合金钢手册 下册 第4篇 专业用钢

《合金钢手册 下册 第4篇 专业用钢》据源文件名标注为1964年出版，由冶金工业部钢铁研究院、第一机械工业部机械科学研究院主编。本次OCR未见封面、版权页、前言及完整目录，所见前20页从第一章“汽车、拖拉机及农用柴油机用钢”开始，并进入第二章“汽轮机用钢”开头，内容属于专业用钢部分。

第一章开篇说明，汽车和拖拉机零件大都承受动力载荷；由于发动机功率不断增大、热负荷增加、新工艺发展以及从设计上进一步降低单位功率与金属材料消耗量，因此对材料提出更高要求。正文从强度、硬度和淬透性，疲劳强度，金属的塑性，耐磨性，切削加工性能，锻造性能，焊接性能等方面说明选材要求。其中指出，设计汽车、拖拉机和农用柴油机时通常首先考虑钢的屈服强度或抗拉强度；钢材硬度基本上表示相应强度数值，碳素钢或合金钢在淬火、回火、热轧、退火、正火后的抗拉强度和硬度之间，当硬度在HB500以下时大致符合σb=0.35HB。正文还指出，汽车、拖拉机零件大多承受弯曲应力和扭应力的复合作用，只有少数零件在纯拉伸下工作，如缸盖螺栓、连杆螺栓等要求截面中心能完全淬透；弹簧也要求钢材能完全淬透，因此常以淬透性作为选择用钢的首要条件之一。疲劳强度方面，正文说明大多数零件所受的力在数值上或方向上总是变化着的，传动系统齿轮和轴等承受周期性载荷，齿的损坏通常是金属疲劳的结果；弯曲疲劳强度与抗拉强度之比约为0.4～0.6，缺口影响最大。塑性方面，轴、杠杆、纵拉杆等联动机件在运转时经常受到振动和冲击载荷，履带式拖拉机尤其严重，因此选材除静强度和疲劳强度外还应考虑塑性。耐磨性方面，齿轮在带滑动的滚动摩擦下工作，常因表层破裂剥落或换挡冲击造成磨损，一般采用渗碳、氰化、高频淬火等提高耐磨性。切削加工性能方面，大批大量生产和自动化生产对钢材切削加工性要求特别重要；钢的切削加工性与化学成分、金相组织、机械性能及毛坯生产方法有关，自动机床用钢或易切削钢因含较多硫和锰而具有良好的加工性能，提高低碳钢含磷量或加入少量铅也可改善切削性能，铝和硅易形成Al2O3及SiO2使加工困难，钨、铬、钼、镍等增加强度和韧性也使切削加工性变坏。锻造性能方面，要求钢材锻造时热塑性良好、易于成型，锻造后氧化皮松、易脱落清理；汽车、拖拉机和农用柴油机常用锻钢件有优质碳素结构钢和低合金钢，如35、40、45、40Cr等，一般而言钢中含合金元素愈多，锻造性能愈差。焊接性能方面，某些焊接零件如万向接管、车轴套管、半轴法兰及某些载重汽车车架等，选材时必须考虑焊接性能；含碳量愈高焊接性能愈低，合金元素增加均使焊接性能降低，尤其磷和硫，但铝、钛等含量不高时对焊接性能有利。

第一章第1节按工艺特点及用途将汽车、拖拉机及农用柴油机用钢大致分为六类。§1渗碳钢说明渗碳钢含碳量较低，一般0.10～0.23%最合适，近年来有把含碳量提高到0.24～0.32%、渗碳层厚度相应降低到0.6～0.9mm者；渗碳钢因高温长时间保温晶粒易长大，应采用细晶粒钢，淬火后要求渗碳层中残余奥氏体少、碳化物细小分布均匀、无粗大网状碳化物、碳浓度梯度和缓，表层含碳量最好0.9～1.1%左右。表IV-1-1列常用渗碳钢钢号及用途，涉及20、30、20Mn、20Mn2、30Mn、15Cr、20Cr、30Cr、18CrMnTi、30CrMnTi、22CrMnMo、20MnTiB、30MnTiB、20SiMnVB、20MnVB、20Mn2B、20CrMnMoVB等，用于汽车、拖拉机齿轮、轴、活塞销、凸轮轴、气阀挺杆、转向节、万向节十字轴等。§2调质钢说明对调质钢要求主要是淬透性，以保证零件整个截面上强度均一；这类钢为含碳量0.35～0.60%的碳素结构钢和合金结构钢，最终热处理是淬火和高温回火，使具有索氏体组织，使强度和塑性良好配合；碳素钢淬透性较差，一般用于性能要求较低或截面不大零件，合金结构钢比碳素钢有较好淬透性，调质后综合机械性能更好；调质钢多在调质状态下使用，也有的再经高频表面淬火提高表面硬度，用以制造重负荷和冲击条件下要求耐磨零件，工厂常采用这种方法代替渗碳钢。表IV-1-2列常用调质钢钢号及用途，涉及30、35、40、45、50、30Mn、40Mn、45Mn、50Mn、35Mn2、40Mn2、45Mn2、40Cr、45Cr、35SiMn、42SiMn、40CrMnMo、40CrMnTi、40CrMnB、40MnB、40MnVB、38CrSi、40CrMnMoVB等，用于汽车、拖拉机轴类、齿轮、螺栓、半轴、转向节、曲轴、连杆等。§3高频用钢介绍中碳碳素结构钢和合金结构钢，说明高频加热淬火优点是加热时间短、生产率高、工艺易控制、可流水生产和自动化，因加热速度快可避免过热、晶粒长大、表面氧化、脱碳等缺点并降低变形；高频加热淬火后零件表面耐磨性提高，表面形成预压应力，大大提高表面疲劳强度，因此有可能用碳素钢或低合金钢代替贵重合金钢。正文说明高频用钢最主要考虑含碳量，过高可能开裂，过低硬度达不到要求；为保证硬度均匀、质量稳定，常采用含碳量范围较窄的“精选钢”（C0.42～0.47%或0.45～0.50%）。代替渗碳钢零件时含碳量可0.5～0.55%，甚至0.60%；提高调质零件耐磨性时最适宜含碳量0.37～0.43%。还要求表面不得脱碳或贫碳、不得有微裂纹，原始组织晶粒度均匀细小，一般要求六级以上，需预先热处理；调质后较细索氏体组织较理想，也有用正火代替调质；钢中若有带状铁素体或大块铁素体会造成软点或硬度不匀，高频用钢淬火前不应作退火处理。表IV-1-3列常用高频用钢及用途，表IV-1-4至表IV-1-6分别列高频淬火后的弯曲扭转强度、冲击韧性和疲劳强度。§4弹簧钢说明弹簧钢要求高强度、高弹性极限、疲劳强度及足够韧性和塑性，首先要有较高含碳量、纯度和高冶炼质量；按化学成分分碳素弹簧钢和合金弹簧钢，按供应状态机械性能可分供应状态具有弹簧成品所需机械性能、加工后只需低温回火消除应力者，以及热轧或退火状态供应、加工后尚需淬火及中温回火者。表IV-1-7列弹簧钢性能和用途，表IV-1-8列某些弹簧钢淬火回火后的抗拉和抗扭强度。§5冷冲压钢说明汽车和拖拉机用冷冲压钢大致分薄钢板和中厚钢板二类：薄钢板厚度小于4mm，用来制造车身、驾驶室、发动机罩、翼子板等不承受载荷的各种覆盖零件，常用08、08F、10及10F等，较普遍采用08F及10F沸腾钢板；中厚钢板厚度4～11mm，用来制造承受一定负荷零件，如大梁、横梁、踏脚板等，常用25、35、30Mn2、16Mn及30MnTi等。正文还述冷冲压钢对冲压性能要求，包括化学成分、机械性能、显微组织和时效性能，表IV-1-9列常用冲压钢机械性能。§6冷镦用钢说明现代化汽车和拖拉机制造业广泛采用冷镦工艺生产互换性较高标准件，如螺钉、销钉、螺栓、螺母及圆头螺钉等，优点是材料利用率高、产量高、成本低；要求冷镦用钢具有很高塑性、高表面光洁度，钢材表面质量和内部缺陷是影响冷镦开裂主要原因；钢含碳量超过0.25%时，对冷镦变形较大零件应先进行球化退火；冷镦钢表面不允许有肉眼可见重皮、折叠、斑疤、刻痕、裂纹等缺陷，脱碳层深度不应超过直径2%，内部不允许严重夹杂物、夹层、疏松、缩孔和显著偏析。表IV-1-10列常用冷镦钢化学成分及机械性能，涉及10、15、20、35、45、15Cr、40Cr等。

第一章第2节“汽车、拖拉机及农用柴油机主要零件的热处理”按零件分述。§1曲轴说明曲轴承受周期性变化气体压力、活塞连杆组往复惯性力、回转惯性力和曲柄间扭转应力，轴颈表面单位压力很高，高速发动机还产生扭转振动，因此要求高机械强度、刚性和冲击韧性，轴颈部分需高耐磨性及疲劳强度；国产汽车、拖拉机曲轴多采用45号钢制造，并在轴颈部分表面淬硬，大量生产工厂常要求含碳量范围较窄的“精选钢”（C0.42～0.47%或C0.45～0.5%），农用柴油机也有采用球墨铸铁制造曲轴。表IV-1-11列曲轴常用材料及技术条件。§2凸轮轴说明凸轮轴承受滚轮、推杆、摇杆、挺杆、气阀弹簧等传来的惯性力、气阀推力及凸轮传来扭力等复杂应力，由于零件间隙还承受冲击载荷，凸轮表面在干摩擦下工作，要求高机械强度和刚性、较好韧性及高硬度和耐磨性；过去多采用渗碳钢，国产解放牌汽车、东方红—54拖拉机和部分农用柴油机采用中碳钢局部高频淬火代替低碳钢渗碳；近年来铸铁凸轮轴有发展，如跃进牌汽车发动机和部分农用柴油机采用球墨铸铁制造，美国汽车也有采用低合金铸铁或可锻铸铁并将凸轮及轴颈部分表面淬火者。表IV-1-12列凸轮轴常用材料及技术条件。§3连杆说明连杆连接活塞和曲轴，承受迅速变化反复拉伸、压缩和横向弯曲应力，要求较高机械强度和疲劳强度、足够刚性和韧性；常用材料一般为45号钢，也有用低合金钢如40MnB、40Cr。表IV-1-13列连杆常用材料及技术条件。§4连杆螺栓说明连杆螺栓承受很大具有冲击性的迅速变化拉应力，折断往往引起破坏性事故，因外形尺寸受限制，必须选择较高机械强度和冲击韧性以及较好淬透性能钢材；国外一般采用中碳镍铬合金钢如40Cr、35CrMo、40CrNi和40CrNiMo等。表IV-1-14列连杆螺栓常用材料及技术条件。§5活塞销说明活塞销连接活塞与连杆，承受冲击性交变弯曲应力，长期在摩擦条件下工作，润滑条件较差，要求足够机械强度和塑性、高耐疲劳强度、高耐磨性、工作时变形小；一般多采用渗碳钢，也有用表面加热淬硬中碳钢代替低碳钢或低碳合金钢；为提高强度、韧性和耐磨性，渗碳后采用两次淬火及低温回火效果较好。表IV-1-15列活塞销常用材料及技术条件。§6气阀说明气阀端部露出燃烧室，进气阀在300～400℃下工作，排气阀在700～800℃下工作，排气阀还受更高气体压力和高温气体冲刷；常见故障是端部斜面烧坏、腐蚀、部分过热或熔化及挠曲变形，因此要求足够高温强度、冷热交变下组织稳定和物理性能不变、工作温度下适宜抗氧化性和抗腐蚀性、良好冷热加工工艺性。表IV-1-16列进气阀常用材料及技术条件，表IV-1-17列排气阀常用材料及技术条件。§7缸头螺栓说明缸头螺栓是汽缸头与机体紧固零件，受缸体内气体爆炸后高压及汽缸头传来热的作用，要求足够机械强度和冲击塑性。表IV-1-18列缸头螺栓常用材料及技术条件。