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5.3Steelsformechanicalstructure机械结构用钢❖5.3.1Briefintroductionofstructuralsteels❖结构钢综述❖5.3.2Steelsforhardeningandtempering❖调质钢❖5.3.3Casehardeningsteel

s表面硬化钢❖5.3.4Ultrahigh-strengthsteels超高强度钢❖5.3.5Springsteels弹簧钢❖5.3.6Bearingsteels滚动轴承钢❖5.3.7Free-cuttingsteels易削钢❖5.3.8Cast

steels铸钢5.3.1Briefintroductionofstructuralsteels结构钢综述❖机械结构用钢系指用以制造各种机器零件的钢种，例如轴类、齿轮、紧固件、轴承和高强度结构等，广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。❖1.工作条件与性能要求❖

2.淬透性❖3.Me在机器结构钢中的作用❖4.碳含量与热处理工艺的选择❖5.机器结构钢的分类1.工作条件与性能要求❖主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力，且往往是几种载荷同时作用。可以是恒载或变载，作用力的方向是单

向或反复的。工作环境是大气、水和润滑油，温度在-50℃~+100℃范围之间。❖一般机械零件的主要失效形式是变形和断裂。为保证机械零件正常工作，必须要求有良好力学性能，如足够高的强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等。❖很显

然，欲满足机械结构用钢的性能要求，必须对其进行热处理强化，才能充分发挥钢材的性能潜力。M相变及随后的回火转变综合应用了固溶强化、沉淀强化、细晶强化和相变强化的机理，是最重要、最经济的强化手段。2.淬透性❖淬透性对机械结构用钢具有十分重要的意义。淬透的钢可获得高强度、高屈强比、高疲劳强度和高冲击韧度

，以及低的韧脆转折温度（TK）。钢中合金元素可明显提高钢的淬透性。对淬透性要求不高的合金结构钢，才采用单一的合金元素合金化方案；要求较高淬透性者均采用多元少量的合金元素综合合金化方法。3.Me在机器结构钢中的作用❖主加元素：（B）、Mn、Cr、Si、

Ni❖提高淬透性，强化F，❖提高综合力学性能❖附加元素：Ti、V、W、Mo❖细化晶粒，提高回火稳定性，❖抑制第二类回火脆性（W、Mo）4.碳含量与热处理工艺的选择❖碳是机械结构用钢中最主要的元素，溶入A的碳量不仅直接决定了M的硬度，而且对M的形态及

回火后的组织性能有很大影响。❖对不重要的机器零件，当综合力学性能要求不高（硬度≤229HBS）时，可选用中碳钢经正火即可。❖表面要求耐磨性好及高的接触疲劳抗力，整体又承受冲击负荷心部要求较高强韧性的零件，如汽车、拖拉机变速箱齿轮，应选用渗碳钢，即低碳钢或

低碳合金钢，采用渗碳、淬火和低温回火的热处理工艺。4.碳含量与热处理工艺的选择❖综合力学性能要求较高的零件，如各类轴、连杆、螺栓等，应选用调质钢，即中碳钢或中碳合金钢，采用调质处理，使其获得较高强度的同时也有较高的韧度。❖较高碳含量的碳素钢和合金钢属于弹簧钢，可用来制造弹簧，为

了保证弹簧钢的高弹性极限和疲劳强度，应采用淬火+中温回火的热处理工艺。❖轴承应选用高碳的滚动轴承钢制作，经淬火+低温回火后的轴承，具有高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力以及适当的韧度。5.机械结构用钢的分类❖按热处理工艺特点和用途不同，将其分为调质钢、表面硬化钢（渗碳钢、渗氮钢）、

超高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢及易切削钢等。5.3.2Steelsforhardeningandtempering调质钢❖调质钢一般指经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢。❖1.工作条件、常见失效形式与性能要求❖如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、

发动机曲轴等，在多种应力负荷下工作的，受力较复杂，有时还受到冲击载荷作用，在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦。其主要失效形式有：主要是由于承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的疲劳断裂，以及由于工件的塑韧性不足而导致的脆性断裂；在摩擦副的配合

