第三章机械制造用结构钢(二)
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1、第六节第六节 轴承钢轴承钢第七节第七节 渗碳钢和氮化钢渗碳钢和氮化钢第八节第八节 其他机械制造结构其他机械制造结构钢钢l一、概述l滚动轴承是一切传动机械中不可缺少的重要零件。轴承钢主要用来制制造滚动轴承的滚动体和套圈造滚动轴承的滚动体和套圈。l滚动轴承的受力状况 ：承受着各类高的交变应力，如拉力、压缩、剪切应力以及摩擦力。l导致滚动轴承失效的原因分析：l1、切应力以及由此产生的局部塑性变形是引起疲劳裂纹发生的重要条件。l2、材料内部的组织缺陷（如夹杂物）以及组织变化则是导致发生疲劳裂纹的内因。l因此，在提高轴承钢质量方面，最主要的是提高轴承钢的接触疲劳寿命。l轴承破坏的主要形式：l1、接触疲劳
2、破坏。l2、由相对滑动引起的磨损破坏。l二、对轴承钢性能的要求二、对轴承钢性能的要求l1、具有高的接触疲劳强度和抗压强度；l2、轴承钢经热处理后，一般硬度要求为 HRC 6165）；l3、高的弹性极限；l4、一定的韧性；l5、良好的尺寸稳定性；l6、一定的抗腐蚀性能；l7、良好的工艺性能，如冷、热成型性能、切削性能、磨削性能、热处理工艺性能等。l三、对轴承钢原始组织的要求三、对轴承钢原始组织的要求l1、纯净度，指钢中杂质元素和夹杂物含量要少；l2、组织均匀，指钢中非金属夹杂物和碳化物应当细小分散和分布均匀 。 l四、轴承钢中的夹杂物四、轴承钢中的夹杂物l1、根据化学成分可分为：l（1）简单氧化
3、物，如 Al2O3、SiO2等；l（2）复杂氧化物，包括尖晶石和钙的铝酸盐，尖晶石；l（3）硅酸盐和硅酸盐玻璃，其成分复杂；l（4）硫化物，如MnS、（Mn，Fe）S、CaS等；l（5）氮化物，如AlN等。 l根据热变形能力，可分为以下三类：l（1）脆性夹杂物，如刚玉（A12O3）、尖晶石，沿轧制方向排列呈点链状分布；l（2）塑性夹杂物，在热变形过程中有良好的塑性，沿轧向呈连续条状分布，属这类的有MnS和铁锰硅酸盐；l（3）球状不变形夹杂物，主要是钙的铝酸盐。 l理想的情况应该是夹杂物细、少、塑性好、理想的情况应该是夹杂物细、少、塑性好、呈细条状均匀分布。呈细条状均匀分布。l五、轴承钢的合金化
4、特点五、轴承钢的合金化特点l1、高碳l为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.950.951.101.10。l2、铬为基本合金元素铬含量为0.400.401.651.65。铬能提高淬透性，并与基体金属形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。l3、加入硅、锰、钒等lSi、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承。lV部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。l六、典型钢种和牌号六、典型钢种和牌号l1、铬轴承钢l最常用的是GCr15GCr15。使用量占轴承钢的绝大部分。除制造轴承外也常用来制造冷冲模、
5、量具、丝锥等。l2、添加 Mn、Si、Mo、V的轴承钢l在铬轴承钢中加入 Si、Mn可提高淬透性，例如， GCrl5SiMn、GCr15SiMnMoV等。 l （一）轴承钢的球化退火 l球化退火前的原始组织应为细片状珠光体。球化退火的目的在于：l1、降低硬度便于切削加工；l2、获得均匀分布的细粒状珠光体细粒状珠光体，为淬火作好组织上的准备； l3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和冲压加工。l（二）轴承钢的淬火和回火l淬火：轴承钢的淬火加热应获得细小的奥氏体晶粒，快冷之后得到隐晶马氏体加上均匀分布的细粒碳化物及少量残留奥氏体 。lGCr15钢AC1 为735765，840左右淬火能得到最高的硬
6、度、弯曲疲劳强度和冲击韧性。 l冷处理 ：精密轴承为保证尺寸稳定，常采用冷处理的方法消除残余奥氏体。冷处理温度为：-40 -70。l回火：回火温度为150170，回火时间大于2.5小时 。 GCr15钢回火后的组织为在隐晶回火马氏体基体上均匀分布着隐晶回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒细小的碳化物颗粒，硬度为HRC6165。l轴承在磨削加工后要进行回火，生产上称之谓低温时效处理（附加回火）。即130150加热，保温36小时。l综上所述，轴承钢的热处理主要过程为：l球化退火淬火冷处理低温回火低温时效处理 一、渗碳钢l1、概述l有不少机器零件（汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活
7、塞销等）的机械性能要求表面具有优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时心部具有高的韧性和足够高的强度。l利用低碳结构钢进行渗碳，使零件从表面到中心具有从高碳（0.81.lC）到低碳（0.100.25C）连续过渡的化学成分。渗碳层深度为0.62.0mm。l渗碳之后淬火，得到从表面到中心的不同组织，例如形成高碳马氏体+低碳马氏体十珠光体十铁素体的金相组织。 l2、渗碳钢的合金化特点l（1）碳质量分数一般在0.100.100.250.25之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。l（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入 CrCr、NiNi、MnMn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。Cr还能细化碳化物、提高
8、渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。l（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素TiTi、V V、WW、MoMo等，形成稳定的合金碳化物。除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。l3、典型钢种及牌号l（1）低淬透性合金渗碳钢 典型钢种为20Cr。适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、活塞销、小齿轮等。l（2）中淬透性合金渗碳钢 典型钢种是20CrMnTi20CrMnTi。用于制造承受高速中载、要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车、拖拉机上的重要零件。l（3）高淬透性合金渗碳钢 典型钢种为18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA
