機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼

Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼主要內(nèi)容調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼滲碳鋼氮化鋼馬氏體結(jié)構(gòu)鋼特殊用途鋼根本要求：了解各類鋼的服役條件、對(duì)鋼的根本性能要求、化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)；掌握常用調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼等的典型牌號(hào)。重點(diǎn)與難點(diǎn)：各類鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、合金元素的作用、強(qiáng)韌化機(jī)制及熱處理特點(diǎn)。教學(xué)要求Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼撥叉變速齒輪變速箱3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼齒輪曲軸汽車萬向節(jié)連桿3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼彈簧拉力彈簧離合器彈簧蝶形彈簧3.0引言板彈簧Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼滾珠滾珠軸承3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼履帶鐵軌分道叉破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.0引言Chapter3機(jī)器零件用合金結(jié)構(gòu)鋼二、機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼的服役條件主要是承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等力的作用，或者是它們中的多種載荷的交互作用。服役環(huán)境是大氣、水和潤(rùn)滑油，溫度在-50℃~+100℃范圍之間。機(jī)器零件要求結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)快速準(zhǔn)確以及零件間有適宜的公差配合等。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。3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼對(duì)鋼材的其它工藝性能〔如冶煉性能、澆注性能、可鍛性能等〕也有要求，但一般問題不大。機(jī)器零件用鋼通常以力學(xué)性能為主，工藝性能為輔。3.0引言Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)碳中碳，碳含量一般在0.3%~0.5%；鋼中的碳保證有足夠多的碳化物體積分?jǐn)?shù)以獲得高的強(qiáng)度。碳含量過低時(shí)，淬硬性不夠；碳含量過高那么韌性下降。3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼2.合金元素

主加合金元素：Cr、Mn、Si、Ni；輔加合金元素：Mo、W、V、Ti、Al、B等。重要的調(diào)質(zhì)鋼，一般都含有多種合金元素。

合金元素SiMnCrNi含量范圍(wt%)0.6-1.40.8-1.80.8-1.71.0-4.5合金元素MoVWTiAlB含量范圍(wt%).0.1-0.50.05-0.20.6-1.20.05-0.10.5-1.2<0.004

Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼二、對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的淬透性要求Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼四、調(diào)質(zhì)鋼的合金元素與機(jī)械性能

Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼處理?xiàng)l件冷卻方式室溫沖擊值

（J/cm2）40CrNi鋼820℃淬火650℃回火爐冷9.640CrNi鋼820℃淬火650℃回火空冷2440CrNi鋼820℃淬火650℃回火油冷6140CrNi鋼820℃淬火650℃回火水冷763.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼表3-13.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼五、常用調(diào)質(zhì)鋼的成分、熱處理、

機(jī)械性能和用途

表3-2常用調(diào)質(zhì)鋼的成分和用途

鋼號(hào)主要化學(xué)成分（%）用途CMnSiCrNiMo450.42-0.500.50-0.800.17-0.37

主軸、齒輪40Cr0.37-0.450.50-0.800.20-0.400.80-1.10

重要軸類、重要齒輪30CrMnSi0.27-0.340.80-1.100.90-1.200.80-1.10

高速輪軸40CrNiMo0.37-0.440.50-0.800.20-0.400.80-0.901.25-1.750.15-

0.25航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼表3-3常用調(diào)質(zhì)鋼的熱處理和機(jī)械性能鋼號(hào)熱處理機(jī)械性能淬火℃回火℃毛坯尺寸mmσb

MPaσsMPaδ5%Ψ%αk

J.cm45850水600空≤10≥650≥350≥17≥38≥4540Cr850油500油≤25≥1000≥800≥9≥45≥6030CrMnSi880油520油≤25≥1100≥900≥10≥45≥5040CrNiMo850油600油≤30≥1100≥900≥12≥55≥100Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼典型調(diào)質(zhì)鋼及其應(yīng)用：合金調(diào)質(zhì)鋼的鋼種很多，按淬透性的上下可分為低、中、高淬透性三類。低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：其油淬臨界直徑最大為30mm~40mm。典型鋼種是40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、38CrSi、40MnVB等。這類鋼的淬透性較低，通常只用于制造一般尺寸的重要零件。40MnB、40MnVB是為節(jié)約Cr而開展的代用鋼，40MnB的淬透性穩(wěn)定性較差，切削加工性能也差一些。3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼連

