机械工程材料6-1.ppt

* 制造过程 材料→冷热加工→零件→装配→整台机器 设计过程 受力分析→计算应力→提出材料性能指标→选材 设计者必须掌握各种材料的知识，才能合理选择材料，成为一名优秀的设计大师，否则，只能“纸上谈兵” 掌握材料知识的重要性 合金化特点 性能特点 热处理 应用 从四个方面 掌握材料知识 §6-1合金结构钢 第六章 合金钢 又称普低钢，是普通碳钢加上少量合金元素形成的。 1、合金元素以 Mn为主（国外以Cr、Ni为主），最高锰含量可达1.8%，并辅以少量的V、Ti、Mo、Nb、B等元素。合金元素的主要作用是强化铁素体，细化铁素体晶粒，使钢的强度和韧性得到改善。 一、低合金结构钢 2 、常加入少量的P、Cu元素以提高钢的耐大气腐蚀能力。 §6-1合金结构钢 低合金结构钢合金化特点： §6-1合金结构钢 3、部分钢中加入少量稀土元素，以减少钢中有害杂质的影响，改善夹杂物的形状和分布，提高钢的工艺性能和力学性能。 4、碳含量一般低于0.2%，以保证良好的焊接性、冷成型性和低温韧性。 5、对S、P含量要求不太高，可使用平炉或转炉生产，十分经济。 §6-1合金结构钢 常见牌号及其用途 15MnTi 中压锅炉 14MnMoV（Re） 高压锅炉 16Mn 中低压力容器 12Mn 锅炉 14MnVTiRe 铁路、大型巨轮用钢 Q345~Q460 §6-1合金结构钢 二、易切削钢 易切削钢性能特点 易切削钢具有良好的切削加工性能，但力学性能相对较低，一般不进行热处理。适合于批量大，但对性能要求不高的零件。 易切削钢是在低碳、中碳或高碳的钢中加一种或几种合金元素，通过相应的工艺使其具有良好的切削加工性能。 （一）性能要求 §6-1合金结构钢 （二）对合金化和组织的要求 适量C、Mn→力学性能和切削性能。 加入S、Pb、Ca等元素→提高切削性能。 S+Mn→MnS易切夹杂物。 常温下Pb在钢中不固溶而呈单相Pb微粒均匀分布。 （三）常用的易切削结构钢 编号Y12、Y15、Y20、Y30、Y40、Y40Mn ?C↑→强度提高 §6-1合金结构钢 三、 渗碳钢 （一）渗碳钢的化学成分 渗碳钢广泛用于承受较强烈的冲击和磨损的场合，如齿轮、凸轮、活塞销等零件。 2、主加元素Mn和Cr 2% →提高淬透性、固溶强化。 1、含碳量 0.10%~0.25 % 心部低碳M 回→综合力学性能好。 3、辅加元素W、Mo、V、Ti→防止渗碳时晶粒长大。 4、Ni 4.5%→提高淬透性、提高强度和韧性。 §6-1合金结构钢 （二）热处理特点 渗碳+淬火+低温（180~200℃）回火 900~920℃ 1%~1.2% 碳势 表面碳浓度 温度 碳势 时间 油冷 缓冷 油冷 180~200℃ §6-1合金结构钢 （三）常用的合金渗碳钢 1、低淬透性钢 15Cr、20Cr、15Mn、20Mn 2、中淬透性钢 20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、12CrNi3A 特点：合金元素总量4%，淬透性和力学性能较高。 应用：承受中等冲击载荷的耐磨零件，如齿轮、联轴节、齿轮轴、花键套轴等。 特点：价格低、淬透性低、心部强度低。 应用：凸轮轴、活塞销、小齿轮。 3、高淬透性钢 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A 特点：合金元素总量7.5%，淬透性高。 应用：重载和强烈磨损的大型零件，如大型齿轮、曲轴等。 渗碳前 缓冷炉 渗碳后 §6-1合金结构钢 例 以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速齿轮为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。 技术要求： 渗碳层厚度1.2～1.6mm， 表面碳浓度为1.0%， 齿顶硬度58～60HRC， 心部硬度30～45HRC。 锻造→正火→加工齿轮→渗碳→预冷淬火、低温回火→喷丸→磨齿（精磨） 1、工艺路线 §6-1合金结构钢 2、热处理的作用 为了改善锻造状态的不正常组织， 以利于切削加工。 20CrMnTi钢的渗碳温度为920℃左右，经查手册得 知渗碳层厚1.2～1.6mm时所需渗碳时间为6～8h。 （2）渗碳 （3）淬火及低温回火 自渗碳温度预冷到870～880℃直接油淬，再经200℃低温回火2～3h