处承受强烈摩擦磨损，工件本身由于硬度低、耐磨性差而造成的过度磨损等。因此，要求其具有良好的综合力学性能（即既要有高强度，又要求良好塑、韧性）。曲轴连杆螺栓及其热处理工艺2.化学成分特点❖（1）中碳❖（2）合金化原则主加元素：Cr、Ni、

Mn、Si及微量B等，主要作用为提高淬透性，强化F；辅加元素：W、Mo、V、Ti等，主要作用为细化晶粒、进一步提高钢的淬透性，W、Mo还起着防止第二类回火脆性作用。另外W、Mo、V、Cr、Si等还可有效提高钢的回火稳定性。❖3.热处理特点❖（1）预先热处理退火或正火。❖（2）最终热处理调质（组织为

回火索氏体）或调质＋局部表面淬火、低温回火。4.常用调质钢❖（1）低透性调质钢（D0油＜30～40mm）如45（U20452）、40Cr（A20402）等；❖（2）中淬透性调质钢（D0油＜40～60mm）如42CrMo（A30352)、38CrMoAlA(A33382)等❖（3）高淬透性调

质钢（D0油＞60mm）如40CrNiMoA(A50403)等。❖某40Cr钢制作的汽车发动机连杆螺栓的生产加工工艺路线如下所示:下料→锻造→正火→粗机加工→调质→精加工→装配。5.调质零件用钢的新进展❖（1）低碳马氏体钢表5-低碳马氏体15

MnVB钢与调质40Cr钢性能对比钢号状态硬度/HRCσb/MPaσs/MPaδ5/%ψ/%aK/J·cm-2aK（-50℃）/J·cm-215MnVB40Cr低碳M调质态433813531000113380012.695145956070≤40◎为进一步提高劳动生产率、节约能源、降低

成本，近年来世界各国正在研制开发非调质钢，以取代需淬、回火的调质钢。非调质钢的化学成分特点是在中碳碳钢成分的基础上添加微量(WMe＜0.2%)的V、Ti、Nb等元素，所以俗称微合金非调质钢。其突出优点是不需淬、回火处理，它通过控制轧制或锻造工艺

，在空冷条件下即可使零件获得较满意的综合力学性能，其显微组织为F+P。◎其强韧化机制是靠微合金元素在热变形加工后冷却时，从F中析出弥散的K或氮化物质点形成沉淀强化，同时又通过控制P与F量的比例与P的片层间距、细化晶粒等途径，来保证其强度和良好韧性

的配合。目前该钢存在的主要缺点是塑性、冲击韧性偏低，因而限制了它在强冲击条件下的应用。◎为了满足汽车工业迅速发展对高强韧性非调质钢的需要，近年来又发展了B型和M型微合金非调质钢，这两类钢在锻轧后的冷却中即可获得B和M或以M为主的组织，其成分特点是降碳并适当添加Mn、铬、钼

、钒、硼，使钢在获得高于900MPa抗拉强度的同时保持足够的塑性和韧性。（2）中碳微合金非调质钢（2）中碳微合金非调质钢❖我国已在多种型号的汽车曲轴、连杆上成功应用微合金非调质钢，例如我国一气CA15型汽车发动机曲轴采用非调质钢YF45V代替原45钢正火或调质，其力

学性能（如表5-910所示）符合CA15曲轴产品要求。中碳微合金非调质钢的开发应用有着广阔的发展前景。❖表5-910非调质钢与调质钢力学性能的对比材料σb/Mpaσs/MPaδ5/%ψ/%AK/J硬度/HBSYF45V（非调质钢）45（正火

）45（调质）77965278447336051916.523.019.0334043273586220～240170～195210～2405.3.3Casehardeningsteels表面硬化钢❖1.概述❖此类钢适

于制造通过某种热处理工艺使零件表面坚硬耐磨而心部韧性适当的零件，由于表层具有较高的残余压应力而使其疲劳性能显著提高。欲达表硬内韧效果，有以下三种选择：❖（1）承受剧烈冲击、接触应力较大且要求耐磨的零件，宜采用低碳钢渗碳淬火工艺；❖（

2）圆柱形或形状较简单零件，采用中碳钢的高频（或中频）感应加热表面淬火工艺；❖（3）机床主轴、丝杠和发动机曲轴等要求尺寸精确的零件，一般采用渗氮处理工艺，加热温度低，热处理变形小。❖此外，激光表面热处理等新工艺也逐步被采用。2.渗碳钢❖（1

