金属材料学第3章机器零件用钢
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
机械工程材料 第3章 铁碳合金相图及碳钢
第二节 铁碳合金相图
3) 过共晶白口铸铁的结晶过程
Ld’＋Fe3CⅠ
第二节 铁碳合金相图
铁碳合金相图
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
第二节 铁碳合金相图
第二节 铁碳合金相图
3.2.3、铁碳合金含碳量与组织、性能的变化规律
第二节 铁碳合金相图
d -Fe1394°Cg -Fe912°Ca -Fe
● 晶格类型 bcc
fcc
bcc
● 致密度 0.68
0.74 →（胀大） 0.68
● 符合形核、长大结晶规律
● 转变过程恒温、可逆
纯铁在凝固后的冷却过程中，经两次同素异构转变后晶粒 得到细化，对于钢的性能提高具有十分重要的意义，是制 定热处理工艺和合金化的理论基础。
第一节 铁碳合金的相与组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 碳素钢
第3章 铁碳合金相图及碳钢
重点：
1）铁碳合金相图的绘制 2）铁碳合金基本相与基本组织 3）碳素钢的牌号及应用
难点：
1）铁碳合金平衡结晶过程 2）铁碳合金相图的分析及应用
课时：
4 学时
第一节 铁碳合金的相与组织
3.1.1、纯铁的同素异构转变
1）按含碳量分： ● 低碳钢：C%﹤0.25%； ● 中碳钢：C%=0.25～0.60%； ● 高碳钢：C%﹥0.60%。 2）按冶金质量（S、P的含量）分： ● 普通碳素钢：WS≤ 0.035%, WP≤ 0.035% ； ● 优质碳素钢: WS≤ 0.030%, WP≤ 0.030% ； ● 高级优质碳素钢: WS≤ 0.020%, WP≤ 0.030% 。
金属材料导论分析.pptx
• 对于一个机械零件来说，其刚度除与所用
材料的E有关外，还与该零件的形状、尺寸和使
用温度有关。
•
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（第一节 金属材料的力学性能）
• 三、塑性
•
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引
起断裂的能力。在外力消失后留下来的这部分不可恢复
的变形，叫做塑性变形。
• 通常用伸长率和截面收缩率作为衡量材料塑性大小的指 标。
拉伸试验测定。 • （见P7图1.2为普通低碳钢的应力-应变曲线。）
•
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(第一节 金属材料的力学性能) • ① oe段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形， 即当外力去除后，试样就恢复到原始长度。材料在弹性
范围内所能承受的最大应力称为弹性极限σe。
• ②当载荷继续增大到Fs时，拉伸曲线出现了平台，这时 载荷不增加，试样仍将继续发生塑性变形，这种现象称 为屈服。开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，表征
•
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第二节 铁碳合金的基本组织（第二章） • 一、Fe和C的结合方式： • 一）形成固溶体 • 例如碳的原子就能溶解到铁的晶格里，这时铁是溶剂，碳是溶
质。这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的合金 相结构叫做固溶体。 • 根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置不同，固溶体分 为置换固溶体和间隙固溶体。
•
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•
符号压头类型、负荷（kg）、适用范围不同：刻
度盘上常用标尺有：
•
HRA 120°金刚石圆锥体测很硬或硬而薄的材料，
如硬质合金、表面处理的工件，总载荷588.4KN；
•
HRB 直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合
金属工艺学第3章
第二节 铁碳合金相图
• ２.亚共析钢 • 根据Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图，含碳量小于０.７７％的亚共析钢从液态到
结晶终了的结晶过程与共析钢相同，合金全部转变为单相奥氏体。当 亚共析钢继续冷却到与ＧＳ线相交的温度时，从奥氏体中开始析出铁 素体，获得铁素体和奥氏体组织。由于铁素体只能溶解很少的碳，所 以合金中大部分的碳留在了奥氏体中，使剩余奥氏体的溶碳量有所增 加。随着温度的不断下降，析出的铁素体逐渐增多，剩余的奥氏体量 逐渐减少，而奥氏体的溶碳量沿ＧＳ线逐渐增加。当温度下降到与Ｐ ＳＫ线相交的温度（７２７℃）时，奥氏体的溶碳量达到０.７７％ ，此时剩余的奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。
• ３.渗碳体 • 渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属
化合物，常用分子式Ｆｅ３Ｃ表示。渗碳体中碳的质量分数为６.６９ ％，熔点为１２２７℃，硬度很高（８００ＨＢＷ），塑性和韧性极 低，硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用，它以多种晶粒形态 存在于钢中，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。
• ３.过共析钢 • 当含碳量大于０.７７％的过共析钢冷却到与ＡＥ线相交的结晶终了
温度时，获得单相奥氏体组织。
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第二节 铁碳合金相图
• 继续冷却到与ＥＳ线相交的温度时，由于温度的降低，碳在奥氏体中 的溶解度降低，过剩的碳以渗碳体（这种从奥氏体中析出的渗碳体称 为二次渗碳体）的形式从奥氏体共析钢的显微组织中沿晶界析出，随 着温度的下降，析出的Ｆｅ３ＣⅡ不断增多，并沿晶界呈网状分布， 奥氏体中的溶碳量逐渐下降，当温度降低到７２７℃时，剩余奥氏体 的溶碳量正好为０.７７％，于是发生共析转变而形成珠光体。温度 再继续下降，合金的组织基本不变，最终获得珠光体和二次渗碳体组 织。图３－１１所示为过共析钢的显微组织（图３－１１中黑色为层 片状的珠光体，白色为网状的二次渗碳体）。过共析钢的室温平衡组 织为珠光体和二次渗碳体，但随着含碳量的增加，钢中的二次渗碳体 量也逐渐增多。过共析钢结晶组织转变过程如图３－１２所示。
金属材料学教学大纲-金属专业
