机械制造结构钢优秀课件
合集下载
钢结构 ppt课件
远眺纽约曼哈顿世贸大楼
绝 版 纽 约 世 贸 中 心 双 子 塔
撞击下的世界贸易中心
美国东部时间2001年9月11日上午8时 45分，一架起飞重量达160吨的波音767型 飞机，直接撞击纽约世界贸易中心北塔；18 分钟后，又一架起飞重量为100吨的波音 757型飞机，几乎拦腰撞击世界贸易中心南 塔。假设两架飞机的起飞重量是满负荷，再 考虑两种机型的速度是1000千米/小时，而 且以恐怖分子执意为之的心理，这个速度已 是下限，那么，在这种条件下，世界贸易中 心受到的冲量究竟有多少呢？
二、钢结构的应用
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复 杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、 高温车间、密封性要求高、要求能活动 或经常装拆的结构。直观的说：大厦、 体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、 工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结 构自身的特点相一致的。
世界贸易中心边长=63.5米 世界贸易中心每层的建筑面积 =63.5×63.5≈4032平方米
如果除开间隔墙体所占面积，还有一般占摩天大 厦建筑面积达1/5～1/4的电梯井的面积，也就是说， 在3000平方米不到的面积里，浇灌了45～30吨的 高燃值的油料在燃烧（南塔有一部分溢出）。
我们可以估量，以液态燃油的漫溢性质，这数十吨 燃油所产生的热量，或可足以把受撞击层变成熔炉， 兼有楼体里面许多例如纸张、塑料制品、各类管线 气体等易燃易爆物品，特别是外幕墙玻璃被击破和 电梯井被穿透后，电梯井便变作拔气管，成了助燃 工具。所以被撞击后的世界贸易中心，远远看去， 就像两根硕大的烟囱。同时，高达1000℃的温度， 钢结构都易产生变形，更因上有重压，所以最终招 致崩落现象。而且，高温之下，燃油有气化的现象， 急速膨胀的气体，燃烧中必然夹杂着爆炸，这更是 致命的。
《钢结构制造手册》课件
火焰切割
通过高温火焰将钢材切割 成所需形状，适用于厚板 和不规则形状的切割。
机械切割
使用切割机将钢材切割成 所需尺寸，精度高且速度 快。
弯曲成形
通过弯曲机或矫直机将钢 材弯曲成所需形状，以满 足结构需求。
钢材的焊接与连接
手工电弧焊
通过电弧热量熔化钢材实现连接 ，适用于各种厚度和材质的钢材
。
气体保护焊
建立废弃钢材再利用的管理体系，加强监督和检 查，确保再利用过程的安全和环保。
06
《钢结构制造手册》的使 用与参考
《钢结构制造手册》的内容概览
内容全面
《钢结构制造手册》涵盖了从材料选 择、设计原理、加工工艺到质量检测 等钢结构制造的全流程，为使用者提 供了一套完整的知识体系。
深度与广度兼具
手册不仅深入讲解了钢结构制造的核 心技术，还广泛涉及了相关的行业标 准和前沿技术，有助于使用者紧跟行 业发展趋势。
04
钢结构的安装与施工
施工前的准备
施工图纸会审
确保施工图纸的正确性和完整 性，明确施工要求和规范。
施工现场勘察
了解施工现场实际情况，确定 施工条件和环境。
制定施工计划
根据图纸和现场情况，制定合 理的施工计划和进度安排。
准备施工材料和设备
确保所需的材料和设备齐全且 质量合格。
钢结构的吊装与固定
吊装方案设计
质量检测与记录
对关键部位和隐蔽工程进行质量检 测，并做好记录。
03
02
过程质量控制
对施工过程进行全面监控，确保各 环节符合质量要求。
质量问题的处理
发现质量问题及时处理，并分析原 因，采取措施防止再次发生。
04
施工后的检测与验收
2024版钢结构ppt课件
01钢结构定义02发展历程由钢材制成的工程结构，具有轻质、高强、施工速度快等特点。
从工业革命时期的初步应用到现代建筑业的广泛应用，钢结构经历了不断的技术创新和发展。
钢结构定义及发展历程钢材性能与分类钢材性能包括力学性能、工艺性能和耐久性等方面，如抗拉强度、屈服点、延伸率、冷弯性能等。
钢材分类根据化学成分、冶炼方法、用途等不同，钢材可分为碳素钢、合金钢、不锈钢等多种类型。
0102强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保等。