）工作条件、常见失效形式与性能要求❖此类钢主要用于在承受较强烈摩擦磨损和较大冲击载荷条件下工作的机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销等。此类零件常见的失效形式主要有工作表面承受较大的接触

疲劳载荷而引起的局部破坏（俗称麻点剥落），承载较重而引起的工作表面过度磨损，或是由于工作时承受的冲击载荷过大而导致的断裂等。因此，这类零件工作时要求其表面硬而耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受较大冲击载荷作

用，即“表硬内韧”是其主要性能要求。2.渗碳钢❖（2）化学成分特点❖低碳(Wc=0.1％～0.25%)：实际为渗碳件心部的含碳量，这对保证工件心部有足够塑、韧性是十分必要的。若碳含量过低，表面的渗碳层易于剥落;碳含量过高，则心部塑、韧性下降，并使表层的压应力减少

，从而降低弯曲疲劳强度。❖合金化原则：其主加元素为Cr、Mn、Ni、Si、B等，提高心部淬透性和强化F;辅加元素W、Mo、V、Ti等，用以细化晶粒、进一步提高心部淬透性。2.渗碳钢❖（3）热处理特点◎预先热处理一般为正火；◎最终热处理一般为渗碳后进行淬

火及低温回火，以获得高硬度、高耐磨性的表层及强而韧的心部。图＃渗碳后常用热处理工艺1－直接淬火法；2－一次淬火法；3－二次淬火法（4）渗碳钢经最终热处理后的组织特征❖经最终热处理后的组织应为:❖表层由回火M加粒状合金K及少量残余A组成;❖心部由低碳回火M及少量F(淬透时)或F加M(未淬透

时)组成。（5）常用渗碳钢❖①低淬透性(低强度)渗碳钢(D0水20～35mm，WMe＜2%,σb＜800MPa）❖常用钢种有20(U20202)、20Cr(A20202)等，其淬透性低，只适用于受力不大、对心部强度要求不高

的小型、耐磨渗碳件，如套筒、活塞销等。（5）常用渗碳钢❖②中淬透性(中强度)渗碳钢(D0油25～60mm，WMe=2～5%，σb=800～1200MPa)◎常用钢种有20CrMnTi(A26202)等，这类钢的淬透性与心部强度均较高，可用于制造一般机器中较为重要的

渗碳件，如汽车、拖拉机变速齿轮及活塞销等。因含有Ti或V等阻碍A晶粒长大的元素，所以渗碳时过热倾向较小，可在渗碳后预冷至860℃左右直接淬火、然后低温回火。（5）常用渗碳钢❖③高淬透性(高强度)渗碳钢(D0油＞100mm，WMe＞５％，

σb＞1200MPa)◎常用钢种有18Cr2Ni4WA(A52183)等。由于具有很高的淬透性、心部强度很高，因此这类钢可用于制造截面较大的重负荷渗碳件，如航空发动机变速齿轮、轴等。（5）常用渗碳钢❖某20CrMnTi钢制CA-10B载重汽车变速箱中

间轴的三档齿轮的加工工艺路线如下:→锻造→正火→加工齿形→渗碳(930℃)、预冷淬火(830℃)+低温回火(200℃)→磨齿。（6）新的进展◎近年来，生产中采用渗碳钢直接淬火并低温回火，以获得低碳M组织，用以制造某些要求综合力学性能

较高的零件，如传递动力的轴、重要的螺栓等。在某些场例：20CrMnTi钢制汽车变速齿轮热处理工艺曲线3.渗氮钢简介❖渗氮钢多为碳含量偏低的中碳铬钼铝钢（如35CrMo、42CrMo、38CrMoAlA钢等）。渗氮钢零件一般经过调质处理、切削加工和在500～570℃之间的氮

化处理过程。零件经渗氮处理后具有以下特点：❖（1）不需再进行任何热处理即可得到非常高的表面硬度，因而耐磨性能优越，咬死和擦伤的倾向小；❖（2）有一定的耐热性，在低于渗氮温度下加热时可保持高硬度，改善抗腐蚀性能；3.渗氮钢简介❖（3）可提高钢件的疲劳强度，改善对缺口的敏感性。❖（4）由于氮化处