桿

3.1調(diào)質(zhì)鋼軸

Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：其油淬臨界直徑最大為40mm~60mm。典型鋼種是35CrMo、40CrMn、40CrNi、30CrMnSi等。這類鋼含有較多的合金元素。主要用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿等。35CrMo、40CrMn等鋼可用于500℃以下的較高溫度下服役的零件如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。

3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼電氣機(jī)車大軸

磨床主軸

3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子〔AETC公司〕3.1調(diào)質(zhì)鋼葉輪、轉(zhuǎn)子

3.1調(diào)質(zhì)鋼高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：其油淬臨界直徑最大為60mm~100mm。典型鋼種是37CrNi3A、40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。這類鋼多半是鉻鎳鋼，較多的Cr和Ni的適當(dāng)配合可大大提高鋼的淬透性，并獲得優(yōu)良的機(jī)械性能。40CrNiMoA鋼主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽輪機(jī)主軸、葉輪等。

3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1調(diào)質(zhì)鋼某軍艦汽輪機(jī)主軸

3.1調(diào)質(zhì)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、彈簧的工作條件彈簧的主要作用是吸收沖擊能量，緩和機(jī)器的振動(dòng)和沖擊作用，或儲(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。彈簧按其外形可分為板彈簧和螺旋彈簧。板彈簧主要用于機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)上，起著車輪和車架之間聯(lián)結(jié)的作用。受力那么以反復(fù)彎曲應(yīng)力為主。提高板簧的使用壽命主要提高其疲勞強(qiáng)度。螺旋彈簧不管是受壓或受拉，其承受的應(yīng)力主要是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。螺旋彈簧的主要破壞方式是疲勞。3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼二、對(duì)彈簧的性能要求1具有高的強(qiáng)度極限，特別是彈性極限σe，還要求有高的屈強(qiáng)比σs/σb，以提高強(qiáng)度的利用率。2具有高的疲勞極限。3具有良好的外表狀態(tài)疲勞性能對(duì)于外表狀態(tài)很敏感。所以要求彈簧鋼的外表不應(yīng)有裂紋、折疊、斑疤、發(fā)裂、氣泡、夾雜和壓入的氧物鐵皮等，這就要求注意冶金質(zhì)量，在加熱處理過程中，盡量預(yù)防外表缺陷和減輕外表脫碳。采用噴丸處理可顯著改善彈簧的外表狀態(tài)，大大提高彈簧的使用壽命。4具有較好的工藝性能具有一定的塑性和淬透性，過熱敏感性要小，不易脫碳。彈簧用鋼在卷成型以前要有一定的塑性，以便于成型。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼三、彈簧鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)1碳含量碳素彈簧鋼的碳含量一般為0.8%~0.9%，合金彈簧鋼的碳含量為0.45%~0.7%。碳含量過低，達(dá)不到高強(qiáng)度的要求；碳含量過高，鋼的脆性很大。3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3參加Cr、W、V、Nb克服硅錳彈簧鋼的缺乏Cr、W、V、Nb為碳化物形成元素，它們可以防止過熱〔細(xì)化晶?！澈兔撎?，從而保證重要用途彈簧具有高的彈性極限和屈服極限。4彈簧鋼的純度對(duì)疲勞強(qiáng)度有很大影響，因此，彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼〔P≤0.04%，S≤0.04%〕或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼〔P≤0.035%，P≤0.035%〕。3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼各式汽車板簧

各類汽車用變截面鋼板彈簧12/14/16Ton車軸用鋼板彈簧50CrV這類鋼可用于制造350℃-400℃下承受重載的大型彈簧，如閥門彈簧、高速柴油機(jī)的汽門彈簧等。Cr和V的復(fù)合參加，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。表3-4常用彈簧鋼的化學(xué)成分和用途。表3-5常用彈簧鋼的熱處理和力學(xué)性能。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼表3-4典型彈簧鋼的成分和用途鋼號(hào)主要化學(xué)成分(%)用途CMnSiCrV650.62

