非调质钢.pptx
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第3章机器零件用钢第3章机械制造结构钢(机器零件用钢)根据钢的生产工艺和用途,可分为:
调质钢、非调质钢、低碳马氏体钢弹簧钢、轴承钢、渗碳钢、氮化钢、耐磨钢等。
3.1概述一、机器零件用钢的性能要求(表3.1)1具有良好的冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等。
2具有良好的力学性能不同零件对钢的强度、塑性、韧性、疲劳强度、耐磨性等有不同要求。
一般为亚共析钢,低合金或中合金,优质钢或高级优质钢。
二、机器零件用钢合金化特点主加元素Cr,Mn,Si,Ni主要作用:
淬透性和力学性能最佳范围辅加元素Mo,W,V,B等主要作用:
过热敏感性,回火脆性提高淬透性。
获得最佳性能称为极限合金化理论。
结构钢常用范围为:
1.2Si,2Mn,1-2Cr,1-4Ni,0.5Mo,0.2V,60100mm,有40CrNiMo,40CrMnMo,37CrNi3等。
图3-3不同合金化对钢淬透性的影响(Dc:
油淬临界直径)分析比较:
40Cr40CrNi40CrNiMo淬透性回稳性塑韧性回脆性40CrNiMo40CrNi40Cr40CrNiMo40CrNi40Cr40CrNiMo40CrNi40Cr40CrNi40Cr40CrNiMo思考:
以Mn代Ni,在性能上有什么差别?
三、调质钢的热处理特点1.预备热处理目的:
改善切削加工性,改善粗晶组织和带状组织。
合金含量较少的钢:
轧制和锻造后为P,一般采用在AC3线以上加热正火。
合金含量较多的钢:
轧制和锻造后为M,一般采用AC3线以上加热正火+高温回火,使硬度由HB380550降至HB207240,以利于切削加工。
三、调质钢的热处理特点2.最终热处理淬火:
将钢件加热至AC3线以上进行淬火,淬火温度由钢的成分来决定,淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择。
回火:
根据性能确定回火温度,因此回火是调质钢性能定型化的重要工序。
高温回火时应考虑钢材的回火脆性问题。
表面处理:
要求较高的强、韧、塑性配合及良好的耐磨性时,经调质处理后,局部进行高频淬火。
如对耐磨性要求更高,可用氮化钢在调质后进行氮化处理。
常用调质钢的成分、热处理、机械性能和用途常用调质钢的成分、热处理、机械性能和用途调质钢要点:
调质钢是一种中碳钢或中碳合金钢调质钢在淬火高温回火后具有优良的综合机械性能调质钢淬火温度:
AC3温度3050;调质钢回火温度:
取决于最终所需要的强韧性指标选择调质钢方法以及应注意的事项:
(1)所选择钢在热处理时应有足够的淬透性,以满足使用性能要求;
(2)确定钢材的淬火、回火温度,以及冷却介质。
(3)充分考虑调质处理时的回火脆性和防止措施。
四、调质钢强韧性化工艺发展调质钢的五大性能指标:
b、s、AKAK是一次大能量冲击性能指标,大部分机械零件在小能量多冲条件下工作,用AK很难准确反映。
有些重要零件以断裂韧度KIC来衡量。
由于服役条件差异,钢最佳综合性能也不一定都是高温回火态好。
零件在承受冲击能量大时,钢强度应低些,塑性和韧性宜高些;冲击能量小时,强度应高些,塑性韧性低些,以达最佳配合。