耐火性差、易腐蚀、隔音效果一般、设计要求高等。
优势局限性钢结构优势与局限性应用领域及发展趋势应用领域广泛应用于工业厂房、高层建筑、桥梁、海洋平台等领域。
发展趋势随着新材料、新技术的不断涌现，钢结构将朝着更加轻质、高强、耐久、环保的方向发展，同时智能化、模块化等新型建造方式也将得到更广泛的应用。
03通过电弧或火焰将焊条和焊件局部加热到熔化状态，形成永久性的连接。
焊接连接原理包括焊接前准备（如坡口加工、清理焊件等）、装配与定位、焊接工艺参数选择、焊接操作以及焊后检验等步骤。
工艺流程常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等，设备包括焊机、焊枪、焊条等。
焊接方法与设备焊接连接原理及工艺流程01螺栓连接类型包括普通螺栓连接和高强度螺栓连接，其中高强度螺栓连接又分为摩擦型连接和承压型连接。
02选用原则根据连接件的受力情况、工作环境、安装条件等因素选择合适的螺栓类型和规格。
03安装与紧固螺栓连接安装时应保证螺栓与孔洞的配合精度，采用正确的紧固方法和力矩，避免过紧或过松。
螺栓连接类型与选用原则铆接技术简介及实例分析铆接技术简介铆接是一种通过铆钉将两个或多个构件连接在一起的方法，具有连接可靠、承受载荷大等优点。
实例分析以某钢结构桥梁为例，介绍铆接技术在桥梁建设中的应用，包括铆钉的选用、铆接工艺以及铆接质量的检验等。
优缺点及适用范围分析铆接技术的优缺点，如连接强度高、密封性好但拆卸困难等，并指出其适用于承受较大载荷和需要密封的场合。
工程材料及机械制造基础 PPT课件
21
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
《钢结构设计》课件
特殊环境下的钢结构设计需要考虑环境因素对结构的影响。
特殊环境如海洋环境、极寒地区等，对钢结构的设计提出了更高的要求。在这些环境下，需要考虑环境因素如腐蚀、温差等对结构的影响，并采取相应的防护措施。同时，还需要考虑结构的施工方法、材料选择等因素，以确保结构的安全性和稳定性。
总结词
详细描述
THANKS
轻型钢结构设计需要考虑的因素包括结构体系、支撑形式、节点构造、防腐防锈等，以确保结构的稳定性和安全性。
轻型钢结构设计需要遵循相关的规范和标准，如《轻型钢结构设计规范》等，同时需要进行详细的结构分析和计算。
轻型钢结构设计是指采用轻型钢材组成的结构物的设计，通常用于小型工业厂房、仓库、民用住宅等建筑。
04
CHAPTER
钢结构设计软件与技术
03
Revit
建筑信息模型（BIM）软件，适用于多专业协同设计和钢结构详图绘制。
01
AutoCAD
用于二维绘图和基本三维设计，广泛应用于钢结构设计中的绘图和建模。
02
Tekla Structures
专业钢结构详图设计软件，支持3D模型构建、材料统计和碰撞检测等功能。
详细描述
总结词
大跨度桥梁钢结构设计需要注重结构跨度、稳定性、耐久性和景观设计。
详细描述
大跨度桥梁如悬索桥、斜拉桥等，其钢结构设计需要充分考虑结构的跨度、稳定性、耐久性和景观设计等因素。在设计中，需要采用先进的计算和分析方法，确保结构的承载能力和稳定性。同时，还需要考虑桥梁的耐久性和景观设计，以满足桥梁长期使用和美观的需求。
总结词
高层建筑钢结构设计需要注重结构体系、抗震性能和施工方法的选择。
总结词
高层建筑由于楼层高度较高，对结构的强度、刚度和稳定性要求更高。在钢结构设计中，需要选择合理的结构体系，如框架-核心筒结构、筒中筒结构等，以提高结构的承载能力和抗震性能。同时，还需要考虑施工方法的选择，如预制装配式施工、高空拼装施工等，以确保施工的可行性和安全性。
钢结构课件-第5章 受弯构件
(4.3.1)
Mt
It——截面扭转常数，也称抗扭惯性矩，量纲为（L）4；
——截面的扭转角
——杆件单位长度扭转角，或称扭转率； bi、ti—— 第 i个矩形条的长度、厚度；
It
k 3
biti3
k ——型钢修正系数。
(4.3.2)
板件边缘的最大剪应力t与Mt的关系为：
k的取值： 槽钢：
第4章 受弯构件的计算原理
2.抗弯强度计算
规范引入有限塑性发展系数x和y来表征截面抗弯强度的提高。 梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，塑性发展深度取a≤h/8～
h/4。
梁的抗弯强度应满足： （1）绕x轴单向弯曲时
Mx fy f xWx R
（4.2.2）
