硬度和的案例
中科院沈陽金屬所&美國布朗大學(xué)今日Science：梯度納米孿晶金屬強(qiáng)度和硬度的同步增強(qiáng)
【引言】
梯度結(jié)構(gòu)普遍存在于天然材料中，如骨頭、貝殼和樹木。微結(jié)構(gòu)梯度正越來越多地被引入到各種工程材料中，通過不同于無梯度對等體的變形機(jī)制，為材料提供更高的強(qiáng)度、硬度、加工硬化、延展性和抗疲勞性。然而，理解包括工程材料在內(nèi)的所有梯度結(jié)構(gòu)中與結(jié)構(gòu)梯度相關(guān)的力學(xué)行為一直是一項挑戰(zhàn)。
盡管結(jié)構(gòu)梯度的控制對于獲得優(yōu)化的機(jī)械性能至關(guān)重要，但是現(xiàn)有的制造方法限制了塊體梯度材料。例如，表面加工和機(jī)械處理會產(chǎn)生僅位于表面附近的有限的梯度層，或者產(chǎn)生沿梯度方向可忽略的結(jié)構(gòu)梯度。所有這些都限制了我們調(diào)控機(jī)械性能和理解梯度結(jié)構(gòu)金屬變形機(jī)制的能力。
【成果簡介】
今日，來自美國布朗大學(xué)的Huajian Gao和中科院沈陽金屬所的盧磊研究員（共同通訊）聯(lián)合在Science上發(fā)文，題為“Extra strengthening and work hardening in gradient nanotwinned metals”。作者研究了純銅中具有高度可調(diào)結(jié)構(gòu)梯度的梯度納米孿晶結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。較大的結(jié)構(gòu)梯度允許優(yōu)異的硬度和強(qiáng)度，機(jī)械性能優(yōu)于梯度結(jié)構(gòu)中的任一組分。作者通過系統(tǒng)實驗和原子模擬發(fā)現(xiàn)，這種不尋常的行為是由晶粒內(nèi)部超高密度位錯的獨(dú)特圖案提供的。這些觀察結(jié)果不僅揭示了梯度結(jié)構(gòu)，也可能為通過梯度設(shè)計改善材料的機(jī)械性能指明了一條有希望的途徑。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1.
展開 折痕減少，硬度和玻璃一樣
其特點(diǎn)是，不僅要具備耐久性和穿透率，還要具備可以靈活折疊的彎曲特性。
LG化學(xué)的相關(guān)人士表示:“與現(xiàn)有的PI(polyimide)薄膜或強(qiáng)化玻璃的材質(zhì)不同,LG化學(xué)的新涂層技術(shù)即可以最大化其柔韌性,同時可以解決折疊痕等問題。是折疊手機(jī)的最優(yōu)化解決方案。”
LG化學(xué)此次開發(fā)的“Real Folding window”是在超薄PET膜的兩面涂上數(shù)十微米(?)厚的新材料，保全了其塑料材料的耐熱性和機(jī)械物性。
相比現(xiàn)有的鋼化玻璃，厚度更薄的同時兼?zhèn)湎嗤降?em>硬度，也沒有碎屏問題。而相比PI膜，價格上也十分具有競爭力。且優(yōu)秀的柔韌性在反復(fù)折20萬次以上仍可以保持耐久性不變。且大幅改善了畫面折疊部位產(chǎn)生的皺痕。
而比較特別的是，現(xiàn)有市面上的蓋板基本是優(yōu)化于內(nèi)折疊的In-Folding方式，而LG化學(xué)的“Real Folding window”的優(yōu)點(diǎn)是可以實現(xiàn)畫面向外折疊，兼?zhèn)銸ut-Folding方式。
LG化學(xué)還在開發(fā)無需要額外的PET膜，僅靠涂層可以實現(xiàn)的超薄“Real Folding window”技術(shù)。無需PET膜的涂層產(chǎn)品或?qū)?yīng)用于需要實現(xiàn)超薄的可折疊手機(jī)和可卷IT產(chǎn)品等領(lǐng)域。
LG化學(xué)表示，公司通過把握客戶對超薄、簡潔外觀、穩(wěn)定折疊特性等蓋板材質(zhì)的需求，開發(fā)出了涂層方式的蓋板材料，并完成了驗證。計劃明年內(nèi)完成量產(chǎn)性能，從2023年起開始進(jìn)行銷售。
LG化學(xué)IT原材料事業(yè)部部長JangDoogi常務(wù)表示:“本次的Real Folding window開發(fā)進(jìn)一步解決了客戶的痛點(diǎn)，已有多家客戶尋求合作。
展開 軸類零件選材及熱處理工藝分析
整體調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)到220～250HBS；內(nèi)外圓錐面采用鹽浴局部淬火和低溫回火，硬度為45～50HRC；花鍵部分采用高頻感應(yīng)淬火和低溫回火，硬度為48～53HRC。
（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸。右圖是175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸簡圖，由于該柴油機(jī)的功率（4.4KW）不大，故曲軸承受的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和沖擊載荷不大。但曲軸在滑動軸承中工作，軸頸部位要求具有較高的硬度和耐磨性。具體要求是：σb≥750MPa，整體硬度為240～260HBS，軸頸處表面硬度≥625HV，δ≥2％，Ak≥12J。現(xiàn)選用Q700-2，鑄造成形，其工藝路線如下：