综合强化工艺冷变形锻造余热淬火如复合热处理,即热处理强化、表面处理及形变强化工艺结合起来。
如汽车转向节圆角处进行高频淬火处理后,疲劳寿命提高50倍。
如滚压、喷丸等冷变形方法也能提高零件寿命。
既能节约能源、简化工序,又能细化组织,提高零件强韧性。
如柴油机连杆,已普遍使用锻造余热淬火工艺。
3.3非调质机械结构钢(微合金非调质钢)非调质(机械结构)钢:
通过微合金化、控制轧制(锻制)和控制冷却等强韧化方法,取消了调质处理,达到或接近调质钢力学性能的方法。
中碳钢中加入微量Ti、Nb、V等使钢性能达到调质钢水平锻轧后冷却过程中弥散析出稳定碳(氮)化物3.3非调质机械结构钢一、微合金元素对强韧化的贡献非调质钢组织:
F+P+弥散析出K(第一代非调质钢)主要强化作用:
细化组织和相间沉淀析出(F中析出)微合金化元素:
Ti、Nb、V、N等,V是主要Me,起沉淀析出强化作用;Nb、Ti起细晶强化作用非调质钢生产的主要目标是细化组织多元适量,复合加入:
Nb-V-N和Ti-V等主要贡献是细化组织。
相间析出二、获得最佳强韧化的工艺因素沉淀强化细化组织工艺参数是关键细化组织和沉淀析出要协调控制轧制控制冷却工艺因素决定各种强化机制的效果三、组织因素对强韧性贡献的大小间隙型碳氮化合物沉淀析出的强化量一般认为可以提高150400MPa,甚至可以达到600MPa。
细化组织强化量大约在50300MPa。
其它强化机制都不同程度地降低韧度。
四、低碳贝氏体型和马氏体型非调质钢微合金非调质钢:
经历了三个阶段的发展铁素体-珠光体型组织:
第一代非调质钢低碳贝氏体组织:
第二代非调质钢为得到高强度高韧度,开发了低碳贝氏体非调质钢代替Cr-Mo调质钢低碳马氏体组织:
第三代非调质钢直接从锻造温度淬火而产生自回火得到细小均匀的K和板条M。
F-P、B、低碳M型微合金非调质钢应用于制作汽车发动机曲轴、连杆、汽车前桥等四、低碳贝氏体型和马氏体型非调质钢非调质钢已经不限于中碳范围不同的成份的钢种(碳钢,合金钢),强化机制不同;同一钢种,工艺不同,强化机制的效果也不同;所以钢的组织、性能也有很大的差异。
弹簧是一种使用很广泛的机械零件,其主要作用在于储存能量和减轻震动。
3.4弹簧钢汽车板簧火车螺旋弹簧3.4弹簧钢汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧弹簧丝3.4弹簧钢一、弹簧的服役条件及性能要求弹簧功能储能减震弹簧类型根据外形分为:
板簧、螺旋弹簧;根据用途分为:
压簧、拉簧和扭簧等板弹簧:
用于机车、汽车、拖拉机,联结车轮和车架。
受力:
以反复弯曲应力为主。
提高其使用寿命措施:
提高疲劳强度。
螺旋弹簧:
不管是受压或受拉,主要承受扭转应力。
主要破坏方式:
疲劳,疲劳源一般在内表面。
(a)压缩弹簧(b)拉伸弹簧(c)扭转弹簧(d)单板弹簧(e)叠型弹簧(f)椭圆弹簧典型的螺旋弹簧及板簧扭杆弹簧(a)实芯扭杆(b)串联式扭杆卡簧(圈)基本形状碟形弹簧截面一、弹簧的服役条件及性能要求3.4弹簧钢板簧螺簧弯曲应力扭转应力疲劳破坏弹性减退高的弹性极限e、屈强比s/b弹性高的疲劳强度-1避免早期疲劳破坏有足够的塑性和韧性不产生脆性断裂足够的淬透性保证e和疲劳强度其它要求:
冶金质量,表面质量。
思考题:
为什么弹簧要求有好的表面质量,如表面不允许有裂纹、折迭、严重脱碳等缺陷?