金属材料学AScience of Metal Materials课程编号：07310410学分：3学时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能适用专业：金属材料工程。
教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012 年9月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《金属材料学》是一门综合性应用性较强的专业主干课，是金属材料工程专业的核心课程。
在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。
通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。
二、课程的基本内容及要求绪论（金属材料的过去、现在和将来）：1．教学内容（1）金属材料发展简史（2）现代金属材料（3）金属材料的可持续发展与趋势2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。
第一章钢的合金化原理1．教学内容（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；（4）合金元素对钢工艺性能的影响；（5）微量元素在钢中的作用（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；（7）钢的分类、编号方法。
2．基本要求（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响（2）了解钢的分类、编号方法（3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响（4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律（5）理解微量元素在钢中的作用（6）了解材料的环境协调性设计基本概念第二章工程构件用钢1.教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势2.基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）理解提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势第三章机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种（3）（超高强度钢简介）（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展2．基本要求（1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求（2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种（3）了解超强度钢（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展第四章工具用钢1．教学内容（1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类（2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。
工程材料的成分、组织、性能、选材、工艺与应用
材料学绪论一、本课程的性质一门研究材料的化学成分，加工工艺，组织、性能及应用几者之间的内在联系，分析如何运用材料科学的基础知识解决各实际问题的综合性，实践性极强的专业课。
二、本课程的目的使学生掌握如下能力：1、对各类工件所用材料进行合理选材和制定正确的热处理工艺（或其它加工工艺），以满足其使用要求。
2、解决工件加工和使用中出现的各类早期失效问题。
3、从事新材料、新工艺的开发和研制的初步能力。
三、工程材料定义工程材料（结构材料）：用来制备在工作环境下承受载荷的工件的材料。
四、参考书工程材料朱张校清华大学出版社金属材料学王笑天机械工业出版社复合材料（二十一世纪新材料丛书）吴人洁天津大学出版社第一章钢的合金化基础一、合金元素（Me）的定义碳钢（碳素钢）：Fe+C+杂质元素（S、P、Si、Mn、O、H、N……）合金钢：Fe+C+合金元素（Me）+杂质元素合金元素：以改善钢的工艺性能和使用性能为目的，人为添加到钢中的元素。
锰（Mn）铬（Cr）钼（Mo）钨（W）钒（V）铌（Nb）钛（Ti）镍（Ni）铜（Cu）钴（Co）硅（Si）硼（B）氮（N）铝（AL）稀土（RE）杂质元素：混入钢中的元素硫（S）磷（P）硅（Si）锰（Mn）氧（O）氢（H）氮（N）二、合金元素的分类及性质1、分类a、按是否形成碳化物（c’）分为：（1）碳化物（c’）形成元素：弱碳化物形成元素，Mn——Mn3C（固溶态）；强碳化物形成元素（Me强）Cr、Mo、W、V、Nb、Ti，其中：Cr、Mo、W（部分固溶态，部分化合态），V、Nb、Ti（化合态）。
（2）非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、B、Cu、Co、RE（固溶态）b、按对Fe-Fe3C相图各区的影响不同分为：（1）扩大F区元素（固溶态）：Cr、Mo、W、V、Nb、Ti、Al、Si（提高A1、A3，使S点左移）。
（2）扩大A区元素：Ni、Cu、Mn、C、N（降低A自由能（G A），增加A 稳定性）。
机械工程材料第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)-选择和判断
第三章复习题（合金的结晶和合金化原理）1、由于物质中热能（Q）或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。
2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。
3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。
4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比，这一规律称为扩散第一定律。
5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
9、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
14、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。
16、固溶体随温度降低，溶解度减小，多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。