0.700.50

0.800.17

0.37截面小于12-15mm的小彈簧65Mn0.62

0.700.90

1.200.17

0.37截面小于25mm的各種螺旋彈簧、板彈簧60Si2Mn0.57

0.650.60

0.901.50

2.00截面小于25mm的各種螺旋彈簧、板彈簧50CrVA0.46

0.540.50

0.800.17

0.370.80

1.100.10

0.20截面小于30mm強(qiáng)度要求較高的彈簧Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼表3-5典型彈簧鋼的熱處理和機(jī)械性能鋼號(hào)熱處理機(jī)械性能淬火

℃回火

℃σb

MPaσ0。2

MPaδ10

%ψ

%75820480108088073065Mn83048098078083060Si2Mn8704601270118052555SiMnMoV880520-580≥1370≥1270≥7≥3550CrV850520127010801045Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.2彈簧鋼一、滾動(dòng)軸承的工作條件滾動(dòng)軸承的作用是支撐軸。滾動(dòng)軸承通常由內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體〔如滾珠、滾輪、滾針〕和保持架四局部組成。其中除保持架用低碳鋼〔08鋼〕薄板沖制而成，其余三個(gè)局部均由軸承鋼制造。滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)或線接觸，承受很大的壓應(yīng)力〔高達(dá)1800MPa~5000MPa〕和交變載荷。3.3滾動(dòng)軸承鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼滾動(dòng)體與套圈之間不但有滾動(dòng)摩擦，而且有滑動(dòng)摩擦，有時(shí)在強(qiáng)大的沖擊載荷作用下，軸承也可能產(chǎn)生破碎；對(duì)在特殊條件條件下工作的軸承，常與大氣、水蒸氣及腐蝕介質(zhì)相接觸，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕。滾動(dòng)軸承損壞的正常形式是：疲勞剝落，即接觸疲勞破壞。3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼二、滾動(dòng)軸承的性能要求1高的淬硬性和必要的淬透性；2高的耐磨性；3高的接觸疲勞性能；4高的彈性極限和一定的沖擊韌性；5尺寸要精確而經(jīng)久穩(wěn)定；6一定的抗腐蝕能力；7良好的工藝性能。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼三、滾動(dòng)軸承鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)1高碳為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性，軸承鋼的碳含量很高，一般為0.95%~1.15%，屬于過共析鋼。一局部存在于馬氏體基體中以強(qiáng)化馬氏體；另一局部形成足夠數(shù)量的碳化物以獲得所要求的耐磨性。過高的碳含量會(huì)增加碳化物分布的不均勻性，且易生成網(wǎng)狀碳化物而降低其性能。3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼當(dāng)鉻含量高于1.65%以后，那么會(huì)使剩余奧氏體增加，使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低，同時(shí)還會(huì)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性。3參加硅、錳、釩等以進(jìn)一步提高淬透性。大型軸承用鋼中還需參加更多的合金元素以提高淬透性，通常參加Mn、Si提高淬透性，適量的Si〔0.40%~0.60%〕還能明顯地提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限；3.4滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼四、滾動(dòng)軸承鋼的原始組織要求

1原始組織必須無縮孔，皮下氣泡、白點(diǎn)和過燒；2嚴(yán)格控制非金屬夾雜物；3嚴(yán)格控制疏松級(jí)別；4改善碳化物不均勻性〔網(wǎng)狀、帶狀和液析〕。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼六、滾動(dòng)軸承鋼的應(yīng)用實(shí)例3.3滾動(dòng)軸承鋼1常用軸承鋼根據(jù)其合金元素的種類分為兩類：鉻軸承鋼典型代表是GCr15，使用量占軸承鋼的絕大局部。由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型軸承。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼。在鉻軸承鋼中參加Mn、Si可提高淬透性，如GCr15SiMn鋼等，主要用于制造大型軸承；為了節(jié)約Cr，可以參加Mo、V，得到不含鉻的軸承鋼，如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE鋼等，其性能和用途與GCr15相近。3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼特大型軸承大型圓錐滾子軸承