鑄造→高溫正火→高溫回火→機(jī)械加工→軸頸處氣體滲氮。
高溫正火是為了獲得均勻細(xì)小的珠光體基體，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。高溫回火是消除正火造成的應(yīng)力。軸頸處滲氮是為了提高軸頸處的表面硬度和耐磨性。
文章來自我愛機(jī)械制圖。
展開 干鑄造學(xué)金屬，廢鋼18種常存元素每個鑄造人的必修課
加入少量鋯有脫氣、凈化和細(xì)化晶粒作用，有利于鋼的低溫性能，改善沖壓性能，它常用于制造燃?xì)獍l(fā)動機(jī)和彈道導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)使用的超高強(qiáng)度鋼和鎳基高溫合金中。
（9）Co 鈷多用于特殊的鋼和合金中，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度，與鉬同時加入馬氏體時效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學(xué)性能。此外，鈷在熱強(qiáng)鋼和磁性材料中也是重要的合金元素。
鈷降低鋼的淬透性，因此，單獨(dú)加入碳素鋼中會降低調(diào)質(zhì)后的綜合力學(xué)性能。鈷能強(qiáng)化鐵素體，加入碳素鋼中，在退火或正火狀態(tài)下能提高鋼的硬度、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，對伸長率和斷面收縮率有不利的影響，沖擊韌性也隨著鈷含量的增加而降低。由于鈷具有抗氧化性能，在耐熱鋼和耐熱合金中得到應(yīng)用。鈷基合金燃?xì)鉁u輪中更是顯示了它特有的作用。
（10）Si 硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。但含硅量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比（σ-1/σb）等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。
硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率，使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅因有強(qiáng)的脫氧力，從而減少了鐵的磁時效作用。
含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱時冷卻較快，由于熱導(dǎo)率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。
硅能降低鋼的焊接性能。
展開 
全！合金元素在鋼中的作用，不用再查資料了
為了改善和提高鋼的某些性能和使之獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、硅、錳、鋁、銅、硼、稀土等。磷、硫、氮等在某些情況下也起到合金的作用。
(1) 鉻(Cr)
鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強(qiáng)性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。
鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率。當(dāng)鉻含量超過15%時，強(qiáng)度和硬度將下降，伸長率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。
鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要作用是提高淬透性，使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學(xué)性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。
含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強(qiáng)度。
（2）鎳（Ni）
鎳在鋼中強(qiáng)化鐵素體并細(xì)化珠光體，總的效果是提高強(qiáng)度，對塑性的影響不顯著。一般地講，對不需調(diào)質(zhì)處理而在軋鋼、正火或退火狀態(tài)使用的低碳鋼，一定的含鎳量能提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性。據(jù)統(tǒng)計，每增加1%的鎳約可提高強(qiáng)度29.4Pa。隨著鎳含量的增加，鋼的屈服程度比抗拉強(qiáng)度提高的快，因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。鎳在提高鋼強(qiáng)度的同時，對鋼的韌性、塑性以及其他工藝的性能的損害較其他合金元素的影響小。對于中碳鋼，由于鎳降低珠光體轉(zhuǎn)變溫度，使珠光體變細(xì)；又由于鎳降低共析點(diǎn)的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素鋼比，其珠光體數(shù)量較多，使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強(qiáng)度較相同碳含量的碳素鋼高。