（2）绕x、y轴双向弯曲时
第4章 受弯构件的计算原理
•理解受弯构件的工作性能 •掌握受弯构件的强度和刚度 的计算方法； •了解受弯构件整体稳定和局 部稳定的基本概念， •理解梁整体稳定的计算原理 以及提高整体稳定性的措施； •熟悉局部稳定的验算方法及 有关规定。
第4章 受弯构件的计算原理
§4.1 概述
承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件。结构中的实 腹式受弯构件一般称为梁，梁在钢结构中是应用较广泛的一 种基本构件。例如房屋建筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车 梁和工作平台梁。
折算应力
整体稳定
局部稳定
正常使用极限状态 刚度
§4.2 受弯构件的强度和刚度
4.2.1 弯曲强a)度
y
σ<fy
b)
σ=fy
第4章 受弯构件的计算原理
c)
σ=fy
d)
σ=fy 塑性
a a
x
机械制造结构钢培训课件.pptx
汽车车体和各种悬挂件用各种合金结构钢
电站用特殊合金钢
新型超级奥氏体和马 氏体型耐热钢
1、服役条件 1）受力分析 形式：机械零件在工作时将承受拉伸、压缩、弯曲、
剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力的作用，或几种 力的同时作用； 性质：在机械零件的截面上产生张、压、切等应力。 方式：这些应力可以是恒定的或变化的；在方向上可 以是单向的反复的；在加载上可以是逐渐的或是骤然 的。 2）工作环境：温度一般是-50℃--100℃之间；介质是： 大气、自然水、润滑油及其它介质的腐蚀作用。
疲劳剥落的产生过程
剥落坑
浅表面裂纹与表面裂纹已经 连接，即将产生剥落
剥落坑的俯视图，在坑中或 边有Al2O3铝酸钙等夹杂物
疲劳剥落的产生过程
（3）脆性断裂
如果钢材的塑性和韧性不足，在承受突然冲击或 过载的情况下，由于钢件不能发生相应的塑性变 形，以吸收部分冲击能量而松弛钢件所受的应力， 钢件就会在只发生小量形变或甚至不发生形变的 情况下突然脆断。 （4）腐蚀破坏 钢件与腐蚀介质长期接触，特别是有应力作用的 情况下，逐渐被腐蚀而损坏。
σb: 1400—2000MPa; b. 这样高的强度取得是综合运用了加工强化、细晶强 化、固溶强化、沉淀强化和马氏体相变强化等方法的结 果（通过化学成分设计、冶炼工艺和热处理等）； c. 但是钢的屈服强度增高后，其塑性变形的能力就下 降(晶粒细化除外)，因而增大了发生脆性断裂的倾向。 d. 在生产、加工过程中可以给钢材带来这样或那样的 缺陷，有不少情况这种缺陷并不影响钢的屈服强度，却 降低钢的断裂强度。
③韧性设计： a. 冲击韧性:只反映钢材脆断的趋势，不能用于直
接设计计算，根据经验总结，提出了在低温下 冲击韧性值的临界值； b. 韧-脆转化温度:要求钢材的韧-脆转化温度比实 际零件的工作温度低若干度。 c. 断裂韧性(K1c):是从金属材料中总有在生产工序 中造成的钢材缺陷和裂纹出发，研究这些裂纹 在什么条件下突然失稳而开始扩展的能力。 断裂韧性代表材料抵抗裂纹突然扩展的能力; 钢材的断裂强度σf与平面应变断裂韧性K1C之间 的关系可用下式表示：
精品课件机械制造结构钢
Cr、Mo、W、V：阻碍碳化物在高温回火时聚集长大和 α相再结晶。
P元素：类似Si，升高韧-脆转化温度，降低冲击韧性。
合金调质钢的高温回火脆性
在高温回火后的冷却速度严重影响钢的韧-脆转变温度。 冷却速度越慢，室温冲击韧性越低，韧-脆转化温度越高， 这成为高温回火脆性。 ➢ 高温回火脆性举例（一）
第一节 结构钢的强度和脆性
强度设计
➢ 弹性设计 对于在弹性范围内工作的零件，根据比例极限σp计
算，并同时引入安全系数。 ➢ 塑性设计
对于允许少量塑性变形的零件，根据屈服强度σs或 Σ0.2计算，并同时引入安全系数。
韧性设计（避免脆断）
韧性设计主要考虑三大指标： (1）低温冲击韧性；
单缸汽车曲轴
由于低合金超高强度钢主要用碳进行强化，以牺牲 钢的塑性和韧性来提高钢的强度。为此，在Fe-Ni合金马 氏体基础上发展了无碳马氏体时效钢。
这种无碳马氏体时效钢利用时效时析出金属间化合 物的沉淀强化效果，获得了高强度和高韧性。
马氏体时效钢成本高，工艺严格，仅航空航天及兵 器工业的应用。
马氏体时效钢中合金元素的作用
第六节 轴 承 钢
轴承钢的使用特点