17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。
18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。
19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。
20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。
我的答案：√21、温度越高，扩散系数越小，扩散速度越慢。
我的答案：×22、渗碳温度越高，渗碳速度越快。
我的答案：√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。
我的答案：×24、工件表面与介质之间的换热系数越大，则工件加热或冷却速度越快，工件内的温度梯度也越大。
金属材料学复习题
一、填空题1、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为。
高合金钢：般指合金元素总含量超过的钢。
一般指合金元素总含量在范围内的钢称为中合金钢。
低合金钢：一般指合金元素总含量的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于，而能显著影响组织和性能的钢。
2、奥氏体形成元素使A3线，A4线，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。
、属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。
C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
3、铁素体(α)稳定化元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。
几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。
共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。
5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。
根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当r C/r M＞0.59时，形成复杂点阵结构，当r C/r M＜0.59时形成简单点阵结构。
6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。
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氧化物夹杂数量对轴承钢疲劳寿命的影响
碳化物细小均布。主要有三类K：
组
K液析→ 结晶时枝晶偏析而存在→
织
高温扩散退火，不允许液析严重；
均
带状K→ 轧制时二次碳化物偏析→
匀
高温扩散退火；
网状K→冷却时在晶界析出→正火
图 GCr15钢 淬火回火态 500× 图 网状碳化物 500× （回火隐晶马氏体＋碳化物）
金属材料学第3章机器零件用钢
单击此处输入你的副标题，请尽量言 简意赅的阐述观点。
第3章 机器零件用钢
根据钢的生产工艺和用途，可分 为：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 承钢和易削钢等。
3.1 概 述
一、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 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、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。
辅加 元素
Mo、W、V等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
最佳 范围
图 带状碳化物 500×
图 碳化物液析 500×
合金 高碳，加入Cr、Si、Mn等。如GCrl5、
化 GCrl5SiMn。
Cr含量 ?
组织 特点
经合适的热处理，应得到组织： 细小均匀的奥氏体晶粒度5~8级；M中 含0.5~0.6%C；隐晶M基体上分布细小均 匀的粒状K，体积分数约7~8%， 一般可 有少量AR。 负荷较小时,为提高σ-1，可设计M中 约含0.45%C，K体积分数约5%。→钢中总 含碳量应↓
求
一定韧度→承受冲击，以免碎裂；
尺寸稳定性好→保证精度；
一定耐蚀性→大气、润滑油腐蚀。
关键因素
化学成分、冶金质量和加工工艺
二、轴承钢的冶金质量和合金化
接触面小
应力集中大
材质纯净、组织均匀
易产生裂纹
冶金 质量 要求
纯净→夹杂物要少：主要有各种
氧化物（如A12O3）和硅酸盐等； 危害程度依次递减：A12O3、球
3.2.2 微合金非调质钢
一、 微合金元素对强韧化的贡献 非调钢组织：主要是F+P+弥散析出K。 主要强化作用：细化组织和相间沉淀。 微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，
V是主要的。 多元适量，复合加入：Nb-V-N和Ti-V等—
主要贡献是细化组织。
二、 获得最佳强韧化的工艺因素
相间 析出
CU为冲击韧性,Rm为抗拉强度,D是珠光体片间距,fp是珠光体 体积分数,dr为奥氏体晶粒大小, △Rmp
复合微合金化非调质钢典型成分
牌号
C Si Mn
27MnSiVS6(德) 0.26 0.70 1.50
Cr V Nb Ti
0.10
0.02
其他
S1000(法) 30ΧΓΦΤ(俄)
0.47 0.36 1.55 0.30 0.55 1.0
要 如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主
应 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏
用 体钢、超高强度钢等。
M7150A砂轮主轴 汽\拖用连杆
汽车半轴 a)一端法兰式; b)二端花键式; c)变截面台阶式
上图 S7332 螺纹磨床丝杠
下图 T615K镗床镗杆
3.2.1 调质钢
1、淬透性原则 淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
高板簧使用寿命,如结合高温形变热处理则更好
板簧喷丸作用举例:
疲劳强度(MPa)
板厚/mm 未喷丸 喷丸 应力喷丸
13
390
470
800
11
350
700
850
3.2.4 滚动轴承钢
一、滚动轴承钢的工作特点及性能要求
滚动轴承由内、外圈和滚动体（珠、柱、锥、 针）及保持器组成。
高负荷→最大接触应力可高达3000~5000MPa
二、常用弹簧钢及强化工艺
合金化：
含碳量在0.60~1.05％,低合金弹簧钢在
0.40~0.74％C。
?
