【正文】 用途：受復(fù)合應(yīng)力的重要結(jié)構(gòu)件（齒輪、連桿、機(jī)床主軸） 性能：良好的綜合機(jī)械性能 成分： ~%C —— 中碳鋼 主加元素： Cr,Ni,Mn,Si —— ↑淬透性，強(qiáng)化基體 輔加元素： W,Mo,V,Ti —— 細(xì)化晶粒 , ↑回火穩(wěn)定性 熱處理： 預(yù)備：正火 —— S—— 改善組織，消除鍛造應(yīng)力，便于切削加工 最終：調(diào)質(zhì) —— 回火 S—— 獲得良好的綜合機(jī)械性能 表面要求高硬度 ,耐磨 ,↑σ1， →表面淬火 + 低溫回火（回火 M） 常用鋼號： 45， 40Cr， 40CrMnMo 四、彈簧鋼 定義：彈簧鋼是指用于制造各種彈簧的鋼種。 加入 Si、 Mn Si和 Mn是常用合金元素 ， ↑淬透性 ； 強(qiáng)化鐵素體 （ 固溶強(qiáng)化 ） , ↑回火穩(wěn)定性 ， 相同回火溫度下具有較高的硬度和強(qiáng)度 ， 其中 Si的作用最大 。 主要有以下幾個方面： （ 1） 很高的強(qiáng)度與 硬 度：點接觸或線接觸下工作 ， 承受極大的壓應(yīng)力 ， 可達(dá) 1500～ 000MN／ mm2。 ： Cr —— ↑淬透性 ， 硬 ， 耐磨 Cr為主要合金化元素 ， Cr提高淬透性 ，形成合金滲碳體 ， 細(xì)小均勻 ， 提高耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度 。 獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體 ， 為最終熱處理作組織準(zhǔn)備 。 （１）性能要求 受力情況 : 刀刃承受 彎曲 、 扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力 和 沖擊、震動 負(fù)荷，同時還要受到工件和切屑的強(qiáng)烈 摩擦 作用。 ? （ 2）最終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度 60HRC。HRC60。 Wc＝ ～ ％ ； ⑵ 加入 Cr提高鋼的淬透性 鉻的碳化物在淬火加熱時 容易溶解 ， 鉻幾乎全部溶入奧氏體中 ， 增加奧氏體的穩(wěn)定性 ， 使鋼的淬透性大大提高 ， 以致截面尺寸很大的高速鋼零件 ，在空冷條件下都可完全淬透 。 而只有合金元素含量高的 馬氏體才具有高的紅硬性 。三次回火 ； 560℃ 原因 ： 在此溫度區(qū)，一部分碳和合金元素從殘余奧氏體中析出，合金元素與碳形成碳化物，起到彌散強(qiáng)化的作用；由于碳和合金元素的析出，使殘余奧氏體的穩(wěn)定性下降，在隨后的冷卻中可轉(zhuǎn)變?yōu)?M，從而使硬度增高； 即二次硬化作用 ； 三次回火的原因： 高速鋼淬火后的殘余奧氏體量達(dá) 2530%，一回火后難以全部消除，經(jīng)三次回火即可使殘余奧氏體減至最低量（一次回火后約剩 10%，二次回火約剩 35%，三次回火約剩 1%2%）。 應(yīng)用 —— 高速車刀、鉆頭、銑刀等。 含碳量 %%C 合金元素 —— Cr、 Mn、 Ni、 Mo、 W等。 最終熱處理 — 淬火 +（ 70～ 80℃ ） 冷處理 + 低溫回火 + 時效處理 時效處理： 120～ 130℃ ，保溫幾～幾十小時，使 M、 A 39。 電化學(xué)腐蝕是金屬在酸 、 堿 、 鹽等電介質(zhì)溶液中由于原電池的作用而引起的腐蝕 。這是由于在晶界上析出了富 Cr的 (CrFe)23C6，而使其周圍基體形成貧Cr區(qū)造成的； 解決方法 ： ①降低含碳量，使 Cr的碳化物不能析出； ②加入 Ti、 Nb等碳化物形成元素，形成穩(wěn)定的碳化物（ TiC、 NbC），避免在晶界上沉淀析出Cr的碳化物； 熱處理方法： ⑴固溶處理：將鋼加熱到 1050~1150℃ ，讓所有的碳化物全部溶入 A中，然后水淬快冷，在室溫下得到單相的奧氏體組織，這種處理叫做固溶處理；處理后強(qiáng)度較低但塑性較高，并且具有耐蝕性； ⑵穩(wěn)定處理：是將含 Ti、 Nb的奧氏體不銹鋼經(jīng)固溶處理后，再經(jīng) 850～ 900℃ 保溫 1～ 4h空冷的處理。39。 + P + G 白口鑄鐵 按 FeFe3C 相圖結(jié)晶 、轉(zhuǎn) 變 Le39。 （１） 灰鑄鐵 （２） 球墨 鑄鐵 （３） 蠕墨 鑄鐵 （４） 可鍛 鑄鐵 根據(jù)鑄鐵中石墨結(jié)晶形態(tài)的不同，將鑄鐵分為 （１）灰鑄鐵 一、灰鑄鐵 鑄鐵組織中的石墨呈片狀 牌號 —— 如 HT100， HT灰鐵， 100最小抗拉強(qiáng)度 表示 ?b≥ 100MPa（直徑＝ 30mm）。