机器零件用钢资料
合金钢
3. 成分特点 碳质量分数一般在0.25% 0.25%～ (1) 中碳 碳质量分数一般在0.25%～0.50% 之间， 0.4%居多 居多； 之间，以0.4%居多； Cr、Mn、Ni、 提高淬透性， (2) Cr、Mn、Ni、Si 提高淬透性，形成合 金铁素体，提高钢的强度； 金铁素体，提高钢的强度； (3) 加入防止第二类回火脆性的元素Mo、W 加入防止第二类回火脆性的元素Mo Mo、 Ni、Cr、Mn的合金调质钢 的合金调质钢， 含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，易产生第二类 回火脆性。加入Mo Mo、 可以防止第二类回火脆性。 回火脆性。加入Mo、W可以防止第二类回火脆性。 适宜含量：Mo的质量分数为0.15%～0.30%， 的质量分数为0.15% 适宜含量：Mo的质量分数为0.15%～0.30%， 的质量分数为0.8% 1.2%。 0.8%～ 或W的质量分数为0.8%～1.2%。
二、合金渗碳钢
老师提示： ☆ 老师提示：重点内容
1. 用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损， 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较 大的交变载荷，特别是冲击载荷。 大的交变载荷，特别是冲击载荷。
拨叉
变速齿轮
凸轮机构： 凸轮机构： 接触表面受到强烈的摩擦磨损。 接触表面受到强烈的摩擦磨损。
2. 性能要求 表面硬度高、 (1) 表面硬度高、耐磨 保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力， 保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时 具有适当的塑性和韧性。 具有适当的塑性和韧性。 (2) 心部具有高的韧性和足够高的强度 在冲击载荷或过载作用下不易断裂。 在冲击载荷或过载作用下不易断裂。 (3) 有良好的热处理工艺性能 在高的渗碳温度（ ℃～ ℃） 在高的渗碳温度（900 ℃～950 ℃）下， 奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。 奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。
机械加工过程中钢材如何选用-20年经验总结
钢材选用(转载)钢材选用(转载) （1）20Mn2：用于制造截面较小（直径不大于50mm）的零件，可代替20Cr钢。
常用于制造渗碳小齿轮、小轴；要求不高的活塞销、十籽销头、柴油机套筒、汽门顶杆等；也可用作调质钢，如制造冷镦螺栓。
（2）30Mn2：用作小截面重要紧固件（经调质处理），通常可用于制造汽车、拖拉机及一般机械的车架纵梁、变速箱齿轮、轴、冷镦螺栓及较大截面的调质件；在矿山机械制造中，可用于制造要求心部强度较高的渗碳件，如起重机的后轴和轴颈等。
（3）35Mn2：用作连杆、心轴、曲轴、半轴、操纵杆、风机配件、直径小于15mm的冷镦各种重要螺栓等承受较高应力的机械零件。
在制造小截面（直径小于20mm）零件时，可代替40Cr钢。
（4）40Mn2：用于制造午载荷条件下工作的零件，如轴、半轴、曲轴、活塞杆、蜗杆、操纵杆、杠杆、连杆。
有载荷的螺栓、螺钉、加固环、弹簧等，以及其他需要调质的零件。
在制造小截面（直径小于40mm）零件时，与40Cr钢相近。
（5）45Mn2：用于制造在较高应力与磨损条件下工作的零件，在直径小于60mm时，性能与40Cr钢相当。
用作汽车、拖拉机和通用机械的万向接头轴、车轴、轴、连杆盖、摩擦盘、蜗杆、齿轮、齿轮油、电车和蒸气机车轴、车箱轴、重载荷机架，以及冷拉状态中的螺栓和螺帽等。
（6）50Mn2：用于制造在高应力及承受强烈磨损条件下工作的大型零件，如万向接头轴、齿轮、曲轴、连杆、各类小轴等；重型机械上在滚动轴承中工作的主轴、轴及大型齿轮；汽车上的传动花键轴及承受冲击载荷的心轴等，也可用于制造板簧和平卷簧。
（7）20MnV：用于制造锅炉、高压容器、大型高压管道等；也可用作冲压用钢，如自行车链条、活塞销、齿轮等；还可用于制造直径不大于20mm的矿用链坏。
（8）30Mn2MoW：用于制造载荷较大的零件，如连杆螺栓、曲轴、拉杆、齿轮等；可代替30CrNi3制造截面直径小于80mm的重要调质件；当采用表面淬火工艺时，可以制造截面更大的零件。
常用金属材料的选用
弹簧钢