離合器別離軸承各類標(biāo)準(zhǔn)軸承

四列圓錐滾子軸承

輪轂軸承

3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼必須指出的是高碳鉻軸承鋼也可用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。滾珠絲杠副

絲杠3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼2其它類型的軸承鋼滲碳軸承鋼：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，不僅要求其外表硬度高、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?？梢赃x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〞。高級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼，在牌號(hào)尾部加“A〞。例如：“G20CrNiMoA〞。3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼，采用不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)表示方法，牌號(hào)頭部不加符號(hào)“G〞。例如：高碳鉻不銹軸承鋼“9Cr18〞和高溫軸承鋼“10Cr14Mo〞。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。3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼水下軸承

外球面軸承

3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼超高溫軸承高溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑軸承3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.3滾動(dòng)軸承鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼一、滲碳鋼的服役條件及對(duì)性能要求有一些機(jī)器零件，在工作時(shí)零件整體受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用，并且零件與零件外表之間還有相對(duì)的摩擦，并有高的接觸應(yīng)力。這些零件對(duì)材料的機(jī)械性能要求：(1)外表具有高的彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度和高的耐磨性。(2)心部具有高強(qiáng)度和韌性。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼二、滲碳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)1低碳一般在0.12%~0.25%。主要目的是為了保證心部有良好的韌性。2合金化常參加的合金元素有Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si、V、Ti、B等。〔1〕提高鋼材的淬透性，提高機(jī)件的強(qiáng)度和韌性；V、Ti可以細(xì)化奧氏體晶粒。3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼〔2〕根據(jù)滲碳工藝碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用：〔a〕增大鋼外表吸收碳原子的能力；〔b〕增大滲碳層外表碳濃度；〔c〕阻礙碳在奧氏體中的擴(kuò)散。前兩因素加速滲碳，有利于滲碳層的加厚，而后一因素不利于滲碳層的加厚。總的效果是鉻、錳、鉬等元素加大滲碳層的厚度，鈦減小滲碳層的厚度。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼非碳化物形成元素對(duì)滲碳的作用與碳化物形成元素相反：總的效果是鎳、硅、銅等元素減慢滲碳，不利于滲碳層的加厚。碳化物形成元素含量過多，將在滲碳層中產(chǎn)生許多塊狀碳化物，造成外表脆性。所以合金元素的含量要適當(dāng)。錳是一個(gè)較好的合金元素，既可以加速滲碳層增厚，又不過多提高滲碳層的含碳量。對(duì)于一般零件:(1)滲碳層的含碳量限制為0.8～1.1%C；(2)滲碳層的深度控制在0.6～2.0mm之內(nèi)。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼圖3-2沿鋼的滲碳層深度，碳的濃度分布1-碳鋼2-以碳化物元素合金化的鋼3-以非碳化物元素合金化的鋼

3.1合金滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼圖3-3925℃滲碳時(shí)，合金元素對(duì)滲碳層深度的影響

3.1合金滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼三、滲碳鋼的熱處理特點(diǎn)1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。3.4滲碳鋼第二步：Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼2最終熱處理〔1〕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。3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼滲碳零件的滲碳過程大都是在910～930℃溫度進(jìn)行的。鋼外表的固溶碳極限是由奧氏體在滲碳溫度時(shí)對(duì)碳的飽和溶解度決定的。如超過碳在奧氏體中的極限溶解度，在外表層中就會(huì)出現(xiàn)碳化物。滲碳擴(kuò)散層的厚度決定于：〔1〕碳在奧氏體中的極限溶解度；〔2〕碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度；〔3〕擴(kuò)散的時(shí)間。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼3.4滲碳鋼圖3-420CrMnTi鋼齒輪的熱處理標(biāo)準(zhǔn)采用這種工藝的零件通常只要求外表高硬度和耐磨性，而對(duì)基體性能要求不高。主要用于滲碳后不容易過熱的鋼種。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼這類熱處理工藝主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪的熱處理。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪(可達(dá)GB10095-884級(jí))Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼四、典型滲碳鋼及其應(yīng)用碳素滲碳鋼：15、20合金滲碳鋼按淬透性的上下可分為：〔1〕低淬透性合金滲碳鋼20Cr、20Mn2等。〔2〕中淬透性合金滲碳鋼20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等?！?〕高淬透性合金滲碳鋼12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼碳素鋼