展開 數(shù)控刀具材料及選用大全，再也不用盲目選刀了。
⑵ 硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)
硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)如下：
①高硬度：硬質(zhì)合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(稱硬質(zhì)相)和金屬粘結(jié)劑(稱粘接相)經(jīng)粉末冶金方法而制成的，其硬度達(dá)89～93HRA，遠(yuǎn)高于高速鋼，在5400C時，硬度仍可達(dá)82～87HRA，與高速鋼常溫時硬度(83～86HRA)相同。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘接相的含量而變化，一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時，YT類合金的硬度高于YG類合金，添加TaC(NbC)的合金具有較高的高溫硬度。
②抗彎強(qiáng)度和韌性：常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在900～1500MPa范圍內(nèi)。金屬粘接相含量越高，則抗彎強(qiáng)度也就越高。當(dāng)粘接劑含量相同時，YG類(WC-Co)合金的強(qiáng)度高于YT類(WC-TiC-Co)合金，并隨著TiC含量的增加，強(qiáng)度降低。硬質(zhì)合金是脆性材料，常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1／30～1／8。
⑶ 常用硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用
YG類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(如YG3X、YG6X)在含鈷量相同時比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。
YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐熱性好、高溫時的硬度和抗壓強(qiáng)度比YG類高、抗氧化性能好。因此，當(dāng)要求刀具有較高的耐熱性及耐磨性時，應(yīng)選用TiC含量較高的牌號。YT類合金適合于加工塑性材料如鋼材，但不宜加工鈦合金、硅鋁合金。
YW類合金兼具YG、YT類合金的性能，綜合性能好，它既可用于加工鋼料，又可用于加工鑄鐵和有色金屬。這類合金如適當(dāng)增加鈷含量，強(qiáng)度可很高，可用于各種難加工材料的粗加工和斷續(xù)切削。
展開 為什么高碳鋼比較難焊？
同時，焊接熱影響區(qū)內(nèi)形成的馬氏體組織，性能硬而脆，導(dǎo)致接頭的塑性和韌性大大下降，因此高碳鋼的焊接性相當(dāng)差，必須采取特殊的焊接工藝，才能保證接頭的性能。
因此，在焊接結(jié)構(gòu)中，一般很少采用。高碳鋼主要用于要求高硬度和耐磨性的機(jī)器零部件，如轉(zhuǎn)軸、大型齒輪和聯(lián)軸器等[1]。
為節(jié)省鋼材，簡化加工工藝，這些機(jī)器零部件也往往采用焊接結(jié)構(gòu)組合而成。在重型機(jī)器制造中，也會碰到高碳鋼部件的焊接問題。
在制定高碳鋼焊件的焊接工藝時，應(yīng)全面分析可能產(chǎn)生的各種焊接缺陷，并采取相應(yīng)的焊接工藝措施。
1 高碳鋼的焊接性
1.1 焊接方法
高碳鋼主要用于高硬度和高耐磨性的結(jié)構(gòu)，所以主要的焊接方法是焊條電弧焊、釬焊和埋弧焊。
1.2 焊接材料
高碳鋼焊接一般不要求接頭與母材等強(qiáng)度。焊條電弧焊時一般選用去硫能力強(qiáng)、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低、韌性較好的低氫型焊條。
在要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時，應(yīng)選用相應(yīng)級別的低氫型焊條；在不要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時，應(yīng)選用強(qiáng)度級別低于母材的低氫型焊條，切記不能選擇強(qiáng)度級別比母材高的焊條。
如果焊接時母材不允許預(yù)熱，為了防止熱影響區(qū)冷裂紋，可選用奧氏體不銹鋼焊條，以獲得塑性好、抗裂紋能力強(qiáng)的奧氏體組織。
1.3 坡口制備
為了限制焊縫金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)減少熔合比，所以焊接時一般采用U型或V型坡口，并注意將坡口及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等處理干凈。
1.4 預(yù)熱
采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在250℃～350℃。
1.5 層間處理
多層多道焊時，第一道焊采用小直徑焊條，小電流焊接。
展開 正火、退火、淬火、回火你都分清楚了嗎！