弹簧钢要求具有高的弹性极限与疲劳强度，一般截面 小于12—15mm 、性能要求不高的小弹簧可用碳素弹 簧钢制造；大型弹簧和重要弹簧都用合金弹簧钢制造。 弹簧钢大体上可分为热成形弹簧和冷成形弹簧两大类： 热成形弹簧钢一般用于制作大型弹簧或形状复杂的弹 簧。钢材在热成形之前并不具备弹簧所要求的性能， 热成形之后，进行淬火及中温回火，以获得所要求的 性能。 冷成形弹簧钢是先通过冷变形或热处理，使钢材具备 一定性能之后，在用冷成形方法制成一定形状的弹簧。
氮化用钢（渗氮钢）
氮化是用氮饱和钢的表面的工艺过程，氮化的目的在 于提高其硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性，氮化以 前零件要经过调质处理。 常用的氮化钢主要是 38Cr2MoAlA, 38Cr2WVAlA, 30CrNi2WVA, 30Cr3WA 等。 对一些不希望过高表面硬度而要求提高耐磨性和脆性 破断抗力的零件（如机床主轴、滚动支架、轴套、丝 杠等）可采用较低含Al量或不含Al的钢，像40CrVA, 38Cr2WVAlA,40Cr等 。 对循环弯曲或接触载荷下工作的机械零件，则推荐应 用30Cr3WA 钢。
模具钢
冷变形模具钢：
碳素模具钢常用的有 T8A, T10A, T12A等， 低合金模具钢常用的有 9Mn2V, CrWMn, GCr15, 9CrSi等， 高碳高铬钢常用的有 Cr12和Cr12MoV 高碳中铬钢常用的有 Cr6WV和Cr5MoV(A2) 基体钢
模具钢
热变形模具钢：
锤锻模用钢： 5CrNiMo和5CrMnMo钢 热挤压模具钢：铬系4Cr5MoSiV 钨系 3Cr2W8V 钼系。
不锈钢
不锈钢的分类
按化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰 不锈钢等。 按金相组织分为马氏体、铁素体、奥氏体、奥 氏体—铁素体四大类。
常见工业用钢的性能及用途
常见工业用钢的性能及用途一、结构钢结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。
1．工程构件用钢工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。
此类钢的发展历程大体经历如下几个阶段：①．最初，钢构件以铆接为主，设计依据是抗拉强度，很少考虑屈服强度、韧性和可焊性。
一般含碳量较高，约为0.3%。
②．当焊接技术普遍应用后，要求钢的可焊性好，同时要保证一定的强度，故钢的含碳量降低，含锰量增加。
③．针对焊接件出现脆性断裂，在钢中加入晶粒细化剂（如AlN），使钢的性能得到改善，屈服应力由225MPa提高到300 MPa，脆性转化温度降至0℃以下，从而提高了焊接件抗脆性断裂的能力。
④．在保持低碳、高锰、细晶的条件下，利用析出强化相进一步提高钢的屈服强度，通常加入Nb、V、Ti等合金元素。
⑤．利用微合金化技术，对钢进行控制轧制，降低终轧温度，可使钢的屈服强度达到450~500MPa，脆性转化温度下降到‐80℃。
工程构件用钢的成分要求为：在含碳量小于0.25%的碳钢中，加入微量的V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE等元素。
其性能要求为：高的弹性极限、刚度、可焊性和冷变形性，好的耐大气、水腐蚀性，低的屈强比бs/бb以防脆断。
工程构件用钢包括普通碳素构件用钢和普通低合金构件用钢。
（1）普通碳素工程构件用钢普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的70%，其中大部分用作机器零件。
由于普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。
为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。
普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。
其中的Q195、Q215有较高的延伸率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。
Q235～Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种型材。
机械常用材料
机械常用材料
机械制造是现代工业中的重要组成部分，而材料的选择对于机械性能和使用寿
命起着至关重要的作用。
在机械制造过程中，常用的材料有金属材料、塑料材料和复合材料等。
本文将重点介绍机械常用的金属材料，包括钢、铝、铜和铸铁等。
首先，钢是机械制造中使用最广泛的金属材料之一。
钢具有较高的强度和硬度，同时具有良好的塑性和韧性，因此在制造机械零部件和结构件时得到广泛应用。