理温度较低，热处理变形小，因此特别适合于尺寸精度要求较高或最终热处理要求变形小的机械零件（如机床丝杆、镗杆，大马力内燃机曲轴等）。❖应当说明的是，随着渗氮新工艺的发展，如氮碳共渗、离子氮化等工艺的采用，可通过氮化处理工艺改善性能的钢种逐渐增多，如中碳合金结构钢、铬钢、铬钼钢、铬钒钢、镍铬钼钢

、铬锰钛钢、铬含量（质量分数）5%的模具钢H11和H13，F和M系列不锈钢，A不锈钢和沉淀硬化不锈钢等。5.3.4Ultrahigh-strengthsteels超高强度钢❖通常认为，抗拉强度超过1500M

Pa或屈服强度超过1380MPa的合金结构钢为超高强度钢。❖1.性能要求❖（1）很高的强度、比强度（其比强度与铝合金接近）和疲劳强度在静载荷和动载荷条件下，能承受很高的工作应力，从而可减轻结构重量。为保证极高的强度，此类钢充分利

用了M强化、细晶强化、化合物弥散强化与溶质固溶强化等多种机制的复合强化作用。❖（2）足够的韧性评价此钢韧性的指标是材料的断裂韧性。具有较高断裂韧性的超高强度钢，在复杂的环境下能承受高的工作应力，不致发

生低应力脆断。而改善韧性的关键是提高钢的纯净度（降低杂质S、P含量和非金属夹杂物含量）、细化晶粒（如采用形变热处理工艺）并减小对碳的固溶强化的依赖程度（故超高强度钢一般是中低碳、甚至是超低碳钢）。2.类别、典型牌号及热处理❖（1）低合

金超高强度钢它是在合金调质钢基础上发展起来的，其WC=0.30%～0.45%，WMe总量=5%左右。通过淬火和回火，或者等温淬火处理，可获得M回火，或B下+M回的混合组织，以达到高强度和良好的韧性。◎其

典型牌号有30CrMnSiNi2A、32Si2Mn2MoVA、45CrNiMo1VA（D6AC）等，此类钢的生产成本较低、用途广泛，主要用于制造飞机结构件，如主起落架的支柱、轮叉、机翼主梁；固体火箭发动机壳体、炮筒、高压气瓶和高强度螺栓等。2.类别、典型牌号及热处理❖（1）低合金超高

强度钢◎提高钢的纯净度是改善断裂韧性的关键。为了降低钢中气体和非金属夹杂物，通常采用电弧炉或真空感应炉冶炼铸成电极再经真空自耗重熔。如45CrNiMo1VA钢分别采用四种冶炼工艺，均经过900℃正火，880℃油淬，550℃回火，其抗拉强度为1

520MPa。而断裂韧性却相差很大，见下表。表5-＃45CrNiMo1VA钢的断裂韧性冶炼工艺性能真空感应炉加真空自耗重熔真空感应炉加电渣重熔电弧炉加真空自耗电弧炉加电渣重熔断裂韧性/MPa·m3/2104.3104.786.78

4.12.类别、典型牌号及热处理❖（2）二次硬化型超高强度钢系指通过淬火+高温回火后，析出特殊合金K而达到弥散强化（二次硬化）效果的超高强度钢。主要包括Cr-Mo-V型中碳中合金M热作模具钢、高韧性9Ni-4Co型和10Ni-14Co型高韧性超高强度钢。❖①H型（Cr-M

o-V型）中合金超高强度钢该钢是从含5%Cr的工模具钢移植而来，由于它在高温回火下有很高的强度和较满意的塑韧性，抗热性好（在常温至500℃之间有类似良好耐热材料那样的性能），组织稳定（590℃、60h和540℃、大于100h回火下），从而具有作为高速飞机高

强材料的可能性。2.类别、典型牌号及热处理❖②9Ni-4Co型（Ni-Co-Cr-Mo型）超高强度钢如30Ni9Co4CrMoA钢经淬火后于550℃回火，其抗拉强度为1520～1650MPa，断裂韧性KⅠC可达100M

Pa·m1/2以上。该钢的焊接性好，具有良好的热稳定性，适于370℃以下长期使用。❖③10Ni-14Co型超高强度钢其典型钢种是16Ni10Co14Cr2Mo1（AF1410）钢，是可焊接的高合金二次硬化型超高强度钢，加热至830℃A化后，在空冷条件下形成高位错密度板条M，