1）局部接触压应力高， 可达3000～5000MPa；
2）循环受力次数每分钟 可高达数万次；
3）摩擦磨损严重。
滚珠 滚柱
轴承钢的质量要求
➢ 轴承钢的主要失效形式 轴承钢在高应力长时间运转时，局部发生剧烈的塑性
变形，当这些区域有非金属夹杂物或粗大碳化物存在时， 会出现应力集中，成为疲劳裂纹的起源。 ➢ 减少非金属夹杂物的措施
（1）碳素弹簧钢 价格低但淬透性差，小截面尺寸非重要 弹簧用(65、65Mn)。
（2）合金弹簧钢 Si-Mn系弹簧钢和Cr系弹簧钢。前者淬 透性较碳钢高，价格适中，故应用最广，主要用于截 面尺寸＜25mm的各类弹簧(60Si2Mn)。后者的淬透性较 好，综合力学性能高，弹簧表面不易脱碳，但价格相 对较高，一般用于截面尺寸较大的重要弹簧(50CrVA)。
P元素：类似Si，升高韧-脆转化温度，降低冲击韧性。
合金调质钢的高温回火脆性
在高温回火后的冷却速度严重影响钢的韧-脆转变温度。 冷却速度越慢，室温冲击韧性越低，韧-脆转化温度越高， 这成为高温回火脆性。 ➢ 高温回火脆性举例（一）
第一节 结构钢的强度和脆性
强度设计
➢ 弹性设计 对于在弹性范围内工作的零件，根据比例极限σp计
算，并同时引入安全系数。 ➢ 塑性设计
对于允许少量塑性变形的零件，根据屈服强度σs或 Σ0.2计算，并同时引入安全系数。
韧性设计（避免脆断）
韧性设计主要考虑三大指标： (1）低温冲击韧性；
单缸汽车曲轴
由于低合金超高强度钢主要用碳进行强化，以牺牲 钢的塑性和韧性来提高钢的强度。为此，在Fe-Ni合金马 氏体基础上发展了无碳马氏体时效钢。
这种无碳马氏体时效钢利用时效时析出金属间化合 物的沉淀强化效果，获得了高强度和高韧性。
马氏体时效钢成本高，工艺严格，仅航空航天及兵 器工业的应用。
马氏体时效钢中合金元素的作用
第六节 轴 承 钢
轴承钢的使用特点
1）局部接触压应力高， 可达3000～5000MPa；
2）循环受力次数每分钟 可高达数万次；
3）摩擦磨损严重。
滚珠 滚柱
轴承钢的质量要求
➢ 轴承钢的主要失效形式 轴承钢在高应力长时间运转时，局部发生剧烈的塑性
变形，当这些区域有非金属夹杂物或粗大碳化物存在时， 会出现应力集中，成为疲劳裂纹的起源。 ➢ 减少非金属夹杂物的措施
（1）碳素弹簧钢 价格低但淬透性差，小截面尺寸非重要 弹簧用(65、65Mn)。
（2）合金弹簧钢 Si-Mn系弹簧钢和Cr系弹簧钢。前者淬 透性较碳钢高，价格适中，故应用最广，主要用于截 面尺寸＜25mm的各类弹簧(60Si2Mn)。后者的淬透性较 好，综合力学性能高，弹簧表面不易脱碳，但价格相 对较高，一般用于截面尺寸较大的重要弹簧(50CrVA)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 调质钢的最终热处理 （1）要求较高的综合性能：高温回火（500~600℃）→调质 （2）要求强度较高：低温回火（200~250℃）、中温回火（450℃）
调质钢的热处理选择
✓ AK是一次大能量冲击性能指标，小能量多冲条件下工作的 ，很难正确反映；有些重要零件应以断裂韧度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；
调质钢零件生产过程
➢ 下料→锻造→预备热处理→机加工(粗加工)→调质→ 机加工(半精加工)→表面淬火或氮化→精加工
调质钢的热处理
➢ 调质钢的预先热处理 （1）改善切削加工性，改善热变形过程中的晶粒粗大，带状组织 （2）合金元素低→正火、退火处理； （3）合金元素高→正火后得到马氏体，需要高温回火
1）↑回火稳定性：韧； 2）↓d：强韧 3）固溶强化：强； 4）防止第二类回火脆性：韧 5）改善切削性能
<1.2%Si
<2%Mn 1~2%Cr 1~4%Ni <0.5%Mo <0.2%V 0.4~0.8%W <0.1%Ti ≤0.003%B
C含量与热处理工艺的选择
✓ 可以用不同钢种制造同一零件； ✓ 同一钢种采用不同热处理制度，获得不同组织，生产不同零件； ✓ 某一零件用某一钢种制造，热处理制度也可不同
② 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温 回火；为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加 热淬火等表面硬化工艺方法；轴类零件为典型