根据不同的成分和热处理工艺，钢可以分为碳素钢、合金钢和不锈钢等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
其次，铝也是一种常用的机械材料。
铝具有较低的密度和良好的导热性能，因
此在制造轻型机械零部件和结构件时具有优势。
此外，铝具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下使用，因此在航空航天和汽车制造领域得到广泛应用。
另外，铜也是一种重要的机械材料。
铜具有良好的导电性和导热性，因此在制
造电气设备和散热器等零部件时得到广泛应用。
此外，铜还具有良好的加工性能，可以制成各种复杂形状的零部件，满足不同机械结构的需求。
最后，铸铁是一种常用的铸造材料。
铸铁具有较高的热膨胀系数和较低的收缩率，因此在制造大型机械零部件和机床床身等铸件时得到广泛应用。
根据不同的成分和组织状态，铸铁可以分为灰口铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等多个种类，满足不同机械零部件对材料性能的要求。
综上所述，机械常用的金属材料包括钢、铝、铜和铸铁等，它们各具特点，在
机械制造中发挥着重要作用。
在实际应用中，需要根据机械零部件的具体要求和工作环境的要求，选择合适的材料，以确保机械的性能和使用寿命。
材料的性质表格
液态金属石 墨化+球化处 墨化 球化处 理+孕育处理 孕育处理
基体(F、 、 基体 、P、 可进行 F+P) +球状 各种热 球状 处理 石墨
柴油机曲 轴
淬火+低温回 淬火 低温回 火 不能热处理
使用状态下组织
表：M+碳化物 碳化物
性能 高耐磨 耐冲击 高耐蚀 性(随 随 C%增 增 加,耐蚀 耐蚀 性下降) 性下降
用途 铲齿， 铲齿， 履带板
汽轮机叶片
心：A
1Cr13,2Cr13
S回
M回 F A
0.030.95 3Cr13,4Cr13 0Cr13
1Cr18Ni9Ti
调质钢 0.3~ 0.5
调质
S回
良好综 轴 合力学 齿轮 性能 高σs/σb 弹簧 σ 高σ-1 高耐磨 滚动轴 高 σ- 1 承 足够a 足够 k
弹簧钢
0.6~0. 9
0.45~0. 7
Cr,Mn:提高淬透 淬火 中 提高淬透 淬火+中 强化F； 提 性,强化 ；Si:提 温回火 强化 高屈强比
T回
高热强 性,高抗 高抗 氧化性
锅炉零件
气阀,叶片 气阀 叶片
过热器管
铸铁 名称
牌号举例
获得方法
液态金属石 墨化+孕育处 墨化 孕育处 理
组织
热处理
用途
灰铸 HT250 铁
(最低抗拉强度为 最低抗拉强度为 250MPa)
基体(F、 、 去应力， 基体 、P、 去应力， 机床床身 F+P) +片状 消除白口， 片状 消除白口， 表面淬火 石墨 石墨化 退火 车轮壳， 车轮壳， 管接头
合金钢
一、工程构件用钢的种类：
结构钢标准
结构钢标准是指用于制造结构件和机器零件的钢。
它具有较高的强度和韧性，良好的焊接性能和工艺性，以及一定的耐腐蚀性和耐磨性。
根据不同的使用要求和场合，结构钢的标准可分为不同的等级和类型。
常用的结构钢标准有：GB/T 700-2006（普通结构钢钢号）、GB/T 3077-2015（合金结构钢钢号）、GB/T 699-2015（不锈钢钢号）等。
在选择结构钢材料时，需要考虑其化学成分、力学性能、加工工艺、使用环境等因素。
其中，化学成分是影响钢材性能的关键因素之一，包括碳、硅、锰、硫、磷等元素以及各种合金元素。
力学性能包括抗拉强度、屈服点、延伸率、冲击韧性和硬度等，是评价钢材质量的重要指标。
加工工艺则包括热处理、冷加工、热加工等，对钢材的机械性能和表面质量有影响。
使用环境也需要考虑，例如腐蚀性、温度、湿度等因素，需要选择具有耐腐蚀性、抗老化性等特性的钢材。
在制造结构件时，需要根据设计要求选择合适的钢材类型和规格，并进行相应的加工和处理。
在焊接结构件时，需要注意焊接工艺和焊接材料的选择，确保焊接质量符合要求。
同时，还需要对焊接部位进行热处理和表面处理，以消除焊接应力并提高表面质量。
总之，结构钢标准在制造结构件和机器零件方面具有重要意义，需要综合考虑各种因素，选择合适的钢材类型和规格，并进行合理的加工和处理。
以下是一些具体的结构钢标准及其应用场景：1. GB/T 700-2006（普通结构钢钢号）：这是一种常用的结构钢钢号标准，适用于制造各种类型的结构件和机器零件。
例如，Q235钢是一种常用的低碳钢，具有良好的可焊性和加工性能，适用于制造承受静载荷的构件。
2. GB/T 3077-2015（合金结构钢钢号）：这是一种适用于制造重要结构件和机器零件的合金钢号标准。
它包括各种高强度、高韧性、耐腐蚀、耐磨等特殊性能的钢材，适用于制造承受较高载荷、需要较高耐久性的构件。