（ 球狀 G 對基體的割裂作用小） 牌號 基體 機(jī)械性能 ? ?b MPa ? MPa ?5 % ak kJ/m2 HB QT40017 F 400 250 17 600 ?179 QT42010 F 420 270 10 300 ?207 QT5005 F+P 500 350 5 － 147241 QT6002 P 600 420 2 － 229302 QT7002 P 700 490 2 － 229302 QT8002 P 800 560 2 － 241321 QT12001 下 B 1200 840 1 300 ?38HRC F+P基體 500 F基體 100 熱處理 退火 —— 去應(yīng)力退火 ， 500 ～ 600℃ 。 進(jìn)氣管 排氣管 （４）可鍛鑄鐵 —— 白口鑄鐵 經(jīng)長時間石墨化退火（ 900－ 960℃ ）而得 牌號 —— 如 KT3006 ，表示 ?b≥300 ， ?≥6％ 。 組織 —— 鋼基體 + 蠕蟲狀 G 性能 —— 強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于灰鑄鐵。 （２）球墨鑄鐵 —— 在鐵水澆注前加球化劑（稀土 Mg）使 G球化 牌號 —— 如 QT7002 ，表示 ?b≥700， ?≥2％ 。 切削加工性好 —— G 使切屑易斷，還可潤滑刀具。 2. 白口鑄鐵 ：即三個階段的石墨化全部被抑制，其中碳以 Fe3C形式存在，斷口呈白亮色，性能硬很脆，工業(yè)上很少應(yīng)用； 3. 麻口鑄鐵 ：在第一階段石墨化過程中沒有得到充分石墨化的鑄鐵，斷口呈黑白相間的麻點。 應(yīng)用： 習(xí)題： 合金元素 Mn、 Cr、 W、 Mo、 V、 Nb、 Ni、Si、 Al、 Co在室溫的退火鋼中如何分布？它們對鋼中基本相有何影響？ 合金元素 Mn、 Cr、 W、 Mo、 V、 Ti、 Zr、Ni、 Co、 Al對鋼的 C曲線和 MS點有何影響？ 解釋下列現(xiàn)象： ⑴在相同含碳量情況下，除了含 Ni和 Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高； ⑵含碳量 ≥% ，含鉻 12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳 %、含鉻 12%的鋼屬于萊氏體鋼； ⑶高速鋼在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織； 什么是調(diào)質(zhì)鋼？為什么調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳？合金調(diào)質(zhì)鋼常含哪些合金元素？它們在調(diào)質(zhì)鋼中起什么作用？ 分析比較 9SiCr合金工具鋼與 T9碳素工具鋼： ⑴為什么 9SiCr鋼的熱處理加熱溫度比 T9鋼高？ ⑵為什么碳素工具鋼制造的刀具的刃部受熱至200~250℃ 其硬度和耐磨性已迅速下降，以至于失效；而 9SiCr鋼刀具的刃部在 230~250℃ 條件下工作，硬度仍不低于 HRC60，且耐磨性良好，可維持正常工作？ ⑶試分析 9SiCr熱處理工藝？ 指出下列合金鋼的類別、碳和合金元素的作用及熱處理特點： 16Mn、 40CrNiMo、 65Mn、 GCr1 9SiCr、W18Cr4V、 1Cr18Ni9Ti W18Cr4V鋼的 AC1為 820℃ ，若以一般工具鋼 AC1+30~50℃ 常規(guī)方法來確定其淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達(dá)到高速切削刃具所要求的性能？為什么？ W18Cr4V淬火后在 560℃ 三次回火的目的是什么？ 什么是紅硬性？鋼的紅硬性與“二次硬化”有何關(guān)系？ 188型不銹鋼中各合金元素起什么作用？為了提高其抗蝕性能可采用什么工藝方法？ 第七章 鑄鐵 ? 鑄鐵是含碳量大于 %的鐵、碳合金，與鋼相比：鑄鐵熔煉簡單，成本低廉，雖然強(qiáng)度、塑性、韌性較低，但具有良好的鑄造性能，很高的減磨、減震性能和切削加工性能，因此在機(jī)械制造業(yè)上得到了廣范的應(yīng)用： ? 鑄鐵之所以具有以上一系列優(yōu)良的性能， 一是因為它的含碳量高，二是因為碳大部分以游離的石墨狀態(tài)存在； ? 成分 —— w(C) = ~ % ， ? w(Si) =~ % 鑄鐵中碳原子的析出，并形成石墨的過程稱為石墨化過程。 用途： 履帶、鐵道岔道 奧氏體型不銹鋼： ? 