二、常用弹簧钢及强化工艺碳素弹簧钢:
65、70、75、85钢C:
0.620.9%,Mn:
0.50.8%,Si:
0.150.37%合金弹簧钢:
65Mn、60Si2Mn、50CrVA合金化:
0.400.74%C+Si、Mn、Cr、V等Cr、Mn:
主要提高淬透性Si:
提高弹性极限V:
提高淬透性和细化晶粒。
常用硅锰板弹簧有60Si2Mn,55Si2Mn等60Si2Mn:
Si、Mn复合,强化F,e,s/b可达到0.80.9;Si、Mn淬透性,Ms不过分,开裂倾向小Si回稳性,但脱碳倾向;Mn过热敏感性Si、Mn复合,脱碳和过热敏感性较Si钢、Mn钢为小。
常用螺旋弹簧有50CrVA等50CrVA:
Cr、V均提高回稳性,韧性好;V细化晶粒,降低过热敏感性;含Si少,脱碳敏感性减低,热处理不易脱C;常用于受应力高的螺旋弹簧及60HRC;高接触疲劳强度以免过早失效保证材质,组织高的弹性极限和一定的冲击韧性承受冲击,以免破碎;尺寸稳定性好保证精度;一定耐蚀性大气、润滑油腐蚀;具有良好的冷热加工工艺性能。
性能要求关键因素化学成分、冶金质量和加工工艺二、轴承钢的冶金质量冶金质量要求纯净夹杂物要少:
主要有各种氧化物(如Al2O3)和硅酸盐等。
危害程度依次递减:
Al2O3、球状不变形夹杂、硅酸盐等。
接触面积小应力集中大材质纯净、组织均匀易产生裂纹氧化物夹杂数量对轴承钢疲劳寿命的影响三、轴承钢的成分与原始组织1.成分高碳低铬轴承钢,如GCr15钢,0.951.10%C,1.41.65%Cr。
其优点:
加工工艺性好,便于得到较稳定而均匀的组织和高而稳定的硬度;具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能;具有比较满意的防锈性能;具有合适的弹性和韧性;价格较低。
因而获得广泛的应用。
三、轴承钢的成分与原始组织1.成分碳:
0.951.10%,是决定高硬度、高接触疲劳强度、高耐磨性的主要因素。
实践证明:
同样硬度下,耐磨性(M+碳化物)耐磨性(M)铬:
1.401.65%,提高淬透性;部分溶于铁素体;部分溶于渗碳体,形成稳定的合金渗碳体(Fe,Cr)3C;提高马氏体的低温回火稳定性。
三、轴承钢的成分与原始组织硅、锰:
进一步提高淬透性,节约铬,GCr9SiMn是GCr15钢的代用品;适量的硅还能明显提高钢的强度和弹性极限。
磷、硫:
严格限制磷、硫含量。
磷促使晶粒长大并增加钢的脆性,增加淬火开裂倾向;硫会增加钢中硫化物夹杂。
氧、氮:
有害元素,应尽量降低轴承钢中气体含量。
三、轴承钢的成分与原始组织2.原始组织原始组织必须无缩孔、皮下气泡、白点和过烧;严格控制非金属夹杂物;严格控制疏松级别;改善碳化物不均匀性(网状、带状和液析)。
原始组织均匀碳化物细小均布。
主要有三类K:
K液析结晶时枝晶偏析而引起高温扩散退火,不允许液析严重;带状K压制时二次碳化物偏析高温扩散退火。
网状K冷却时在晶界析出正火三、轴承钢的成分与原始组织2.原始组织GCr15锻造后冷速不当易出现网状碳化物组织GCr15锻造后的网状碳化物四、铬轴承钢的热处理球化退火(预先处理)和淬火低温回火(最终热处理)1.GCr15钢的球化退火目的:
降低硬度,改善其切削加工性;获得均匀细粒状珠光体,为最终热处理做组织准备。
四、铬轴承钢的热处理球化退火(预先处理)和淬火低温回火(最终热处理GCr15钢制轴承套圈的球化退火工艺及组织GCr15钢退火温度:
770810,790最适宜T过高,碳化物溶解过多,成分均匀,冷却后得到粗片层或大块聚集碳化物,使硬度偏高。
过低,片状渗碳体溶解不充分,成分不均匀,冷却时碳化物沿原片层析出,形成细小的链状碳化物,使硬度偏高。