2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性； 可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如低合金中碳马氏体钢 农业机械较多
3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有 较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火； 如弹簧钢
✓ 零件在承受冲击能量大时，钢强度应低些，塑性和韧度宜 高些，回火温度高；冲击能量较小时，强度应高些，以达 最佳配合，回火温度低
• 回火温度↑→K长大、球化；强度、硬度↓，塑性↑， 韧性↑ （一类、二类脆性） • 综合力学性能要求不高时：中碳、正火 • 表面要求耐磨、接触疲劳抗力→渗碳钢 • 轴承→轴承钢 • 调质、弹簧、轴承、渗碳、氮化钢、耐磨、易切削等
1、对于要求良好综合力学性能，零件选材料的途径为：
① 低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火 为↑耐磨性，可进行渗碳处理（实际上就是复合材 料）；汽车拖拉机齿轮类为代表
强、塑、韧、疲劳、耐磨性等
➢ 一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质钢或高级优 质钢
➢ 零件：区分易换、不易换；重要、不重要
合金元素在机械制造钢中的作用
主加 元素
Ni, Si, Cr, Mn （由弱到强） 主要作用：↑淬透性和力学性能
辅加 元素
Mo、W、V、B等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性
合金元素在机器零件用钢中的其他作用
汽车曲轴
• 机械制造结构钢概述
✓分类 ✓特点与合金化原则 ✓零件工艺选择概论
• 整体强化态钢
✓调质钢 ✓弹簧钢 ✓滚动轴承钢
• 表面强化态钢
✓渗碳钢 ✓氮化钢
• 耐磨钢
机械制造结构钢的分类
➢ 按强度：
Rel<700MPa
低强度钢，大多数构件钢
Rel=700~1400MPa 中强度钢，机械制造结构钢
机械制造结构钢
绪钢 工 机 工 不 耐 铸 铝 铜 钛 镁
论的 程 械 模 锈 热 铁 合 合 造钢
与
化钢结
耐
概
构
热
论
钢
合
金
✓ 用于制造轴、齿轮、紧固件、轴承等各种机械零件 ✓ 汽车、机床、工程机械、电站设备 ✓ 主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力，几种载荷同时作用； ✓ 恒载或变载，力的方向是单向或反复； ✓ 环境是大气、水、润滑油； ✓ 温度：-50~100℃； ✓ 强度、塑性、韧度、疲劳强度、耐磨性
大部分是整体受力； 其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标σ-1、AK、KIC等； 总体上要求良好的综合力学性能；
主要 应用
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件， 如连杆、螺栓、主轴、半轴等；这类钢主 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏 体钢、超高强度钢等
调质钢
➢ 组织性能特点 • F基体＋均匀粒状K（回火索氏体） • 组织均匀，↓裂纹的形成，↑塑性、韧性 • F晶粒细小，Tk↓
曲轴
连杆
淬透性原则：淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
0.25~0.45%C的合金钢经调质 后室温性能变化
屈服强度相同的碳钢和合金 结构钢断面收缩率变化
常用调质钢
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来分级的
➢ 低淬透性调质钢: 45、45Mn、40Cr、35SiMn、42Mn2V等
➢ 中淬透性调质钢: 38CrSi、35CrMo、40CrNi、42CrMo、 40CrMn、30CrMnSi等 ➢ 高淬透性调质钢: 有37SiMn2MoVA、37CrNi3、 25Cr2Ni4WA 、40CrNiMo、40CrMnMo等
