冷 由于含 Co 提高M(jìn)s點(diǎn)，固溶處理后空冷可獲得M。 沉淀析出相： Fe2 Mo、 Ni3 Ti、 Ni3 Mo Ni3AlHRC28-32HRC52 b 1800MPa由于不含 Co ，Ms點(diǎn)很低，殘余A量很大。因此在固溶處理與時(shí)效處理之間加一個(gè)冷處理工藝。 沉淀析出相:（Ni,Fe）3（Ti,Al,Nb） 815空

39、冷-70冷處理480空冷HRC522、20 Ni -Ni20Ti2AlNb不含 Co 、Ni含量更大，Ms點(diǎn)更低，殘余A量更大。因此熱處理工藝分兩種方法： （1）固溶處理+高溫時(shí)效（705）+冷處理+低溫時(shí) 效處理。 （2）固溶處理+冷變形（25）+冷處理+低溫時(shí)效處理。 沉淀析出相:（Ni,Fe）3 （Ti,Al, Nb）3、25 Ni- Ni25 Ti 2Al Nb（1）固溶處理+高溫時(shí)效（705）+冷處理+低溫時(shí)效處理 高溫時(shí)效（705）從A中析出金屬間化合物，使Ms點(diǎn)升高。空冷空冷空冷705HRC52815435-70冷處理HRC10（2）固溶處理+冷變形（25）+冷處理+低溫時(shí)效處理

40、 冷變形使殘余A的穩(wěn)定性降低，使Ms點(diǎn)升高。815435-70冷處理HRC52空冷空冷冷變形（三）性能與應(yīng)用 1、性能 高合金超低碳M時(shí)效鋼之所以具有優(yōu)異性能： （1）淬火后：超低碳M+大量殘余A，具有和良好塑性、韌 性，另外通過(guò)時(shí)效沉淀析出使鋼具有超高強(qiáng)度； （2）工藝性能良好，固溶處理后超低碳M+大量殘余A硬度 不高，其冷變形、加工性能、焊接性能良好，焊接后無(wú)需固溶處理直接時(shí)效就可以； （3）熱處理中無(wú)脫碳、熱處理變形小，淬火不需要快冷無(wú)淬火開(kāi)裂危險(xiǎn)。2、用途 航空、航天工業(yè)的飛機(jī)某些部件，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等。 各種要求變形小、形狀復(fù)雜的模具，例如塑料模具等。 海洋潛艇零部件及低溫零部件。第六節(jié) 特殊用途結(jié)構(gòu)鋼 機(jī)械制造中特殊用途結(jié)構(gòu)鋼，包括低溫用鋼、耐磨鋼、無(wú)磁鋼、易切削用鋼以及軌道鋼等。 本節(jié)主要介紹耐磨鋼、易切削用鋼。 一、高錳耐磨鋼 高M(jìn)n鋼的基體組織為A， 由于Mn能降低奧氏體層錯(cuò)能，提高鋼材在冷變形過(guò)程中的加工硬化能力，這種性能應(yīng)用于Mn13耐磨鋼中。 1、高M(jìn)n鋼的化學(xué)成份 15