经510℃时效析出细小弥散分布的合金碳化物M2C取代Fe3C，从而获得高强度、高韧性。其抗拉强度达1620MPa以上、断裂韧性KⅠC大于143MPa·m1/2，抗应力腐蚀性能好，应力腐蚀开裂临界断裂因子KⅠSCC值高达8

4MPa·m1/2，比一般超高强度钢高3倍以上，常用于制造飞机重要受力构件，如海军飞机着陆钩等。2.类别、典型牌号及热处理❖（3）马氏体时效钢它是铁-镍基超低碳高合金超高强度钢通过M相变和时效析出金属间化合物而达到强化效果的超高

强度钢。如18Ni马氏体时效钢经820℃固溶处理，然后可在很宽的温度范围内进行时效处理，时效过程中析出Ni3Mo、Ni3Ti等金属间化合物，提高了钢的强韧性。❖（4）超高强度不锈钢它是在不锈钢基础上发展起来的，具有较高的强度和耐蚀性。依据其组织和强化机制的不同，也可分为马氏体沉淀硬化不

锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢等。由于其Cr、Ni合金元素含量较高，故其价格也很昂贵，通常用于对强度和耐蚀性都有很高要求的零件。5.3.5Springsteels弹簧钢❖1.工作条件、主要失效形式与性能要求❖弹簧钢系指用于制造各种弹簧的钢种。弹簧的主要作用是吸收冲击能量，缓和机械的

振动和冲击作用。1.工作条件、主要失效形式与性能要求❖其主要的失效形式就是因弯曲或扭转疲劳载荷所导致的弹簧类零件疲劳断裂，以及由材料的弹性极限较低而引起弹簧的过量变形以致失去弹性等。因此弹簧钢应具备以下

性能:❖（1）高强度和高屈强比以保证弹簧有足够高的弹性变形能力，并能承受大的载荷。❖（2）高的疲劳强度以保证弹簧在长期振动和交变应力作用下不产生疲劳破坏。❖（3）一定的塑、韧性为满足成形需要和可能承受的冲击载荷，应有一定塑、韧性。❖（4）此外，一些在高温或腐蚀条件下工作的弹簧，还应具有良好的耐热性

或耐蚀性等。2.化学成分特点❖（1）高碳目的是保证其较高的弹性极限与屈服强度。一般碳素弹簧钢的碳含量为0．6%～0．9%，合金弹簧钢的碳含量为0.45%～0.7%。❖（2）合金化原则加入Si、Mn、Cr等

主加元素，主要目的是提高淬透性、强化F，亦可提高回火稳定性(其中以Si的作用最大)。辅加元素W、V及Cr等较强K形成元素，起到细化晶粒的作用,进一步提高淬透性，不易脱碳和过热，保证钢在较高使用温度下仍具有较高的高温强度和韧性，同时还提高

回火稳定性。❖应注意，Si含量高时有石墨化倾向、并在加热时使钢易于脱碳，Mn可增大钢的过热倾向。3.加工成型与热处理特点❖（1）热成型弹簧弹簧截面尺寸≥8mm的大型弹簧多用热轧钢丝或钢板、热态下成型，然后淬火及中温回火(350～500℃)，经回火后的组织是回

火托氏体（T回），硬度为40～48HRC，具有较高的弹性极限和疲劳强度，同时又具一定塑、韧性。如60Si2Mn钢制汽车板簧的加工工艺路线为：扁钢剪断→机械加工（倒角钻孔等）→加热压弯→淬火+中温回火→喷丸。❖近年来，热成型弹簧也可采用等温淬火获得下贝氏体或形变热处理，对提高弹

簧的性能和使用寿命也有较明显的作用。3.加工成型与热处理特点❖（2）冷成型弹簧对直径或截面单边尺寸＜8mm的弹簧，常采用冷拔(轧)钢丝(板)冷卷成型或先热处理强化、然后冷卷成型，这类弹簧钢丝按强化工艺可分为