3. 德标DIN 17100-2006（St33）：这是一种德国标准的结构钢号，适用于制造汽车零部件和机械设备等。
机械工程材料 第五、六章 工业用钢和铸铁
相当于是在Q235的基础上多添加了0.6～0.8%的 Mn。 3应用 桥梁钢构、船用钢板、车用钢板等。
5-3
南京长江大桥中的钢结构
上海卢浦大桥
5-3
5-3
“利丰南海”—2005年温州地区造 船企业在本土建造的第一艘万吨级 （11000T）国际航线集装箱船
温州船舶建造企业制造—2.3万吨散货 船瑞盛10号，2007年12月25日上午在乐清市 七里港顺利下水
5-1
合金工具钢
用“数字＋元素符号＋数字”表示
例：
9 Mn 2
表示该钢含有钒元素，平均wV小于 1.5% 表示该钢含有锰元素，平均wMn为2%
V
表示wC的千分之几
滚动轴承钢
用“G＋数字”表示
例： G
Cr 1 5
表示该钢含有铬元素，平均wCr为1.5%
“滚动轴承钢”的汉语拼音字头
5-1
不锈钢
第五章 工业用钢
钢的分类、编号、杂质元素 结构钢、工具钢、特殊性能钢
5-1
钢 ：以铁为主要元素，碳一般在2.11%以下并含有其他元素的材料
工业用钢中的元素： 主要元素：碳； 常存元素：锰、硅、硫、磷； 偶存元素：铜、钛、钒、稀土元素； 隐存元素：氧、氢； 合金元素：铬、镍、钨、钼、钒、钛、锰、硅、铜、磷 等。 （Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Al、Cu、Co、 N、B、RE；）
wMn对区的影响
wCr对区的影响
5-2
3、合金元素对钢的热处理的影响
①对奥氏体化的影响 除Ni、Co外，大多数合金元素都延缓钢的奥氏体化过程。 它们阻碍C、Fe的扩散，因此合金钢的A化温度较高、时间较长。 ②对奥氏体晶粒度的影响 除Mn外，几乎所有合金元素都细化晶粒。 以碳化物的细化晶粒效果最显著，阻碍晶界的迁移，从而阻止晶粒长大。 ③对钢的淬透性的影响 除Co外，大多数合金元素，都提高淬透性。 ④对钢的回火稳定性的影响
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引言
一、应用背景：
机器零件用钢也称机械制造结构用钢，是用于制 造各种机械零件的钢种。
机器零件用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展 起来的，如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹 簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、 拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火 箭等装置上。
变速箱 变速齿轮
拨叉
齿轮 汽车万向节
要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差 配合等。
由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢 有所不同。
三、机器零件用钢对力学性能要求
➢ 良好的强度和韧性 以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；
➢ 良好的疲劳性能与耐磨性等 因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充
分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使 用状态通常为淬火加回火态，即强化态。
（2）对表层碳化物形态的影响
V，W，Mo易使表面碳化物呈长条状和网状 分布，产生脆化。Cr易使碳化物呈粒状分 布，韧性降低不明显。
三、 常用渗碳钢及热处理
（一）常用渗碳钢
1.低淬透性渗碳钢 （适用于负荷不
大，对心部要求不 高的小型渗碳件）
15，20， 20Mn2，20MnV， 15Cr，20Cr， 20CrV
利用碳化物形成元素，如Cr，Mo，W等在渗碳后 的表层形成碳化物，提高硬度和耐磨性。
（3）细化晶粒
常加入少量强碳化物形成元素Ti、 V等阻止奥 氏体的晶粒长大。
3、合金元素对 渗层性能的影响
（1）对表层碳浓度及渗 碳层浓度梯度的影响
①碳化物形成元素 Cr、Mo、W能增大钢表面 吸收渗碳气氛中C原子能 力，同时又降低了C在奥 氏体中的扩散系数，因此 渗层表面碳浓度大，渗碳 层表面碳分布陡；
机器零件用钢钢种：
渗碳用钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、氮化用钢、 低碳马氏体钢、超高强度钢、低淬透性钢、耐磨钢、 易切削钢等。