退火材料的力學(xué)性能可以用拉伸試驗來檢測，也可以用硬度試驗來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態(tài)供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計，檢測HRT硬度。
退火的目的在于：
① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。
② 軟化工件以便進(jìn)行切削加工。
③ 細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能。
④ 為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。
常用的退火工藝
① 完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。
② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土?em>硬度。
③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降 低。
④ 再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。
⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。
⑥ 擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。
展開 表面脫碳對滲碳淬火工藝的影響
一旦形成此類組織，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲勞極限，并由晶粒邊界或氧化物的應(yīng)力集中區(qū)域，萌生細(xì)微裂紋，并向更深的地方延伸。材料為S-20MnCrSH，化學(xué)成分見表1，產(chǎn)品外形如圖4 所示。
圖4 六七擋結(jié)合齒零件圖形
表1 S-20MnCrSH 化學(xué)成分(wt%)
解決問題的方法及結(jié)果驗證
根據(jù)現(xiàn)場試制中反饋的缺陷，預(yù)處理工藝進(jìn)行了七個產(chǎn)品工藝試驗。利用增加鍛造溫度和中頻加熱時間的方式，使產(chǎn)品表面脫碳達(dá)到上公差0.1mm 左右，觀察熱后理化檢測結(jié)果與毛坯狀態(tài)對應(yīng)情況，溫鍛成坯后對表面脫碳進(jìn)行檢測，如圖5 所示。
圖5 溫鍛成坯后表面脫碳情況(100×)
因溫鍛+無氧化正火+冷精整工藝特點(diǎn)，產(chǎn)品結(jié)合齒部位精整后不經(jīng)過機(jī)加工，所以齒部的表面脫碳尤為關(guān)鍵，檢測部位均為結(jié)合齒齒面，對冷精整后的表面脫碳進(jìn)行檢測，如圖6 所示。經(jīng)過金屬流動，齒頂和齒面表面脫碳被有效拉長堆積至齒根位置。
圖6 冷精整后表面脫碳情況(100×)
冷精整后，產(chǎn)品進(jìn)入機(jī)加工和滲碳淬火，對七件殘留體進(jìn)行特別跟蹤。對表面硬度、心部硬度、滲層深度和表面非馬氏體組織各項進(jìn)行分別檢測，與進(jìn)熱處理前進(jìn)行對比。利用原始不同深度的脫碳層零件，與進(jìn)熱處理后的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，表面脫碳層深的零件在熱處理后的非馬氏體組織厚度更大，表面硬度更易低于技術(shù)要求值，見表2。
通過該驗證試驗，檢測發(fā)現(xiàn)熱處理后產(chǎn)品表面均出現(xiàn)非馬氏體組織，如圖7 所示，且根據(jù)表面脫碳層深度呈現(xiàn)正比關(guān)系，而一旦出現(xiàn)非馬氏體組織后，所有工序均已完成，該問題的出現(xiàn)將造成產(chǎn)品報廢，非馬氏體組織通過強(qiáng)噴/氣噴工藝后有所改善，但難以全部消除，且極易造成表面毛刺的產(chǎn)生，影響產(chǎn)品質(zhì)量，需要根據(jù)實際情況制定有效措施進(jìn)行改善。
展開 數(shù)控刀具材料及選用大全，再也不用盲目選刀了。
⑵ 硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)
硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)如下：
①高硬度：硬質(zhì)合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(稱硬質(zhì)相)和金屬粘結(jié)劑(稱粘接相)經(jīng)粉末冶金方法而制成的，其硬度達(dá)89～93HRA，遠(yuǎn)高于高速鋼，在5400C時，硬度仍可達(dá)82～87HRA，與高速鋼常溫時硬度(83～86HRA)相同。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘接相的含量而變化，一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時，YT類合金的硬度高于YG類合金，添加TaC(NbC)的合金具有較高的高溫硬度。
②抗彎強(qiáng)度和韌性：常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在900～1500MPa范圍內(nèi)。金屬粘接相含量越高，則抗彎強(qiáng)度也就越高。當(dāng)粘接劑含量相同時，YG類(WC-Co)合金的強(qiáng)度高于YT類(WC-TiC-Co)合金，并隨著TiC含量的增加，強(qiáng)度降低。硬質(zhì)合金是脆性材料，常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1／30～1／8。