三种：铅浴等温冷拔钢丝、冷拔钢丝和油淬回火钢丝，最后进行去应力退火和稳定化处理(加热温度为250～300℃，保温时间1h)以消除应力，稳定尺寸。其常见的加工工艺路线如下：缠绕弹簧→去应力退火→磨端面→喷丸→第二次去应力退火→发蓝。喷丸处理的功用❖弹簧的表

面质量对使用寿命影响很大，若弹簧表面有缺陷，易造成应力集中，从而降低疲劳强度，故常采用喷丸强化表面，使表面产生压应力，消除或减轻弹簧的表面缺陷，以便提高其强度及疲劳强度。4.常用弹簧钢❖（1）Si-Mn类型弹簧钢65Mn钢，其价格

低廉，淬透性优于碳素弹簧钢，可用以制造φ8～15mm的小型弹簧，如各种小尺寸的扁簧和座垫弹簧、弹簧发条等。60Si2Mn钢，由于同时加入Si与Mn，可用以制造厚度为10～12mm的板簧和直径φ２５～３０mm的螺旋弹簧，油淬即可淬透，常用于制造

汽车、拖拉机和机车上的减震板簧和螺旋弹簧，还可用于制造温度＜230℃使用的弹簧。4.常用弹簧钢❖（2）Cr-V类型弹簧钢其典型钢种为50CrVA，它具有良好的综合力学性能，弹簧表面不易脱碳，但价格相对较高，一般用于工件截面尺寸较大的重要弹簧，它于300℃以下工作时弹性不减，

内燃机的气阀弹簧就是用此钢制造。5.3.6Bearingsteels滚动轴承钢❖1.工作条件、主要失效形式与性能要求❖主要用以制造滚动轴承内、外套圈和滚动体(滚珠、滚柱)的专用钢称为滚动轴承钢。滚动轴承

是高速转动机械中不可缺少的重要零件之一。工作时套圈与滚动体之间呈点或线接触，接触面上承受极高的交变载荷，交变次数达数万次/min、甚至更高，所以主要承受接触疲劳破坏；其表面受到极高的局部压应力，且不仅受滚动摩擦，还有滑动摩擦，。1

.工作条件、主要失效形式与性能要求❖滚动轴承常见的失效形式主要有因摩擦造成的过度磨损而丧失精度，或产生接触疲劳破坏而形成的麻点剥落。❖根据工作条件和失效形式，要求滚动轴承钢应具有高的屈服强度和接触疲劳强度，高而均匀的硬度和耐磨性，足够的韧性和淬透性，在大气和润滑介质中还应有一定的抗蚀能力。

❖同时应注意对而且钢中非金属夹杂物，组织均匀性，K的形状、大小和分布，以及脱碳程度等都有严格的要求，否则就会显著缩短滚动轴承工件的使用寿命。2.化学成分特点❖（1）高碳滚动轴承钢中Wc为0.95％～1.15%，高的碳含量以保证钢有高的硬度及耐磨性。因决定钢

硬度的主要因素是马氏体中的碳含量，只有含碳量足够高时，才能保证马氏体的高硬度；此外，碳还要形成一部分高硬度的K，进一步提高钢的硬度和耐磨性。❖（2）合金化原则主加元素为Cr(0.4%～1.65%)，所起作用:一方面可提高淬透性

，另一方面还可形成合金渗碳体，使钢中K非常细小、均匀，从而大大提高钢的耐磨性和接触疲劳强度，另外Cr还可提高钢的耐蚀性。❖Si、Mn、Mo等元素，常用于制造大型轴承时进一步提高钢的淬透性和强度，Si还可显著提高钢的回火稳定

性。对无Cr轴承钢还应加入V元素，形成VC以保证耐磨性并细化钢基体晶粒。3.冶金质量❖（1）钢的纯净度研究表明，滚动轴承的接触疲劳寿命与钢中非金属夹杂物类型有很大关系。点状夹杂物（主要为含钙镁的铝酸盐）和脆性夹杂物（主要是氧

化铝、尖晶石类氧化物及氮化物）在钢中存在时，由于它们和基体交界处的弹塑性变形不协调，引起应力集中，故在夹杂物边缘处最易产生微裂纹，从而降低接触疲劳寿命。❖（2）钢的组织均匀性为了提高滚动轴承钢的力学性能，要求其淬火前的组织状态为均匀细小的球化体（即均匀细小的粒状P）。为此，必须认真改善钢中K的