第一节 机器零件用钢的强韧化
一、机器零件用钢的强韧化的基本方法
由前面介绍的机器零件用钢的工作环境、力学性能 要求和工艺性能要求可以看到：
不同零件对性能要求侧重点有很大的区别，但其共同 特点都可以归一为强度和韧性两个方面。因此机器零 件用钢在使用过程中，总希望尽可能高的强度和保证 足够的韧性。
为使机器零件用钢获得高强度和足够韧性，主要采用 固溶强化、沉淀强化、细晶强化等方法。
热处理淬火，回火等相变强化手段也是机器零件用钢 必不可少的工艺方法。
二、合金元素在机器零件用钢中的作用
在机器零件用钢中合金元素分为两大类： 主加元素：提高淬透性和固溶强化 辅加元素：细化晶粒，防止第二类回火脆性
和改善切削加工性能。 1 主加元素作用 (1).提高淬透性
活塞销(2Байду номын сангаасCr)
柴油机凸轮轴
凸轮轴工作原理示意图
2. 中淬透性渗碳钢
适用于中型负荷， 截面较大的耐磨件， 如汽车的变速箱齿轮
20CrMn 20CrMnTi 20MnVB 20Mn2B
曲轴 连杆
弹簧
板弹簧
离合器弹簧
拉力弹簧
蝶形弹簧
滚珠轴承 调心球轴承
滚珠轴承
履带
铁轨分道叉
破碎机颚板
挖掘机斗齿
二、机器零件用钢的服役条件
受载情况：主要承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、 冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者承受多种载荷的 交互作用。
服役环境：大气、水和润滑油，温度在-50～100℃。
四、机器零件对工艺性能的要求
机器零件用钢制造工艺繁多： 热加工：铸造、轧制、挤压、拉拔、锻造、焊接、热处理。 冷加工：车、铣、刨、磨…等等。
通常机器零件的制造工艺流程为：
型材 改锻
预先热处理 粗加工
最终热处理
精加工
其中以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢 的主要工艺性能；
机器零件用钢通常以力学性能为主， 工艺性能为辅。
主要内容
➢机器零件用钢的强韧化 ➢渗碳钢 ➢调质钢 ➢弹簧钢 ➢滚动轴承钢 ➢超高强度结构钢
本章教学基本要求
□了解机器零件用钢的强韧化机制； □渗碳钢、调质零件、弹簧、滚动轴承以及超强度
结构钢的服役条件及对钢的基本性能要求，化 学成分特点和热处理特点； □掌握常用渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢 以及超强度结构钢的组织性能特点及用途。
提高淬透性元素：Ni，Si，Cr，Mo，Mn，（B）等 只有合金元素完全溶入奥氏体中才能提高淬透性
(2).固溶强化 Ni，Si，Cr，Mo，Mn等不仅可以提高淬透性而且都 能产生固溶强化效果。
2、辅加元素作用
(1).提高回火稳定性
W ，Mo，v，Ti等。
(2).细化晶粒 除Mn外，碳化物形成元素均能细化A晶粒，其中强
④高的弹性极限： 0.6-0.9％C，弹簧钢，淬火＋中温回火
⑤高硬度高耐磨、高接触疲劳性能： 轴承钢，淬火＋低温回火
第二节 渗碳钢
一、渗碳钢 机器零件中，如齿轮，用低碳钢、低碳 合金钢进行渗碳，使零件从表面到心部 具有从高碳（0.8～1.1%C）到低碳 （0.10～0.25%C）连续过渡的化学成分。 称这类钢为渗碳钢。 淬火、回火后：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。
②非碳化物形成元素 Ni 的作用相反， 加速 C原子扩散，降低表层 碳浓度，有利于形成 由表及里的较平缓的 碳浓度梯度。
③Si元素 Si使钢的表面增碳
困难，使渗碳速度 降低，因此渗碳钢 很少加Si
因此，合理搭配碳化物形成元素和非碳化物形 成元素（Ni），可以加快钢渗碳速度和较快获得 必要的表面碳浓度、渗层深度，避免表面碳浓度 太高及渗层碳浓度分布太陡。
碳化物形成元素作用大。
(4).防止第二类回火脆性 Mo，W等
(5).改善切削性能 S，Ca，Se，Pb，Bi等
三.机器零件用钢的含碳量和热处理工艺的选择
①一般不重要的零件： 中碳钢，正火
②表面耐磨及接触应力较大的零件： 渗碳钢，渗碳、淬火＋低温回火
③综合力学性能： 中碳调质钢，淬火＋高温回火 低碳马氏体钢，淬火＋低温回火
二、 渗碳钢的化学成分特点
1. 低碳
一般在0.12% ～ 0.25%C。主要目的是为了保证心部有
良好的韧性。
2. 合金化特点
常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、Ti、V、B、W 等。 （1）提高淬透性 Cr、Mn、Ni、Si、Mo、B提高钢材的淬透性，提高零件 的强度和韧性；
（2）提高渗层硬度和耐磨性