碳化物的形状取决于,碳化物的弥散度取决于冷速,冷速越大碳化物的弥散度越大,硬度越高。
退火后组织:
均匀分布的球状P。
四、铬轴承钢的热处理四、铬轴承钢的热处理2.GCr15钢的最终热处理轴承零件淬火后一般要满足以下的要求:
加热时获得均匀细小的晶粒;淬火后组织:
隐晶基体上分布着均匀细小的碳化物淬火组织硬度:
6266HRC;(对磨试样)GCr15钢的未溶碳化物数量应占7%9%,残余量小于10,中溶解0.50%0.60%C、0.8%Cr,保证淬透性和淬硬性。
淬火后表面不应有氧化脱碳及软点。
四、铬轴承钢的热处理轴承钢的一般热处理工艺为淬火低温回火。
GCr15钢最终热处理工艺GCr15淬火组织四、铬轴承钢的热处理GCr15淬火组织:
隐晶M+均匀细小的粒状碳化物+残四、铬轴承钢的热处理精密轴承:
稳定化处理:
-70-80冷处理120150附加回火回火温度对GCr15钢力学性能的影响轴承钢深冷处理温度对残留奥氏体的影响五、常见铬轴承钢常见铬轴承钢的成分、热处理和用途六、其它轴承钢简介1.特大型轴承用钢(渗碳轴承钢)外径大于450mm的轴承用于轧钢机械、矿山挖掘机械,受较大冲击负荷。
要求表面硬度高、耐磨性好,具有较高的接触疲劳强度,且心部有一定的韧性、足够的强度和硬度,可选用渗碳轴承钢制造。
如:
G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G20Cr2Mn2Mo渗层:
45mm,930940,渗碳80120小时具体材料与工艺见渗碳钢一节。
六、其它轴承钢简介2.不锈轴承钢化工机械、石油矿井机械、海洋船舶、原子反应等设备中的某些轴承在各种腐蚀环境中工作。
各国的不锈轴承钢的化学成分大体相同,一般采用高碳M不锈钢。
如:
9Cr18、9Cr18Mo(未溶Cr7C3)具体材料与工艺见不锈钢一节。
六、其它轴承钢介绍3.高温轴承钢航空发动机、宇航飞行器、燃汽轮机等装置中的轴承在高温、高速、高载荷下工作,工作温度已超过300。
要求轴承的材料有足够的高温硬度、高温强度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性,良好的尺寸稳定性和高温下长的寿命。
GCr15轴承钢最高工作温度不超过180,否则将发生硬度降低,尺寸稳定性降低的问题。
高温轴承钢主要有高速钢、高铬M不锈钢、高温渗碳钢三类。
如:
Cr4Mo4V,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,W9Cr4V2;Cr15Mo4、Cr15Mo4V2;12Cr2Ni3Mo5、10Cr4Ni4Mo4V具体材料与工艺见高速钢一节。
思考题轴承钢在淬火热处理后,硬度检验时不允许有明显软点,为什么?
如出现软点,可能有哪些因素造成的?
3.6低碳马氏体钢低碳钢或低碳合金钢经淬火+低温回火处理,得到低M组织作为应用状态的钢。
没有独立钢类,但有专门开发的低碳M钢。
低碳马氏体结构钢的组织与性能特征:
位错板条M板条相界残余A薄膜板条内部M自回火析出的细小分散K,可实现强、韧、塑性的最佳配合。
3.6低碳马氏体钢基本性能0.150.25C,以保证淬火后获得板条M+Cr,Mo,Si,Mn,V等淬透性等性能。
15MnVB,20SiMn2MoV,25SiMn2MoV是我国研制开发的,已获得广泛应用。
成分特点一、基本性能和成分特点3.6低碳马氏体钢二、低碳马氏体与中碳调质钢相比的差异1.含碳量由中碳降低为低碳(0.25%);2.冷脆倾向较小(可在严寒地区使用);3.在静载荷下具有低的缺口敏感性;4.具有低的疲劳缺口敏感度;5.更好的强、塑、韧性的配合。