➢ 化学成分 • 碳含量：中碳0.25%～0.5%，多为0.4%左右， 以保证调质处理后优良的强度和韧性的配合； • 合金元素：主加Mn、Si、Cr、Ni、B等，辅加Mo、W、V • 作用：↑淬透性；固溶强化；防止第二类回火脆性；↓d
➢ 力学性能指标范围 σb800~1100MPa, σ0.2700~1000MPa, δ: 9~15% φ: 45~55% αk60~120J/cm2 Tk≤-40℃
Rel>1400MPa
超高强度，宇航/重工业
➢ 按热处理强化工艺特点： 整体强化态钢/表面强化态钢
➢ 按钢的生产工艺和用途： 调质钢、非调质钢、低碳马氏体钢、
超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、 弹簧钢、轴承钢
机械制造钢的特点与合金化
➢ 机器零件用钢的性能要求 （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
4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲劳性和一定的 塑性和韧度，可用高碳钢，淬火+低温回火；如轴承钢
• 机械制造结构钢概述
✓分类 ✓特点与合金化原则 ✓零件工艺选择概论
• 整体强化态钢
✓调质钢 ✓弹簧钢 ✓滚动轴承钢
• 表面强化态钢
✓渗碳钢 ✓氮化钢
• 耐磨钢
整体强化态钢
基本 情况
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，
调质钢的热处理选择
✓ AK是一次大能量冲击性能指标，小能量多冲条件下工作的 ，很难正确反映；有些重要零件应以断裂韧度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；
调质钢零件生产过程
➢ 下料→锻造→预备热处理→机加工(粗加工)→调质→ 机加工(半精加工)→表面淬火或氮化→精加工
调质钢的热处理
➢ 调质钢的预先热处理 （1）改善切削加工性，改善热变形过程中的晶粒粗大，带状组织 （2）合金元素低→正火、退火处理； （3）合金元素高→正火后得到马氏体，需要高温回火
1）↑回火稳定性：韧； 2）↓d：强韧 3）固溶强化：强； 4）防止第二类回火脆性：韧 5）改善切削性能
<1.2%Si
<2%Mn 1~2%Cr 1~4%Ni <0.5%Mo <0.2%V 0.4~0.8%W <0.1%Ti ≤0.003%B
C含量与热处理工艺的选择
✓ 可以用不同钢种制造同一零件； ✓ 同一钢种采用不同热处理制度，获得不同组织，生产不同零件； ✓ 某一零件用某一钢种制造，热处理制度也可不同
② 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温 回火；为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加 热淬火等表面硬化工艺方法；轴类零件为典型
2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧性； 可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如低合金中碳马氏体钢 农业机械较多
3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又要有 较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢，进行中温回火； 如弹簧钢
✓ 零件在承受冲击能量大时，钢强度应低些，塑性和韧度宜 高些，回火温度高；冲击能量较小时，强度应高些，以达 最佳配合，回火温度低
• 回火温度↑→K长大、球化；强度、硬度↓，塑性↑， 韧性↑ （一类、二类脆性） • 综合力学性能要求不高时：中碳、正火 • 表面要求耐磨、接触疲劳抗力→渗碳钢 • 轴承→轴承钢 • 调质、弹簧、轴承、渗碳、氮化钢、耐磨、易切削等
1、对于要求良好综合力学性能，零件选材料的途径为：
① 低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火 为↑耐磨性，可进行渗碳处理（实际上就是复合材 料）；汽车拖拉机齿轮类为代表
强、塑、韧、疲劳、耐磨性等
➢ 一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质钢或高级优 质钢