＋Mn＋Cr

＋Ni20Cr-850-550-10-40-60淬油臨界直徑15~20mm

13Ni2A、21Ni3A價(jià)昂，已不應(yīng)用＋MnV

＋CrMo

15CrMo、20CrMo-1000-800-12-50-80

＋CrNi

＋CrMnTi

＋CrMnMo

＋CrNiMo＋CrNiW

＋CrMn

20CrMn-950-750-10-45-60淬油臨界直徑20~25mm

Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼低淬透性合金滲碳鋼抗拉強(qiáng)度通常為800~1000MN/m2。典型鋼種是20Cr、20Mn2等。這類鋼通常只用于制造受沖擊載荷較小的，且對(duì)于心部要求不高的小型滲碳件，如小齒輪、活塞銷、套筒、鏈條等。

中淬透性合金滲碳鋼抗拉強(qiáng)度通常為1000~1200MN/m2。典型鋼種是20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等。3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼20Mn2TiB、20MnVB是為節(jié)約Cr而開展的代用鋼，它們的缺點(diǎn)是淬透性不夠穩(wěn)定，熱處理變形稍大且缺乏規(guī)律。3.1合金滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼第三，在滲碳后進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，也可以有效地使?jié)B層中的剩余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。滲碳鋼還可以用來制造軸承。3.4滲碳鋼本溪鋼鐵集團(tuán)1500熱軋線主減速機(jī)一軸和二軸用軸承套圈和滾子選取了滲碳鋼G20Cr2Ni4AChapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼表3-7典型滲碳鋼的成分鋼號(hào)主要化學(xué)成分（%）CMnSiCrTiNi150.12-0.190.35-0.650.17-0.3720Cr0.17-0.240.50-0.800.20-0.400.70-1.0020CrMnTi0.17-0.240.80-1.100.20-0.401.00-1.300.06-0.1220Cr2Ni40.17-0.240.30-0.600.20-0.401.25-1.753.25-3.75Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼表3-8典型滲碳鋼的熱處理和機(jī)械性能鋼號(hào)熱處理（℃）機(jī)械性能滲碳預(yù)備處理淬火回火σb

MPaσs

MPaδ

%ψ

%αk

J.cm15930890空790200≥500≥300≥15≥1520Cr930880油800200≥850≥550≥10≥40≥6020CrMnTi930880油870200≥1100≥850≥10≥45≥7020Cr2Ni4930880油780200≥1200≥1100≥10≥45≥80Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.4滲碳鋼最后應(yīng)該指出的是，目前碳氮共滲用鋼大多沿用如上所述的滲碳鋼，但對(duì)碳氮共滲鋼而言還要更加注意外表剩余奧氏體含量以及力求使碳和氮原子同時(shí)滲入等問題。通常碳氮共滲用鋼常參加Cr、Mo、B等元素而不用Ni合金化，對(duì)Mn的含量也宜加以限制。為了提高碳氮共滲溫度而不降低氮的濃度，可參加Al0.2%，Al能促進(jìn)氮的滲入，并使碳氮共滲溫度提高到875℃~880℃。典型的鋼號(hào)為20Cr2MoAlB。3.4滲碳鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.5氮化鋼Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼對(duì)于一些要求疲勞強(qiáng)度高、耐磨性好、尺寸精度高的機(jī)器零件，如鏜床、磨床的主軸、主軸套筒、蝸桿、柴油機(jī)上的曲軸等，往往采用氮化處理。氮化是用氮飽和鋼的外表的工藝過程。Chapter3機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼3.5氮化鋼一、氮化鋼的特點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)明顯提高零件疲勞強(qiáng)度和耐磨性；具有對(duì)水、油等介質(zhì)的耐腐蝕的