3.6低碳马氏体钢三、低碳马氏体钢良好的工艺性能冷变形能力良好;焊接性能优良;热处理时脱碳倾向小;淬火变形和开裂倾向小。
3.6低碳马氏体钢四、低碳马氏体合金化的方向1、保证低碳马氏体钢的淬透性;2、有利于提高低温回火抗力;3、能改善低碳马氏体钢机械性能的元素;4、结合我国资源条件可考虑加入Mn、Si、Mo、B、V等元素。
渗碳钢和普通低合金结构钢可作为低M钢使用。
五、低碳马氏体钢的热处理淬火+低温回火(150-200)。
图7-6-1低碳马氏体钢金相组织3.6低碳马氏体钢应用在矿山、汽车、石油、机车车辆、农业机械制造工业中得到了广泛的应用实例3.6低碳马氏体钢六、低碳马氏体结构钢应用六、低碳马氏体结构钢应用实例2:
原来用40Cr制造的高强度冷镦螺栓,现改为15MnVB低碳M钢,低碳M钢有明显的优点:
1、冷镦性好,零件开裂少,成品率提高;2、搓丝性能好,搓丝模具使用寿命长;3、加热时脱碳倾向小;4、材料价格低,降低成本。
3.6低碳马氏体钢某些机器零件:
齿轮、凸轮、活塞销等服役条件:
1零件在滑动、滚动相对运动下工作,有摩擦;2承受交变弯曲应力和接触疲劳应力;3一定的冲击力。
失效形式:
过量磨损、表面脱落、断裂其机械性能要求:
1表面具有高硬度和高耐磨性;2具有高的接触疲劳强度、3心部具有良好的综合力学性能。
3.7合金渗碳钢各种类型的齿轮用低碳钢进行渗C,使表面到中心具有从高C(0.81.1%C)到低C(0.100.25%C)连续过渡的化学成分。
零件表面层:
具有高强度、高耐磨性;零件心部:
具有适当的强度和较好的韧性。
对于一般零件:
渗碳层的含C量限制为0.81.1%C;渗碳层的深度控制在0.62.0mm之内。
3.7合金渗碳钢3.7.1渗碳钢的合金化一般含碳量在0.120.25%渗碳层性能:
表层碳含量、表层浓度梯度和渗层深度渗碳层深度根据零件需要确定。
原则上,渗碳层深度应大于零件的最大切应力深度。
Mn、Cr、Ni主要淬透性Ti、V、W、Mo细化晶粒常用合金化元素保证心部得到强韧性好的板条M合金元素对渗碳层表面含碳量和渗碳层厚度的影响渗碳零件受力与渗碳厚度的关系;渗碳温度:
910930。
钢表面的固溶碳极限由A在渗碳T时对碳的饱和溶解度决定如超过溶解度,在表面层中会出现碳化物。
渗碳扩散层的厚度决定于:
碳在奥氏体中的极限溶解度碳在奥氏体中的扩散速度;扩散的时间。
3.7.1渗碳钢的合金化渗碳扩散层的厚度决定于:
碳在奥氏体中的极限溶解度;碳在奥氏体中的扩散速度;扩散的时间。
因此,渗CT,C在A中的极限溶解度;C在A的扩散速度,达到相同厚度的扩散层所需要的渗碳时间越但是,渗CT,奥氏体晶粒长大的倾向性。
3.7.1渗碳钢的合金化一般地讲,碳化物形成元素对渗C的作用:
增大钢表面吸收C原子的能力;增大渗碳层中的C浓度;阻碍C原子在奥氏体中的扩散。
前两个因素加速渗C,有利于渗C层的加深,而后一因素不利于渗C层的加深。
总的效果是Cr、Mo等元素加大渗C层的厚度,Ti减小渗C层的厚度。
3.7.1渗碳钢的合金化非碳化物形成元素对渗C的作用:
Ni、Si:
减慢渗速,不利于渗C层的加深;Mn:
加速渗C,且不过分地增多渗C层中的C含量,不会在渗层中产生多量的大块碳化物。
3.7.1渗碳钢的合金化3.7.1渗碳钢的合金化在设计渗碳钢的化学成分时,除了考虑渗层的组织和性能外,还必须考虑零件的心部强度、钢的淬透性、表面残余应力和钢的渗碳工艺性能等,由此来调整各种合金元素的配比。
3.7.2常用渗碳钢渗碳结构钢按照钢的淬透性分级如下:
15、20;20Cr、20MnV(低淬透性)20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMn(中淬透性)18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A(高淬透性)承受较大冲击载荷,不宜采用含碳较高的渗碳钢;承受大负荷的重要零件,最好使零件淬透,心部为低M。
18Cr2Ni4WA可作为调质钢,低碳马氏体钢,也可作为渗碳钢。
渗碳和淬火工艺较复杂。
主要用于要求高综合力学性能和高耐磨性的重要件,如航空发动机齿轮等。
3.7.2常用渗碳钢20Cr钢:
不宜渗碳后直接淬火。
20CrV钢可以20CrMnTi钢特点:
Cr、Mn复合,淬透性好,D油约40mm较高耐磨性和强韧度,特别是低温韧度较好;渗碳工艺性较好,晶粒长大倾向小,可直接淬火,变形也比较小。
广泛制造汽车、拖拉机变速箱齿轮,离合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等。
3.7.3渗碳钢的热处理特点渗碳后的热处理工艺有直接淬火细晶粒钢可用直接淬火一次淬火二次淬火。
3.7.3渗碳钢的热处理特点一般渗碳钢热处理工艺:
渗碳淬火(直接淬火或重新加热淬火)低温回火。
以20CrMnTi钢为例讨论其热处理工艺规范。
3.7.3渗碳钢的热处理特点20CrMnTi钢渗碳后预冷到870880直接淬火,先预冷再淬火目的:
减少淬火变形渗碳层中析出Fe3C,淬火时减少渗C层的残A量经过这种处理后,20CrMnTi钢可以获得耐磨性较高的渗碳层,而且零件心部具有较高的强度和良好的韧性。
高淬透性渗碳钢20Cr2Ni4A钢制齿轮渗碳及随后热处理规范如图7-4-5所示3.7.3渗碳钢的热处理特点18Cr2Ni4A渗碳后空冷组织3.7.3渗碳钢的热处理特点高淬透性渗C钢Me较多,渗层含C、Me量高,导致Ms,渗碳层残A中多,使表面硬度。
残A数量的方法有:
1.淬火后冷处理(-60-100),使残AM;2.渗C正火后进行一次高温回火(600620),从M及残A中析出碳化物,再加热到较低温度(Ac1+3050)淬火,碳化物不再溶入A中,减少A中C及Me含量,使Ms,淬火后残余A;3.表面喷丸,使渗层中的残AM。
3.7.3渗碳钢的热处理特点典型渗碳钢种的成分、热处理、性能和用途见表7-9。
表7-4-2典型渗碳钢的热处理和机械性能3.7.3渗碳钢的热处理特点3.8氮化钢服役条件:
有些零件工作时载荷不大,基本上无冲击力;有摩擦,但比齿轮等零件的磨损要轻,同时也受到交变的疲劳应力。
这类零件主要的要求是能保持高的精度。
常采用氮化钢进行渗氮处理。
3.8.1概述1、钢经过氮化处理的优点可明显提高零件疲劳强度和耐磨性;具有对水、油等介质的耐腐蚀的能力;零件的变形量很小;氮化层在较高的温度仍能保持其硬度。
用途:
要求疲劳强度高、耐磨性好、尺寸精度高的机器零件,如镗床、磨床的主轴、主轴套筒、蜗杆、柴油机上的曲轴等,往往采用氮化处理。
2、氮化处理的缺点生产周期长,成本高。
3.8.1概述3、氮化处理后的性能:
零件氮化后的机械性能要求根据使用条件而异。
表面硬度:
要求高耐磨性的零件,表面硬度高达9001000HV;要求高疲劳强度的零件,表面硬度可为500800HV。
心部硬度:
氮化处理前零件经调质处理,硬度为200300HV,为回火索氏体组织,经氮化处理后,心部仍然具有良好的综合机械性能。
3.8.2氮化钢的合金化1.合金元素与钢的氮化工艺氮化工艺要求:
氮化表面具有高硬度;氮化表面的脆性能满足要求;获得足够深的氮化层深度;尽可能缩短氮化时间。
3.8.2氮化钢的合金化1.合金元素与钢的氮化工艺根据与氮的亲和力大小,合金元素可以分为:
氮化物形成元素(Al、Ti、Nb、V、Cr、Mo、W)等形成超显微的氮化物颗粒,强化相。
阻碍氮原子向内部扩散,减少层深。
非氮化物形成元素(如Ni、Si、Cu等)阻碍氮原子的吸收,降低表面氮浓度,减少层深。
1.合金元素与钢的氮化工艺图7-5-1钢中合金元素对氮化层深度及表面硬度的影响图7-5-2不同合金钢在相同条件下氮化后的硬度分布曲线3.8.2氮化钢的合金化合金元素对氮化层深度和表面硬度的影响(550氮化24h)3.8.2氮化钢的合金化2.钢的淬透性和淬火工艺问题Al:
与氮形成超显微的氮化物质点,强化;Cr、Mo:
增大钢的淬透性;钢中含Ti、Nb、V时,提高淬火温度,使碳化物溶于A中,增大钢的淬透性。
3.8.2氮化钢的合金化2.钢的淬透性和淬火工艺问题要使扩散进入相的N与V、Mo、Cr、Al等原子形成超显微的氮化物,对相基体起硬化作用,在调质处理淬火时,使这些元素较多地溶入A,淬火时被保留在M中。
3.8.2氮化钢的合金化3.合金元素与回火Cr、Mo、V元素溶入M时,分别使钢在400500、500600、550650回火时保持高的强度。
Mo使钢在510580氮化长期保温和随后炉冷时,不致产生回火脆化。
3.8.3氮化钢的热处理特点淬火高温回火氮化其中淬火高温回火(调质钢)其中氮化(热处理工艺学);氮化层的厚度一般是0.30.5mm。
图7-5-3钢的氮化组织3.8.4典型氮化钢种38CrMoAlA、38Cr2WVAlA、30CrNi2WVA、30Cr3WA氮化钢的合金化有以下几点:
为达到高硬度,可利用Al、V、Cr、Mo、W等元素。
若硬度900HV,采用含Cr、Mo、W的钢种;若900HV,采用含强氮化物形成元素Al的钢种等;为获得足够的淬透性,Cr、Mo、Mn是有效的元素;为使钢在500580长时保温而保持强度,Mo、V是有效元素;为防止或减轻回火脆性,加入0.20.5%Mo。
氮化钢:
多为碳含量偏低的中碳铬钼铝钢。
国内外广泛使用的氮化钢是38CrMoAl钢,获得最高氮化层硬度,达到9001000HV。
仅要求高疲劳强度的零件,可采用不含铝的CrMo型氮化钢,如35CrMo、40CrV、40Cr等,其氮化层的硬度控制在500800HV。
工艺:
氮化前,要经过调质热处理以得到稳定的回火索氏体组织,以保证零件最终的使用性能和使用过程中的尺寸稳定,同时也为获得好的氮化层作组织准备。
思考题:
某精密镗床主轴用38CrMoAlA钢制,某重型齿轮铣床主轴用20CrMnTi制造,某普通车床主轴用40Cr钢制造。
试分析比较说明它们各自应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点3.9低淬透性钢低淬透性钢:
指淬透性比一般碳素钢的淬透性还要低的钢。
主要采用表面感应加热淬火感应加热淬火与渗碳、氮化相比,特点有:
不改变化学成分,表面硬化、心部保持高塑性和韧度;表面局部加热,零件的淬火变形小;加热速度快,可消除表面脱碳和氧化现象;表面形成残余压应力,提高疲劳强度。
与渗碳相比,感应加热淬火工艺常用于轻负荷工件或需要局部淬硬的轴类零件,其耐磨性和疲劳抗力不如渗碳工艺。
感应加热淬火钢主要有中碳低淬透性调质钢和低淬透性钢。
这里介绍低淬透性钢应用特点得到沿着轮廓分布硬化层“仿形硬化”专门用于中、小模数(m=38)的齿轮3.9低淬透性钢硬化层分布(右图为仿形硬化层)降低钢淬透性措施:
Mn、Si、Ni、Cr含量;加入Ti,形成TiC不溶于A,冷却时成为P相变时的核心,降低淬透性。
国家标准有55Ti、60Ti、70
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- 关 键 词:
- 非调质钢