機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼

按其用途、熱處理特點(diǎn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼可分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。

合金滲碳鋼通常是指經(jīng)滲碳淬火及低溫回火后使用的合合金鋼。 1.用途。合金滲碳鋼主要用來制造性能要求較高或截面尺寸較大，且在承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和磨損條件下工作的滲碳零件。例如，制作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪和汽車后橋齒輪等。凡是要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠韌性的零件，都可采用合金滲碳鋼。 2.性能特點(diǎn)。合金滲碳鋼的滲碳層具有優(yōu)異的耐磨必、抗疲勞性及適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性未滲碳的心部具有足夠的強(qiáng)度及優(yōu)良的韌性。如心部強(qiáng)度不足時，則對表面硬、脆的滲碳層缺乏足夠的支撐，滲碳層易破壞、剝落。心部韌性不足時，在沖擊載荷或較大過載作用下容易斷裂。合金滲碳鋼具有良好的熱處理工藝性能，在滲碳溫度(900~950℃)下奧氏體晶粒不易明顯長大。此外，還有良好的淬透性。 3.成分特點(diǎn)。合金滲碳鋼中碳的含量一般在Wc=0.10%~0.25%之間，這是為了保證滲碳零件心部具有良好的韌性。碳素滲碳鋼的淬透性低，熱處理對心部的性能改變不大，加入合金元素可提高鋼的淬透性，改善心部性能。常用的合金元素有鉻、鎳、錳和硼等，其中以鎳的作用最好。為了細(xì)化晶粒，還加入少量阻止奧氏體晶粒篚的強(qiáng)碳化物形成元素，如鈦、釩、鉬等，它們形成的碳化物在高溫滲碳時不溶解，有效地抑制滲碳時的過熱現(xiàn)象。

5.常用合金滲碳鋼。按其淬透性大小，合金滲碳鋼分為三類: a)低淬透性合金滲碳鋼 如20Cr、20Mn2等，這類鋼由于淬透性不高，心部性能不很好，只適于制造承受載荷不大的大小型耐磨零件，如活塞銷、凸輪軸、滑塊等。

b)中淬透性合金滲碳鋼，如20CrMnTi、20SiMnVB等，這類鋼含有合金元素較高，其淬透性和力學(xué)性能均較高，可用來制造承受中等載荷的受磨零件，如汽車變速齒輪、花鍵軸套、凸輪盤等。

c)高淬透性合金滲碳鋼，如20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，這類鋼含有較多的鉻、鎳等元素。其淬透性高，甚至空冷也能淬成馬氏體，滲碳層和心部的性能都非常優(yōu)異，主要用來制造承受重載荷及強(qiáng)烈磨損的重要大型零件，如飛機(jī)、坦克的發(fā)動機(jī)齒輪。

合金調(diào)質(zhì)鋼是經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用的合金鋼。 1.用途。合金調(diào)質(zhì)主要用來制造一些重要零件，如機(jī)床的主軸、汽車底盤的半軸、柴油機(jī)連桿螺栓等。零件均在多種載荷下工作，承受載荷情況復(fù)雜，因此，既要求零件具有良好的綜合力學(xué)性能，又要有較高的韌性。 2. 性能特點(diǎn)。合金調(diào)質(zhì)鋼的基本性能是具有良好的綜合力學(xué)性能。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于零件承受載荷的情況不同，具體的性能要求也有差異。對截面承受載荷均勻的零件(連桿、聯(lián)接螺栓等)，要求整個截面都有較高強(qiáng)度和韌性，對截面承受載荷不均勻的零件(彎曲或扭轉(zhuǎn)的軸)，只要求承受載荷較大的零件表層有較好強(qiáng)度和韌性，其余地方要求不高。因此，選材時還要考慮合金調(diào)質(zhì)鋼的淬透性要求。 3.成分特點(diǎn)。合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般在Wc在0.25%~0.50%之間。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低不易淬硬，回火后達(dá)不到所需要的強(qiáng)度;如果碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，則零件韌性較差。 4.熱處理特點(diǎn)。 a)預(yù)備熱處理。調(diào)質(zhì)零件鍛造毛坯應(yīng)進(jìn)行預(yù)備熱處理，對珠光體類鋼可在AC3以上進(jìn)行正火或退火。馬氏體鋼則行在AC3以上進(jìn)行一次空冷淬火，然后再在AC1以下進(jìn)行高溫回火，獲得回火索氏體組織。 b)最終熱處理。一般采用淬火后進(jìn)行500~650℃的高溫回火，經(jīng)獲得回火索氏體，使鋼件具有高的綜合力學(xué)性能。

