文档介绍：Chapter 3机械制造结构钢
一、 应用背景
机械制造结构钢也称机器零件用钢， 是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的， 用于制造各
种机械零件所用的钢种，故此得名。
如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹簧、轴承及高强度结构件等。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。
二、 机械制造结构钢的服役条件
主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者是它们中
的多种载荷的交互作用。服役环境是大气、水和润滑油，温度在 -50 C〜+100 C范围之间。
机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差配合等。 由此便决定机器零
件用钢在性能上要求与工程构件用钢有所不同。
三、 机器零件用钢对力学性能要求 ：要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及 安全性好；要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。
因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力， 所以机器零件用钢的
使用状态通常为淬火加回火态，即强化态。
对钢材的其它工艺性能（如冶炼性能、浇注性能、可锻性能等）也有要求，但一般问题不大。 机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。
结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合机械性能， 有较高的强度，良好的塑性和韧性。 适
用于这种热处理的钢种称为调质钢。
一、调质钢的化学成分特点
1•碳：中碳，碳含量一般在 %〜% ;钢中的碳保证有足够多的碳化物体积分数以获得高 的强度。 碳含量过低时，淬硬性不够；碳含量过高则韧性下降。
：主加合金元素： Cr、Mn、Si、Ni ;辅加合金元素：
等。
重要的调质钢，一般都含有多种合金元素。
合金元
主 Mo V
素
含量范
围
曰.
Mo、 W、
V、Ti、
Al、 B
合金元
素
Si
Mn
Cr
Ni
含量范 围
（wt%）
-
-
-
-
W Ti
Al
(wt%)
-0.
-
2
-0.
-
1
-
<
合金元素的作用：提高淬透性；
Cr、Mn、Si、Ni溶于a相，起固溶强化作用。
Cr、Mo、W、V等阻碍a相的再结晶，也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，使钢保 持高硬度。
加入Mo、W来防止回火脆性。V、Ti、Al起细化晶粒的作用。
二、对调质钢的淬透性要求
并据此来确
调质零件上马氏体层的厚度应根据零件在工作时经受应力的类型及大小来确定， 定对淬透性的要求。
例如：某些轴类零件，它们承受弯曲力，表面受到最大的张应力，随着离表面的距离增大， 应力逐渐减低，所以只要求在淬火轴的 1/2半径处达到80%马氏体即可。
例如：某些重要的销钉或螺栓， 在工作时，整个截面上受到大的剪切力或拉力， 因此要求零
件在整个截面上淬成马氏体。
需要根据淬透性曲线来选择钢种。
三、调质钢的热处理特点
预备热处理 为了便于切削加工和改善钢件因热加工不当而造成的粗晶组织和带状组织，需要进行预 备热处理。
合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体，对此类钢一般采用在 AC3 线以上 加热进行正火。
合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多为马氏体组织，对此类钢一般采用在 AC3 线以
上加热进行正火，随后再进行一次高温回火，使马氏体型钢的强度由 HB380〜550降至
HB207〜240,可以顺利地进行切削加工。
最终热处理
（1） 淬火
将钢件加热至 AC3 线以上进行淬火,淬火温度由钢的成分来决定,淬火介质根据钢件尺寸 大小和钢的淬透性加以选择。
（2） 回火
根据所要求的性能来决定回火温度, 回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。 高温回 火时应考虑钢材的回火脆性问题。
（3） 表面处理
某些零件除了要求较高的强、 韧、 塑性配合以外, 往往还要求某些部位 （如轴类零件的 轴颈或花键部分） 有良好的耐磨性。 为此, 经调质处理后, 在局部部位进行高频感应表面淬 火。
四、调质钢的合金元素与机械性能
调质钢的硬度 回火索氏体的硬度取决于铁素体的硬度和碳化物的弥散强化作用,并可用下式表示：
H=HF + a S
式中：H为钢高温回火后的硬度； HF为铁素体的硬度；a为碳化物的强化系数； S为碳化
物颗粒的总表面积。
上式说明： 铁素体的晶粒大小, 合金元素在铁素体中的固溶程度, 碳化物的数量和碳化物的 弥散程度与调质钢的硬度有着密切的关系。
回火温度与调质钢综合机械性能的关系
当调质钢淬火成马氏体，在 4