⑶ 常用硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用
YG類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(如YG3X、YG6X)在含鈷量相同時比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。
YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐熱性好、高溫時的硬度和抗壓強(qiáng)度比YG類高、抗氧化性能好。因此，當(dāng)要求刀具有較高的耐熱性及耐磨性時，應(yīng)選用TiC含量較高的牌號。YT類合金適合于加工塑性材料如鋼材，但不宜加工鈦合金、硅鋁合金。
YW類合金兼具YG、YT類合金的性能，綜合性能好，它既可用于加工鋼料，又可用于加工鑄鐵和有色金屬。這類合金如適當(dāng)增加鈷含量，強(qiáng)度可很高，可用于各種難加工材料的粗加工和斷續(xù)切削。
展開 刀具基本知識，看這一篇就夠了
各個牌號分別以01～50之間的數(shù)字表示從高硬度到最大韌性之間的一系列合金。
⑵ 硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)
① 高硬度：硬質(zhì)合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(稱硬質(zhì)相)和金屬粘結(jié)劑(稱粘接相)經(jīng)粉末冶金方法而制成的，其硬度達(dá)89～93HRA，遠(yuǎn)高于高速鋼，在5400C時，硬度仍可達(dá)82～87HRA，與高速鋼常溫時硬度(83～86HRA)相同。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘接相的含量而變化，一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時，YT類合金的硬度高于YG類合金，添加TaC(NbC)的合金具有較高的高溫硬度。
② 抗彎強(qiáng)度和韌性：常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在900～1500MPa范圍內(nèi)。金屬粘接相含量越高，則抗彎強(qiáng)度也就越高。當(dāng)粘接劑含量相同時，YG類(WC-Co)合金的強(qiáng)度高于YT類(WC-TiC-Co)合金，并隨著TiC含量的增加，強(qiáng)度降低。硬質(zhì)合金是脆性材料，常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1／30～1／8。
⑶ 常用硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用
YG類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(如YG3X、YG6X)在含鈷量相同時比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。
YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐熱性好、高溫時的硬度和抗壓強(qiáng)度比YG類高、抗氧化性能好。因此，當(dāng)要求刀具有較高的耐熱性及耐磨性時，應(yīng)選用TiC含量較高的牌號。YT類合金適合于加工塑性材料如鋼材，但不宜加工鈦合金、硅鋁合金。
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齒輪的表面完整性與抗疲勞制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
依據(jù)多次檢測結(jié)果，可根據(jù)殘余應(yīng)力的性質(zhì)和數(shù)值大小對加工工藝給予正確及時的評價分析。
圖7 巴克豪森表面檢測
( a) 手動檢查和自動檢測; ( b) 機(jī)器人在線檢測
2.2 齒輪的熱處理硬化及表面完整性控制
非主要的承力齒輪常常采用45 鋼調(diào)質(zhì)處理后直接機(jī)械加工而使用。最近發(fā)展的低碳貝氏體-馬氏體鋼來制作齒輪也無需熱處理硬化。機(jī)械工業(yè)常常采用20CrMnTi、20CrMnTiH42CrMo、39NiCrMo3、40CrMoA17、SAE4140 和AISI5130 等材料來制造重要的關(guān)鍵承力齒輪，而航空航天工業(yè)則要采用優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度合金鋼制造，如高純夾雜物精細(xì)控制的M50NiL、9310 鋼等材料常常被用來制造承力齒輪。承力齒輪常常需要采用感應(yīng)淬火、滲碳、滲氮或碳氮共滲以及滲硼或其他元素來增加表面層的硬度，提高表面層的強(qiáng)度，從而來增加表面層的疲勞抗力和減小表面磨損。適宜的硬化層深度和硬度梯度是齒輪熱處理硬化的關(guān)鍵。過硬的表面和較大的硬化梯度或較淺的硬化層深度極易形成具有雞蛋殼似的硬層，這將導(dǎo)致齒輪受載后表面層發(fā)生早期剝落，應(yīng)引起足夠的重視，并采用適當(dāng)?shù)挠不に噥肀苊獬霈F(xiàn)此類情況。低于規(guī)定的硬度和較小的硬化層硬度梯度或較深的硬化層則易在表面形成磨損或難以達(dá)到預(yù)期的硬化效果。近年來發(fā)展的深層滲碳和深層滲氮技術(shù)為形成適宜的硬化層深度和硬度梯度提供了較好的新思路和成熟的工藝方法。