不均匀性。不仅要严格控制轴承钢的球化退火工艺，还要严格控制退火前的原始组织。4.热处理特点❖（1）预先热处理采用正火+球化退火。正火的主要作用是消除网状K，以利于球化退火进行。若无连续网状K，可不进行正火。❖球化退火的目的有二:一

是为获得球化体组织，降低钢的硬度，以利于切削加工;二是为最终热处理作好组织准备。❖（2）最终热处理采用淬火+低温回火，显微组织为M回+K+Ar，其硬度为61～65HRC。由于低温回火不能彻底消除内应力及Ar，在长期使用中会发生应力松弛和组

织转变，引起尺寸变化，所以在生产精密轴承时，在淬火后应立即进行一次冷处理（-60℃～-80℃），并分别在低温回火和磨削加工后再进行120℃～130℃保温5～10h的低温时效处理，以进一步减少残余奥氏体和消除内应力

，保证尺寸稳定。❖一般滚动轴承的加工工艺路线为：轧制或锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火→磨削→成品。5.常用滚动轴承钢❖（1）含铬轴承钢即高碳低铬钢，如GCr9、GCr15(B00150)等。其中以GCr15钢应用最广。对于尺寸较大的轴承(如铁路轴承)可采用铬锰硅钢，如GCr15SiMn(B

01150)钢等。❖（2）无铬轴承钢如GMnMoVRE、GSiMoMnV，其性能和用途与GCr15相同，可以节约我国短缺元素Cr。6.其它类型的滚动轴承钢❖（1）渗碳轴承钢它主要用于制作大型轧机、发电机及矿山机械

上的大型（外径大于450mm）轴承。这些轴承的尺寸很大，在极高的接触应力下工作，频繁地经受冲击和磨损，因此对大型轴承除应有对一般轴承的要求外，还要求心部有足够的韧性和高的抗压强度及硬度，所以选用低碳的合金渗碳钢（如G20CrMo、G20CrNiMo、G

20Cr2Mn2Mo等）来制造。经渗碳淬火和低温回火后，表层坚硬耐磨，心部保持高的强韧性，同时表面处于压应力状态，对提高疲劳寿命有利。❖（2）不锈轴承钢它是适应现代化学、石油、造船等工业发展而研制的。在各种腐蚀环境中工作的轴承必须有高的耐蚀性能，一般含铬量的轴承钢已不能

胜任，因此发展了高碳高铬不锈轴承钢。铬是此类钢的主要合金元素，如9Cr18、9Cr18Mo等。❖（3）高温轴承钢航空发动机、航天飞行器、燃气轮机等装置中的轴承是在高温高速和高负荷条件下工作的，其工作温度在300℃以

上。GCr15钢的最高工作温度不超过180℃，含Si、Mo、V、Al的低合金轴承钢的工作温度也只能在250℃以下，如果温度再升高，则会导致硬度急剧下降而失效。因此在较高温度下工作的轴承，应采用具有足够高的

高温硬度、高温耐磨性、高温接触疲劳强度及高的抗氧化性等性能轴承钢。6.其它类型的滚动轴承钢（3）高温轴承钢❖目前高温轴承钢有两类：❖一类是高速钢类轴承钢。用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2制作的轴承可以在430℃长期工作，此时的高温硬度大于57

HRC。Cr4Mo4V是性能较好的高温轴承钢，其热处理工艺与性能具有高速钢的特点。因含合金元素少，其高温硬度不如高速钢，但加工性能优于高速钢。Cr4Mo4V主要用于航空发动机，可以在315℃长期工作（此时高温硬度大于57HRC），短时可用到430℃（高温

硬度大于54HRC）。❖另一类是高铬M不锈钢。Cr14Mo4V是在9Cr18Mo的基础上升Mo降Cr并加入少量V而形成，提高了钢的高温性能，钢的高温硬度较高，耐蚀性良好，因V量较少（wV=0.15%），其耐磨性比Cr4Mo4V稍差，但加工性能更好。Cr14

Mo4V适于制作承受中、低负荷，在300℃下长期工作的轴承。5.3.7Free-cuttingsteels易削钢❖1.工作条件与性能要求❖易切削钢的好坏代表材料被切削加工的难易程度，由于材料的切削过程比较复杂，易切削性用单一的参量是难于表达的。通常，钢的切削