+ Si、Mn、Cr、V等合金元素. Cr和Mn主
要是提高淬透性， Si提高弹性极限， V提高
淬透性和细化晶粒.
常用硅锰板簧钢有60Si2Mn 、 55Si2Mn等
60Si2Mn:
① Si、Mn复合,强化F,→↑σe， σs/σb可达到 0.8~0.9；
以制造不同类型的零件；
某一零件用某一材料制造，其热处
理工艺方法也可能是多种的。
3.2 整体强化态钢
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交
基 变应力，大部分是整体受力。
本 情 况
其主要失效形式是疲劳破坏， 主要性能指标σ-1、Rm、AK、KIC等。
总体上要求良好的综合力学性能。
主
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，
基本 工艺 方式
热成形 弹簧
冷成形 弹簧
大型 弹簧
小型 弹簧
热成形后+ 淬、回火
冷变形或热处 理强化+冷成形 +低温退火
火车缓冲压缩螺旋弹簧热成形的三种热处理工艺 a)常规热处理 b)热卷簧余热淬火 c)高温形变热处理
思考题： 大型弹簧为什么要先成形后
强化，小型弹簧先强化后成形? 小型弹簧成形后为什么进行
0.14 0.12 0.065
0.03
Mo
0.60 ≤0.2
≤0.17
1524MoV(美) 0.22 0.35 1.54 NC33HFB(日) 0.33 0.24 1.46
0.11
0.11
Mo
0.06
0.01 0.01N
AHF50B(日) 45VNbN(中)
0.35~ 0.40
0.44
0.15~ 0.35
0.14
1.30~ 1.60
0.79
0.05~ 0.15
0.10 0.11
0.02N
3.2.3 弹簧钢
一、弹簧的服役条件及性能要求
弹簧功能
储能减振
弹簧类型
板簧，螺簧； 压簧、拉簧和扭簧等
压缩螺簧 扭转螺簧
拉伸螺簧 单板弹簧
叠形板簧
典型的螺旋弹簧及板簧
椭圆板簧
扭杆弹簧
a)实芯扭杆b)串联式扭杆
卡簧（圈）基本形状
回脆性
40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo
思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？
3、调质钢强韧化工艺的发展
正确 认识 性能 指标
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。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；冲击能量较小时， 强度应高些。以达最佳配合。
Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆 ；
Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向；
V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来 分级的。 DC为油淬临界直径
低淬透性合金钢: DC < 30~40mm, 有40Cr、 40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等
工
作 条
高转速→ 循环周次高达每分钟数万次；
件
高灵敏度→ 精度要求高→磨损、麻点→噪音
失效形式
接触疲劳破坏，麻点、剥落
滚动轴承及其受到载分布情况
滚子轴承
圆柱滚子推力轴承
圆锥滚子推力轴承
滚针保持架组件
高而均匀的硬度和耐磨性→足够
性
淬透性和淬硬性，>60HRC；能源自高接触疲劳强度→以免过早失效
要
→保证材质、组织；
图 高碳铬轴承钢中马氏体含碳量与疲劳寿命的关系
图 GCr15轴承钢中未溶K量与疲劳寿命间的关系
三、高碳铬轴承钢的热处理
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。
② Si / Mn ↑淬透性，Ms不过分↓,开裂倾向小; ③ Si有效↑回稳性, 但↑脱C倾向; ④ Si、Mn复合，脱碳和过热敏感性较硅钢、锰 钢为小.
常用螺旋弹簧钢有50CrVA等。
50CrVA :
① Cr 、V均↑回稳性, 韧性好； ② V 细化晶粒, ↓过热敏感性; ③ 含Si少,脱C敏感性↓, 热处理不易脱C; 常用于受应力高的螺旋弹簧及<300℃工作的阀 门弹簧.
综合 强化 工艺
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 向节园角处进行高频淬火处理后，疲劳寿 命提高了50倍
冷变 形
如滚压、喷丸等冷变形方法的效果也比 较好, 能提高零件寿命
锻造 余热 淬火
既能节约能源、简化工序，又能细化组 织，提高零件的强韧性。如柴油机连杆， 已普遍采用锻造余热淬火工艺
Mn对非调质钢韧度的影响
V、Ti、Nb对 强度的影响
四 非调质钢的优化设计
通过合适的成分配比和工艺控制可达到同时提高 强度和韧度的目的。
( R , C) U R fp m, C fp U fp R D m, C D U D
+ dR r 1 m /2, d C r 1/2 U dr 1/2 ( R R m m)p ,( C R m)U p R mp