§8飞轮齿圈说明飞轮齿圈是发动机起动零件，受冲击与弯曲应力，齿圈热套在飞轮轮缘上，内部有很大装配应力，除保证牙齿部分足够强度和耐磨性外，还应选择合理配合形式，过盈不宜过大或过小。表IV-1-19列飞轮齿圈常用材料及技术条件。§9油泵、油嘴偶件说明油泵、油嘴是柴油机心脏，定时定量频繁将油料按规定形状与方向细密均匀喷射到燃烧室，油料通过油嘴时喷油压力很高，因此要求高精度和光洁度，材料要求高耐磨性与抗腐蚀性，热处理后硬度应达RC60～62，热处理后不应变形，精研时易于达到精确形状和尺寸，工作过程中保持尺寸和几何形状不变，配合件密合面易于磨合，配合件热膨胀系数较接近；CrWMn是制造油泵和油嘴偶件较好材料，其次CrMn和GCr15也广泛采用。表IV-1-20列油泵、油嘴偶件常用材料及技术条件。§10齿轮说明汽车和拖拉机变速箱齿轮及拖拉机中央传动齿轮工作时承受交变弯曲应力，换挡时又承受冲击，齿表面在带滑动滚动摩擦下磨损，拖拉机工作条件恶劣、负荷更高，中央传动部分齿轮较变速箱齿轮受力更大，因此需根据齿轮不同工作条件选择最适宜钢材；齿轮材料必须具有高疲劳强度、适宜心部塑性、齿表面耐磨，一般采用表面渗碳、氰化或高频淬火，通常采用表面渗碳法，渗碳层表面含碳量一般认为1%左右最好，渗碳层深度应为基圆上齿厚的1%～%。正文还列变速箱齿轮渗碳层深度0.8～1.0mm、差速器齿轮1.0～1.2mm、后桥齿轮1.2～1.5mm，心部硬度大于RC30；后桥齿轮受力较大，渗碳层深度一般1.2～1.5mm，模数一般比变速箱齿轮大，应选择淬透性较好钢材；拖拉机最终传动齿轮传动扭矩较大、齿面单位压力较高、离地面近、密封性不好，砂土灰尘容易侵入，工作条件更恶劣，国外多采用镍铬合金渗碳钢制造。表IV-1-21列齿轮常用材料及技术条件。§11变速箱轴说明变速箱轴在变速箱中主要传动发动机和齿轮转矩，花键部分或齿轮部分均受很高单位压力和冲击力，轴承受弯曲扭转疲劳应力，因此轴材料必须具有很好刚性、强度和韧性，以免弯曲使牙齿接触不良造成负荷不均匀；花键部分或齿轮部分在高应力和冲击下磨损，表面需较高硬度、耐磨性和疲劳强度。变速箱轴一般用调质钢制造，轴颈和花键部分经高频淬火或氰化处理，也有用渗碳钢制造。表IV-1-22列变速箱轴常用材料及技术条件。§12后半轴、转向节及履带式拖拉机的导向轮轴说明这些零件承受冲击、反复弯曲、疲劳和扭应力，要求足够抗弯强度、疲劳强度和较好塑性。表IV-1-23列后半轴等常用材料及技术条件。§13弹簧说明为保证弹簧尤其是高负荷下工作弹簧的正常工作，弹簧材料必须具有高弹性、疲劳强度以及足够塑性和韧性；弹簧用材料不应有非金属夹杂物和其他缺陷如白点、气孔、刮伤、发裂及较厚脱碳层。表IV-1-24列弹簧常用材料及技术条件。§14履带板说明履带板按结构可分组合式和整体铸造两种，红旗采用组合式履带板，东方红—54采用高锰铸整体铸造履带板；履带板是拖拉机最易磨损零件之一，要求材料有很好耐磨性以及足够强度和韧性。表IV-1-25列履带板常用材料及技术条件。章末列参考文献，涉及第一汽车厂、汽车研究所、南京汽车厂、机械科学研究院材料研究所、拖拉机生产工厂、东北工学院、交通大学、苏联汽车工业、瓦西连柯、罗赫林、古德佐夫、奥尔林、阿索诺夫、基丁、施梅柯夫、第一拖拉机厂、沈阳第二机床厂等资料。

