【正文】 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼綜述 調(diào)質(zhì)鋼與非調(diào)質(zhì)鋼 表面硬化鋼 彈簧鋼 滾動軸承鋼 易切削鋼 Brief introduction of structural steels 結(jié)構(gòu)鋼綜述 ? 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼系指用以制造各種機(jī)器零件的鋼種，例如軸類、齒輪、緊固件、軸承和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)等，廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備、飛機(jī)及火箭等裝臵上。為更好地識記工業(yè)用鋼，特對機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼就以下五個(gè)方面作一綜述。 ?1. 工作條件與性能要求 ?2. 淬透性 ?3. Me在機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼中的作用 ?4. 碳含量與熱處理工藝的選擇 ?5. 機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼的分類 1. 工作條件與性能要求 ? 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼 主要承受 拉 、 壓 、 彎 、 扭 、 沖擊 、 疲勞應(yīng)力 ， 且往往是幾種載荷同時(shí)作用 。 可以是恒載或變載 ， 作用力的方向是單向或反復(fù)的 。 工作環(huán)境是大氣 、 水和潤滑油 ， 工作溫度有的是在高溫 ， 有的在低溫 ， 有的還受腐蝕介質(zhì)作用 。 ? 一般機(jī)械零件的主要失效形式是變形 、 過度磨損和斷裂 。為保證機(jī)械零件正常工作 ， 必須要求有良好的力學(xué)性能 ， 如足夠高的強(qiáng)度 、 塑性 、 沖擊吸收功和疲勞強(qiáng)度等 。 ? 很顯然 ， 欲滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的性能要求 ， 必須對其進(jìn)行熱處理強(qiáng)化 ， 才能充分發(fā)揮鋼材的性能潛力 。 馬氏體相變及隨后的回火轉(zhuǎn)變綜合應(yīng)用了固溶強(qiáng)化 、 沉淀強(qiáng)化 、 細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的機(jī)理 ， 是最重要 、 最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化手段 。 而鋼的淬透性是此類鋼非常重要的工藝性能 。 2. 淬透性 ? 淬透性對機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼具有十分重要的意義 。 淬透的鋼可在工件整個(gè)截面上均獲得高強(qiáng)度 、 高屈強(qiáng)比 、 高疲勞強(qiáng)度和高沖擊韌度 ， 以及低的韌脆轉(zhuǎn)折溫度 （ TK） 的性能指標(biāo) 。 ?鋼中合金元素可明顯提高鋼的淬透性 。 對淬透性要求不高的合金結(jié)構(gòu)鋼 ， 才采用單一的合金元素合金化方案； 要求較高淬透性者均采用多元少量的合金元素綜合合金化方法 。 3. Me（合金元素） 在機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼中的作用 ?主加元素： Mn、 Cr、 Si、 Ni、 B（ 微量 ） ? 提高淬透性 ， 強(qiáng)化鐵素體 ， ? 提高綜合力學(xué)性能 ? 附加元素： Ti、 V、 W、 Mo ? 細(xì)化晶粒 ， 提高回火穩(wěn)定性 ， ? 抑制第二類回火脆性 （ W、 Mo） 4. 碳含量與熱處理工藝的選擇 ? 碳 是機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中最主要的元素 ， 溶入奧氏體中的碳含量不僅直接決定了 M的硬度 ， 而且對 M的形態(tài)及回火后的組織性能有很大影響 。 ? 對不重要的機(jī)器零件 ， 當(dāng)綜合力學(xué)性能要求不高 （ 硬度 ≤ 229HBW） 時(shí) ，可選用中碳鋼經(jīng)正火即可 。 ? 表面要求耐磨性好及高的接觸疲勞抗力 ， 整體又承受沖擊負(fù)荷心部要求較高強(qiáng)韌性的零件 ， 如汽車 、 拖拉機(jī)變速箱齒輪 ， 應(yīng)選用滲碳鋼 ， 即低碳鋼或低碳合金鋼 ， 采用滲碳 、 淬火和低溫回火的熱處理工藝 。 ? 綜合力學(xué)性能要求較高的零件 ， 如各類軸 、 連桿 、 螺栓等 ， 應(yīng)選用調(diào)質(zhì)鋼 ， 即 中碳鋼或中碳合金鋼 ， 采用調(diào)質(zhì)處理 ， 使其獲得較高強(qiáng)度的同時(shí)也有較高的韌度 。 ? 較高碳含量的碳素鋼和合金鋼屬于 彈簧鋼 ， 可用來制造彈簧 ， 為了保證彈簧鋼的高彈性極限和疲勞強(qiáng)度 ， 應(yīng)采用淬火 +中溫回火的熱處理工藝 。 ? 滾動軸承 應(yīng)選用高碳的滾動軸承鋼制作 ， 經(jīng)淬火 +低溫回火后 的軸承 ， 具有高硬度 、 高耐磨性和高的接觸疲勞抗力以及適當(dāng)?shù)捻g度 。 合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn) 5. 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的分類與典型鋼號 ?按熱處理工藝特點(diǎn)和用途不同，將其分為調(diào)質(zhì)鋼、表面硬化鋼（滲碳鋼、滲氮鋼）、彈簧鋼、滾動軸承鋼、易切削鋼以及鑄鋼等。 ?i. 調(diào)質(zhì)鋼（ 45， 40Cr， 40CrNiMoA） ?ii. 表面硬化鋼（ 20Cr， 20CrMnTi, 38CrMoAlA） ?iii. 彈簧鋼（ 65Mn, 60Si2Mn, 50CrVA） ?iv. 滾動軸承鋼（ GCr15） ?v. 易切削鋼（ Y40CrSCa） ?vi. 鑄鋼（ ZG200400） 調(diào)質(zhì)鋼與非調(diào)質(zhì)鋼 ?調(diào)質(zhì)鋼一般指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的中碳鋼或中碳合金鋼。 ?1. 工作條件、常見失效形式與性能要求 ?如機(jī)床主軸、汽車拖拉機(jī)后橋半軸、發(fā)動機(jī)曲軸等， 在多種應(yīng)力負(fù)荷下工作的，受力較復(fù)雜，有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷作用 ， 在軸頸或花鍵等部位還存在較劇烈摩擦 。 ?其 主要失效形式有 ：主要是由于承受交變的扭轉(zhuǎn)、彎曲載荷所引起的 疲勞斷裂， 以及由于工件的塑韌性不足而導(dǎo)致的 脆性斷裂； 在摩擦副的 配合處承受強(qiáng)烈摩擦磨損 ，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的 過度磨損等 。 ?因此，其力學(xué)性能為 高的屈服點(diǎn)和疲勞強(qiáng)度，良好的沖擊韌度和塑性，即 具有良好的綜合力學(xué)性能。同時(shí)，還要考慮斷裂韌度和疲勞裂紋擴(kuò)展速率等性能。 一般調(diào)質(zhì)鋼的性能范圍大致為： σb＝ 800～1200MPa， σS＝ 700～ 1000MPa， δ＝ 8～ 15％， αK＝ 60～120J/cm2， TK＜－ 40℃ 。 。 連桿螺栓及熱處理工藝 曲軸 高強(qiáng)螺栓 柴油機(jī)連桿 齒輪 軸套類 破碎機(jī)主軸 調(diào)質(zhì)件（螺桿） 柴油機(jī)凸輪軸 輪盤類（ 輪輻，齒輪，鍵槽等 ） 2. 化學(xué)成分特點(diǎn) ?（ 1）中碳 ?（ 2）合金化原則 主加元素： Cr、 Ni、 Mn、 Si及微量 B等，主要作用為提高淬透性，強(qiáng)化 F； 輔加元素： W、 Mo、 V、 Ti等，主要作用為細(xì)化晶粒、進(jìn)一步提高鋼的淬透性， W、 Mo還起著防止第二類回火脆性作用。 另外 W、 Mo、 V、 Cr、 Si等還可有效提高鋼的回火穩(wěn)定性。 ?3. 熱處理特點(diǎn) ?（ 1）預(yù)先熱處理 退火或正火。 ?（ 2） 最終熱處理 調(diào)質(zhì)（組織為 回火索氏體）或調(diào)質(zhì)＋局部表面淬火、 低溫回火。 回火索氏體 4. 常用調(diào)質(zhì)鋼 （如表 510所示） ?（ 1）低透性調(diào)質(zhì)鋼（ D0油＜ 30～ 40mm） 如 45（ U20452）、 40Cr（ A20402）等； ?（ 2）中淬透性調(diào)質(zhì)鋼（ D0油＜ 40～ 60mm ） 如42CrMo（ A30352)、 38CrMoAlA(A33382)等 ?（ 3）高淬透性調(diào)質(zhì)鋼（ D0油＞ 60mm） 如40CrNiMoA(A50403)等。 ?某 40Cr鋼制作的汽車發(fā)動機(jī)連桿螺栓的生產(chǎn)加工工藝路線如下所示 : 下料 → 鍛造 → 正火 → 粗機(jī)加工 → 調(diào)質(zhì) → 精加工 → 裝配。 表 51