加工性，是以刀具寿命、切削力大小、加工表面的粗糙度、切削热以及切屑排除难易等来综合衡量。2.化学成分特点❖（1）S的作用在钢中与Mn和Fe形成(Mn,Fe)S夹杂物，它能中断基体的连续性，使切削易于脆断，减少切屑与刀具的接触面积。S还能起减摩作用，使

切屑不易粘附在刀刃上。但S的存在使钢产生热脆，所以S含量一般限定在0．08%～0．30%范围内，并适当提高含Mn量与其配合。❖（2）Pb的作用其用量通常在0．10%～0．35%范围，可改善钢的切削性能。Pb在钢中基本不溶而形成细小颗粒(2～3μm)均匀分布在基

体中。在切削过程中所产生的热量达到Pb颗粒的熔点时，它即呈熔化状态，在刀具与切屑以及刀具与钢材被加工面之间产生润滑作用，使摩擦系数降低，刀具温度下降，磨损减少。❖（3）Ca的作用其加入量通常在0．001

%～0．005%范围内，能形成高熔点(约1300～1600℃)的Ca-Si-Al的复合氧化物(钙铝硅酸盐)附在刀具上，形成薄而具减摩作用的保护膜，防止刀具磨损。❖（4）P的作用其加入量为0．05%～0．10%，能形成Fe-P化合物，

性能硬而脆，有利于切屑折断，但有冷脆倾向。3.常用易切削钢❖易切削钢钢号是以汉字“易”或拼音字母字头“Y”为首，其后的表示法同一般工业用钢。自动机床加工的零件，大多数用低碳碳素易切削钢。❖例如，Y40CrSCa表示附加S、Ca复合的易切削40Cr调质钢，它广泛用于各种高速切削自动机床;Tl0Pb

表示含碳量为1．0%的附加易切削元素Pb的易切削碳素工具钢，它常用于精密仪表行业中，如制作手表、照相机的齿轮轴等。5.3.8Caststeels铸钢❖1.碳素铸钢碳素铸钢的牌号、性能与用途种类与钢号对应旧钢号力学性能（≥）用途举例σb/MP

aσS/MPaδ5/%ψ/%AKV/J一般工程用碳素铸钢ZG200-400ZG15400200254030良好的塑韧性、焊接性能，用于受力不大、要求高韧性的零件ZG230-450ZG25450230223225一定的强度和较好韧性、焊接性能，用于受力不大、要求高

韧性的零件ZG270-500ZG35500270182522较高的强韧性，用于受力较大且有一定韧性要求的零件，如连杆、曲轴ZG310-570ZG45570310152115较高的强度和较低的韧性，用于载荷较高的零件，如大齿轮、制动轮ZG340-640ZG55640340101810高的强

度、硬度和耐磨性，用于齿轮、棘轮、联轴器、叉头等焊接结构用碳素铸钢ZG200-400HZG15400200254030由于碳含量偏下限，故焊接性能优良，其用途基本同于ZG200-400、ZG230-450和ZG270-500ZG23

0-450HZG20450230223525ZG275-485HZG254852752035222.低合金铸钢❖它是在碳素铸钢基础上，适当提高Mn、Si含量，以发挥其合金化的作用，另外还可添加低含量的Cr、Mo等合金元素，常用牌号有ZG40Cr、ZG40Mn、ZG35Si

Mn、ZG35CrMo和ZG35CrMnSi等。低合金铸钢的综合力学性能明显优于碳素铸钢，大多用于承受较重载荷、冲击和摩擦的机械零件，如各种高强度齿轮、水压机工作缸、高速列车车钩等。为充分发挥合金元素

作用以提高低合金铸钢的性能，通常应对其进行热处理，如退火、正火、调质和各种表面热处理。典型钢号❖1.工程结构用钢（Q235,Q345）❖2.调质钢（45，40Cr）❖3.表面硬化钢（20，20CrMnTi,38Cr

MoAlA）❖4.超高强度钢（45CrNiMo1VA）❖5.弹簧钢（60Si2Mn,50CrVA）❖6.滚动轴承钢（GCr15）❖7.易切削钢（Y40CrSCa）