➢ 零件：区分易换、不易换；重要、不重要
合金元素在机械制造钢中的作用
主加 元素
Ni, Si, Cr, Mn （由弱到强） 主要作用：↑淬透性和力学性能
辅加 元素
Mo、W、V、B等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性
合金元素在机器零件用钢中的其他作用
汽车曲轴
• 机械制造结构钢概述
✓分类 ✓特点与合金化原则 ✓零件工艺选择概论
• 整体强化态钢
✓调质钢 ✓弹簧钢 ✓滚动轴承钢
• 表面强化态钢
✓渗碳钢 ✓氮化钢
• 耐磨钢
机械制造结构钢的分类
➢ 按强度：
Rel<700MPa
低强度钢，大多数构件钢
Rel=700~1400MPa 中强度钢，机械制造结构钢
机械制造结构钢
绪钢 工 机 工 不 耐 铸 铝 铜 钛 镁
论的 程 械 模 锈 热 铁 合 合 造钢
与
化钢结
耐
概
构
热
论
钢
合
金
✓ 用于制造轴、齿轮、紧固件、轴承等各种机械零件 ✓ 汽车、机床、工程机械、电站设备 ✓ 主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力，几种载荷同时作用； ✓ 恒载或变载，力的方向是单向或反复； ✓ 环境是大气、水、润滑油； ✓ 温度：-50~100℃； ✓ 强度、塑性、韧度、疲劳强度、耐磨性
大部分是整体受力； 其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标σ-1、AK、KIC等； 总体上要求良好的综合力学性能；
主要 应用
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件， 如连杆、螺栓、主轴、半轴等；这类钢主 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏 体钢、超高强度钢等
调质钢
➢ 组织性能特点 • F基体＋均匀粒状K（回火索氏体） • 组织均匀，↓裂纹的形成，↑塑性、韧性 • F晶粒细小，Tk↓
曲轴
连杆
淬透性原则：淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
0.25~0.45%C的合金钢经调质 后室温性能变化
屈服强度相同的碳钢和合金 结构钢断面收缩率变化
常用调质钢
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来分级的
➢ 低淬透性调质钢: 45、45Mn、40Cr、35SiMn、42Mn2V等
➢ 中淬透性调质钢: 38CrSi、35CrMo、40CrNi、42CrMo、 40CrMn、30CrMnSi等 ➢ 高淬透性调质钢: 有37SiMn2MoVA、37CrNi3、 25Cr2Ni4WA 、40CrNiMo、40CrMnMo等
➢ 化学成分 • 碳含量：中碳0.25%～0.5%，多为0.4%左右， 以保证调质处理后优良的强度和韧性的配合； • 合金元素：主加Mn、Si、Cr、Ni、B等，辅加Mo、W、V • 作用：↑淬透性；固溶强化；防止第二类回火脆性；↓d
➢ 力学性能指标范围 σb800~1100MPa, σ0.2700~1000MPa, δ: 9~15% φ: 45~55% αk60~120J/cm2 Tk≤-40℃
Rel>1400MPa
超高强度，宇航/重工业
➢ 按热处理强化工艺特点： 整体强化态钢/表面强化态钢
➢ 按钢的生产工艺和用途： 调质钢、非调质钢、低碳马氏体钢、
超高强度结构钢、渗碳钢、氮化钢、 弹簧钢、轴承钢
机械制造钢的特点与合金化
➢ 机器零件用钢的性能要求 （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
4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲劳性和一定的 塑性和韧度，可用高碳钢，淬火+低温回火；如轴承钢
• 机械制造结构钢概述
✓分类 ✓特点与合金化原则 ✓零件工艺选择概论
• 整体强化态钢
✓调质钢 ✓弹簧钢 ✓滚动轴承钢
• 表面强化态钢
✓渗碳钢 ✓氮化钢
• 耐磨钢
整体强化态钢
基本 情况
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，