第二章“汽轮机用钢”开篇说明，电站设备制造工业在我国发展异常迅速，已由仿造过渡到独立设计，制造工艺水平显著提高；应用材料方面过去沿用外国钢号较多，且大多是镍铬钢，近年来国内在代用钢和新钢种研究方面进行了不少工作，部分成果已应用到实际生产中；本章对有些尚欠成熟的代用钢和新钢种亦作简单介绍，因此钢号较多、较杂，是过渡时期难免现象。正文还说明制造工艺过程对产品质量有很大影响，汽轮机零件制造工艺过程控制十分严格，但主要大锻件毛坯生产都在钢厂或重型机器厂内完成，本章限于条件在制造工艺方面叙述很少；汽轮机用钢由于工作条件特殊要求，某些钢号化学成分与冶金部部颁标准稍有出入，本章最后附有材料化学成分表供比较参考；特别说明35SiMn与德意志民主共和国37MnSi5相当，根据生产经验，为细化晶粒和稳定钢性能应添加少量钛。第1节“汽轮机用钢介绍”说明汽轮机制造业应用材料品种繁多，对材料性能要求多种多样，主要与汽轮机结构复杂性及独特工作条件有关，特点是有大的转动惯量、高转速（3000转/m或更高）和高圆周线速度（到425m/s以上）、在高压高温蒸汽介质中工作、通流部分承受相当大蒸汽运动速度（到600m/s）、要求长时间使用；在这种条件下工作的汽轮机零件必然承受高离心力、蒸汽流冲刷和腐蚀作用，高温下工作零件亦会随时间增长发生蠕变、松弛等现象使强度降低。因此对制造汽轮机零件用材料要求：高强度特性并有足够塑性和韧性储备，以防止电机突然短路时瞬时产生大载荷；高抗氧化性和耐腐蚀性；一定热强性能，保证高温下工作时有足够蠕变强度、持久强度和抗松弛稳定性；优良工艺性能尤其热加工性能；长时间使用过程中材料性能不发生变化；一定物理性能。正文还指出不同用途汽轮机零件材料性能要求有所不同，如叶片材料对耐腐蚀性能要求更高；要满足各式各样要求，必须合理选择材料和热处理规范。表IV-2-1列碳素钢钢号及用途，涉及G0、G1、G3、G5、10、15、20、35、45、60、60Mn、85等，用于垫圈、垫片、一般零件、键、定位销、蒸气管、渗碳零件、螺栓、法兰盘、管道、锻件、主轴、小叶轮、齿轮、偏心轴、离合器垫片、弹簧等。表IV-2-2列合金结构钢钢号及用途，涉及BoI-extra(10CrV)、12CrMo、12CrMoV、15CrMo、15Cr1Mo1V、18CrMnMo、20CrMn、HDV15(24CrV)、HDT(22CrWV)、24CrMoV、25Mn2V、25Cr2MoV、25Cr2Mo1VA、POLDI212-D2(30W4Cr2V)、P2(25Cr1Mo1V)、30Cr2MoV、30CrMo、30CrMnSi、34CrMo1A、34CrNi1Mo、34CrNi3MoV、34CrNi3Mo、35CrMoA、35CrMoV、TKV60(35Cr2V)、35SiMn、38CrMoAlA、40MnSi4、60Si2、60Si2CrA、20Cu、50CrVA、34Cr3WMoV等，用于隔板汽叶喷嘴、主汽管、蛇形管、导管、锻件、凸轮轴、传动齿轮、汽封轴套、叶片、螺母、螺栓、法兰管道、叶轮、阀门、主汽阀、调节阀、前汽缸螺栓、圆柱杆、高温弹簧、整锻转子、主轴、齿轮、大截面锻件、轴承间隔板、调速阀杆、万向顶、阀座、阀件、调速器、转动套、固定套、电站管道、弹簧等，并注明部分为捷克、苏联、德意志民主共和国钢号或上海汽轮机厂自制钢种。本次仅见前20页，后续内容待补。