合金彈簧鋼是指用于制造各種彈簧及其它彈性零件的合金鋼。 1.用途。合金彈簧鋼主要用于制造各種彈性元件，如在汽車、拖拉機(jī)、坦克、機(jī)車車輛上制作減震板簧和螺旋彈簧，大炮的緩沖彈簧，鐘表的發(fā)條等。 2.成分特點(diǎn)。合金彈簧鋼的含碳量一般為Wc為0.5%~0.7%，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，塑性和韌性差，疲勞強(qiáng)度下降。常加入以硅、錳為主的提高淬透性的元素。硅、錳合金元素溶入鐵素體中，使鐵素休得到強(qiáng)化，使屈強(qiáng)比接近1。但硅有使鋼脫碳，錳有使鋼熱處理時容易過熱的不良作用。輔加元素鎢、釩、鉻的作用是減少脫碳與過熱傾向，同時進(jìn)一步提高規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、屈強(qiáng)比和耐熱性。釩能細(xì)化晶粒，提高韌性。這此合金元素均能增加奧氏體穩(wěn)定性。 3.熱處理特點(diǎn)。根據(jù)彈簧尺寸的不同，成形與熱處理方法也有不同。 a)熱成形彈簧鋼。彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度>10~15㎜的螺旋彈簧或板彈簧通常在熱態(tài)下成形，成形后利用余熱進(jìn)行淬火，然后中溫回火(350~500℃)處理，得到回火托氏體，具有高的規(guī)定非比例伸長應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度，硬度一般為42~48HRC。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高其疲勞強(qiáng)度。 b)冷成形彈簧鋼。對于鋼絲直徑<8~10㎜的彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷繞而成。冷拔彈簧鋼絲在鋼廠經(jīng)索氏體化處理。鋼絲在冷拔過程中，首先將盤條坯料加熱至奧氏體組織后(Ac3以上80~100℃)，在500~550℃的鉛浴或鹽浴中等溫轉(zhuǎn)變獲得索氏體組織，然后經(jīng)多次冷拔，得到均勻的所需直徑和具有冷變形強(qiáng)化效果的鋼絲。用這種鋼絲冷卷成彈簧，只需在200~250℃的油槽中進(jìn)行一次去應(yīng)力退火，就可以獲得成品彈簧。

1.軸承鋼是用來制造滾動軸承中的滾動體(滾珠、滾柱、滾針)及內(nèi)、外滾道的專用鋼種。也可做其它用途，如形狀復(fù)雜的工具、冷沖模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的結(jié)構(gòu)零件。 2. 成分特點(diǎn)。一般的軸承用鋼是高碳鉻鋼，其碳的含量為Wc=0.95%~1.15%，屬過共析鋼，目的是保證軸承具有高的強(qiáng)度、硬度和足夠碳化物，以提高耐磨性。 鉻的含量為0.4%~1.65%，鉻的作用主要是提高淬透性，使組織均勻，并增加回火穩(wěn)定性。鉻與碳作用形成的(Fe、Cr)3C合金滲碳體，能阻礙奧氏體晶粒長大，減少鋼的過熱敏感性，使淬火后獲得細(xì)針馬氏體或隱針馬氏體組織，從而增加鋼的韌性。但鉻含量>1.65%，淬火后殘余奧氏體量會增加，使零件的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低，增加碳化物的不均勻性，降低韌性和疲勞強(qiáng)度。 用于大型軸承的軸承鋼，還需要加入硅、錳等元素，以便進(jìn)一步提高鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和規(guī)定非比例伸長應(yīng)力。 滾動軸承鋼的純度要求極高，硫、磷含量限制極嚴(yán)(Ws<0.020%、Wp<0.027%。因硫、磷形成非金屬夾雜物，降低接觸疲勞抗力。故它是一種高級優(yōu)質(zhì)鋼(但在牌號后不加"A")。 .熱處理特點(diǎn)。滾動軸承鋼的熱處理包括預(yù)備熱處理(球化退火)和最終熱處理(淬火與低溫回火)。球化退火目的是獲得球化體組織，以降低鍛造后鋼的硬度(207~229HBS)，而利于切削加工，并為淬火作好組織上準(zhǔn)備。退火工藝一般是將鋼加熱到780~810℃，在710~720℃保溫3~4h，以使碳化物全部球化。 淬火與低溫回火是決定軸承鋼最終性能的重要熱處理工序。溫度過高，晶粒粗大，就出現(xiàn)過熱組織，則疲勞強(qiáng)度和韌性下降，且容易淬裂和變形;如溫度過低時，會使硬度不足。淬火溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在840±10℃的范圍內(nèi)，回火溫度一般為150~160℃。軸承鋼淬火、回火后的組織為極細(xì)回火馬氏體和分布均勻的細(xì)小碳化物以及少量的殘余奧氏體?；鼗鸷笥捕葹?1~65HRC。

1. 用途 耐磨鋼是指在強(qiáng)大壓力和嚴(yán)重沖擊力作用下才能發(fā)生硬化的鋼，是一種常用的工程結(jié)構(gòu)用合金鋼。耐磨鋼主要用于工作時承受很大壓力、強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損的機(jī)械零件，如拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)鏟齒、防彈鋼板和保險箱鋼板等。 2.成分特點(diǎn) 耐磨鋼的成分特點(diǎn)是高碳高錳。含碳量高，Wc=1.0%~1.5%，以提高鋼的耐磨性;含錳量很高，Wmn=11%~14%，錳是擴(kuò)大A相區(qū)的元素，含錳量高可使鋼獲得全部奧氏體組織，具有很強(qiáng)的加工硬化能力和良好的韌性。 3.熱處理特點(diǎn) 高錳耐磨鋼機(jī)械加工比較困難，但鑄造性能好，一般采用鑄造成形。但其鑄態(tài)組織中存在沿奧氏體晶界析出的網(wǎng)狀滲碳體，脆性很大，耐磨性并不高。因此，必須經(jīng)過水韌處理后才能使用。所謂水韌處理，是將高錳鋼件加熱到1000~1500℃，使碳化物全部溶解于奧氏體，然后進(jìn)行水冷的熱處理工藝。

機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼主要用于制造各種機(jī)械零件，一般須經(jīng)過熱處理后

再使用。