【教学课件】第四章结构钢及其选用.ppt

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1、2023/8/7,1,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：P94 14、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,2023/8/7,2,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,2023/8/7,3,第一节 概述,一、钢的分类,1.按用途分类,2023/8/7,4,2.按化学成分分类,2023/8/7,5,4.按冶炼方法分类,5.按金相组织分类（1）按退火

2、组织分类（2）按正火组织分类,3.按质量分类,2023/8/7,6,一、碳素结构钢二、合金结构钢,第四节 结构钢,2023/8/7,7,1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,2023/8/7,8,1普通碳素结构钢,牌号：如 Q235B，表示 s 235 MPa，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：SF,2023/8/7,9,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2023/8/7,10,2优质碳素结构钢,牌号：45 钢，含C量为 45/10000，即c%=0.45%,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理：淬火

3、、回火、表面热处理等。,2023/8/7,11,汽车曲轴,2023/8/7,12,3.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：PF,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。,2023/8/7,13,2023/8/7,14,二、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,2023/8/7,15,1低合金结构钢,成分：c0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb，如15MnVN性能：强度、韧

4、性高，焊接、冷成形性能好。,应用,热处理、组织 热轧空冷，SF,2023/8/7,16,高压容器,桥梁,船舶,车辆,2023/8/7,17,2.机械零件用钢,1）渗碳钢2）调质钢3）弹簧钢4）滚动轴承钢,2023/8/7,18,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

5、钢,2023/8/7,19,1渗碳钢,成分：c=0.10.25%,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。,2023/8/7,20,热处理,组织：表层：高碳M回+碳化物+Ar；心部：低碳M回（+T+F）,渗碳 淬火 低温回火,2023/8/7,21,2023/8/7,22,2调质钢,成分：c=0.250.50%，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

6、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。,2023/8/7,23,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)。,2023/8/7,24,汽车曲轴,2023/8/7,25,1、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；(

7、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,2023/8/7,26,3弹簧钢,成分：c=0.550.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能：e、s、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。,2023/8/7,27,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,2023/8/7,28,4滚动轴承钢,成分：c=0.951.10%，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

8、性，韧性、淬透性好。,应用 GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,2023/8/7,29,热处理：,球化退火+淬火+低温回火冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。组织：M回细碳化物少量Ar,2023/8/7,30,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）,2023/8/7,31,一、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,2023/8/7,32,2.最终热处理的工序位置,调质：粗加工之后，精加工或半精加

9、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,2023/8/7,33,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,2023/8/7,34,二、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

10、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,2023/8/7,35,二）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,