是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一類不銹鋼，最常見的是含 Cr量為 18%，含 Ni量為 9%的 188型不銹鋼；最典型的是 1Cr18Ni9Ti； 以 1Cr18Ni9Ti為例，介紹奧氏體型不銹鋼： 化學(xué)成分： ⑴含碳量：小于 %，含碳量較低，若含碳量過多，在奧氏體冷卻時易發(fā)生分解形成(CrFe)23C6，不能保持單相奧氏體狀態(tài)； ⑵含 18%Cr：產(chǎn)生鈍化作用，阻礙陽極反應(yīng)，增加耐蝕性； 鈍化： 如果基體含鉻量 WCr≥%時，能在陽極區(qū)域基體表面上形成一層富 Cr的氧化物保護(hù)膜，這層膜會阻礙陽極區(qū)域的反應(yīng)，并增加電極電位，致使基體的電化學(xué)腐蝕過程減緩，從而獲得一定的耐蝕性。 化學(xué)腐蝕是金屬直接與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用 。 應(yīng)用 簡單量具 — T10A、 T12A 等。 Mo、 V—— ↑淬透性 ↑回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒、 ↑ 強(qiáng)度和韌性 ， 鍛造 — 等溫退火 — 機(jī)加工 — 淬火回火 — 精磨或電火花加工 — 成品 （２）熱模具鋼 —— 熱鍛、熱擠壓、壓鑄模等 。 最終組織 （右圖）：回火 M + 粒狀碳化物 + 少量 A 39。硬度為HRC62～ 64。如 P149圖 715所示； （ 3） 淬火： A） 淬火加熱溫度：溫度很高 T加 =1280?5℃（ W18Cr4V鋼 AC1約為 820℃ ） 。 主要性能特點： 以 W18Cr4V為例： ⑴ 高碳 保證淬后得到強(qiáng)硬的馬氏體基體以 提高鋼的硬度 。 應(yīng)用 —— 如 9SiCr ，做板牙、絲錐等。 硬度 ? 擬用 T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為： ? 鍛造 —— 熱處理 —— 機(jī)加工 —— 熱處理 —— 磨加工； ? 試問①試寫出各熱處理的名稱并指出各熱處理工序的作用？ ? ②制訂最終熱處理的工藝規(guī)范（溫度、冷卻介質(zhì)）？ ? ③指出最終熱處理后的組織和大致硬度？ ? （ 1）工藝路線為：鍛造 — 退火 — 機(jī)加工 — 淬火后低溫回火 — 磨加工。 應(yīng)用 GCr15：中小型軸承，冷沖模，量具，絲錐。 危害最大的是氧化物 ， 其次為硫化物和硅酸鹽 ， 必須嚴(yán)格控制 S、 P； S＜ 0． 02％ ， P＜ 0． 027％ 。 （ 二 ） 軸承鋼的成分及作用 1. 碳含量 高碳 ~%C —— 硬 、 耐磨 含碳量＝ ～ ％ ， 保證有高的硬度及耐磨性 。 小尺寸的沙發(fā)彈簧 60Si2Mn鋼 中由于同時加入了 Si和 Mn， 制造厚度為 10～ 12mm的板簧和直徑為 25～ 30mm的螺旋彈簧 ， 油冷即可淬透 ， 性能優(yōu)于 65Mn， 制造汽車 、 拖拉機(jī)等的減震板簧和螺旋彈簧； 大尺寸的汽車板簧 （尺寸小， 65Mn）： 冷拉鋼絲 → 冷繞成型 → 去應(yīng)力退火（ 200~300℃ ） 彈簧鋼小結(jié) 用途：彈性元件 性能：高的 σe 、 σb 、 σ1 ，一定的塑韌性 成分： ~%C （碳鋼 ~%C） ——保證 ↑σe 主加元素： Mn, Si, Cr—— ↑淬透性，強(qiáng)化基體 , ↑回火穩(wěn)定性 輔加元素： Mo, W, V —— 防脫碳，細(xì)化 ,↑σe ， 熱處理： 熱成型彈簧（尺寸大， 60Si2Mn）： 加熱成型 →淬火 +中溫回火 →噴丸（回火 T ）38~50HRc 冷成型彈簧（尺寸小， 65Mn）： 冷拉鋼絲 → 冷繞成型 → 去內(nèi)應(yīng)力退火（ 200~300℃ ） 常用鋼號： 65， 65Mn， 小尺寸的沙發(fā)彈簧 60Si2Mn 大尺寸的汽車板簧 汽車板簧 火車螺旋彈簧 五 、 滾動軸承鋼 用途：滾動軸承元件 ， 冷沖模 ， 量具 （ 滾珠 、 滾柱 、 軸承套 ） （ 一 ） 滾動軸承的工作條件及對性能的要求 制造滾動軸承套圈和滾動體鋼 。 （ 二 ） 彈簧鋼的化學(xué)成分及作用 1. 碳含量 2. 中 、 高碳 —— 提高彈性極限和屈服極限 。連桿螺栓生產(chǎn)工藝路線如下： 下料 →鍛造 →退火（或正火） →機(jī)加工 →調(diào)質(zhì) →機(jī)加工 →裝配 退火（或正火）是為了改善切削加工，并為隨后調(diào)質(zhì)處理做好組織準(zhǔn)備。