齒輪熱處理硬化的表面完整性控制就是控制表面硬化層的組織結(jié)構(gòu)、硬度梯度和硬化層深度以及殘余應(yīng)力等。齒輪熱處理硬化控制不當(dāng)易導(dǎo)致表層出現(xiàn)黑色組織、脫碳、白亮層較深、微觀裂紋等缺陷，也易導(dǎo)致本應(yīng)形成的殘余壓應(yīng)力變成殘余拉應(yīng)力。
展開 鑄造人入門必知，金屬熱處理中最典型的“四把火”工藝
(1)低溫回火(150-250℃)
低溫回火所得組織為回火馬氏體，其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具、量具、沖模、滾動軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為60HRC左右。
(2)中溫回火(350-500℃)
中溫回火的目的是獲得高的屈服強(qiáng)度、彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為45HRC左右。
中溫回火的彈簧
(3)高溫回火(500-650℃)
習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。因此，廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類等。回火后硬度一般為260HBW左右。
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展開 模具選材原則
硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。
1．強(qiáng)韌性
模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強(qiáng)度和韌性。
模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。
2．疲勞斷裂性能
模具工作過程中，在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。
模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強(qiáng)度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。
3．高溫性能
當(dāng)模具的工作溫度較高進(jìn)，會使硬度和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強(qiáng)度。
4．耐冷熱疲勞性能
有些模具在工作過程中處于反復(fù)加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。
6．耐蝕性
有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強(qiáng)侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。
展開 模具硬度的檢測方法
模具鋼是模具工業(yè)的主體材料，根據(jù)模具的服役條件、環(huán)境和狀態(tài)的不同，模具鋼應(yīng)具備不同的特性。在工業(yè)生產(chǎn)中，模具使用壽命和制成零件的精度、質(zhì)量、外觀性能，除與模具的設(shè)計技術(shù)、制造精度，以及機(jī)床精度和制造操作有關(guān)外，正確地選用模具材料和正確地執(zhí)行熱處理工藝也是至關(guān)重要的，資料顯示，模具早期失效因材料選擇不當(dāng)和材料內(nèi)部缺陷引起的大約點(diǎn)10%左右，而由熱處理不當(dāng)引起的約占49%。
硬度是模具材料和成品模具的重要性能指標(biāo)。模具在工作時的受力狀態(tài)是復(fù)雜的，如熱作模具通常是在交變的溫度場下承受交變應(yīng)力作用，因此它應(yīng)具有良好的阻止模具轉(zhuǎn)變成較軟或塑性狀態(tài)的能力，并且在長期工作環(huán)境下仍保持模具的形狀和尺寸精度不變。一般成品模具的硬度，冷作模具常選擇在59-60HRC，熱作模具常選擇在48HRC左右。
耐磨性也是成品模具的重要性能指標(biāo)。零件成形時金屬和模具型腔表面發(fā)生相對運(yùn)動，磨損了型腔表面，至使模具的尺寸形狀、精度和表面粗糙度發(fā)生變化而失效。模具的耐磨性是由模具的熱處理，特別是表面熱處理決定的，評估模具耐磨性好壞的主要依據(jù)是硬度。
模具鋼的硬度測試主要針對三種情況，即模具鋼材料的硬度檢測，經(jīng)過熱處理的半成品模具的檢測硬度及要求高耐磨性的模具表面熱處理后的表面硬度的檢測。
供貨狀態(tài)的模具鋼主要是經(jīng)過鍛造的鋼板、鋼塊或鋼棒，一般以退火狀態(tài)供貨。某些塑料模具鋼還以預(yù)硬狀態(tài)（調(diào)質(zhì)處理）供貨，用戶可直接加工成模具而不必進(jìn)行后續(xù)熱處理。模具鋼按鋼種分類可分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼，中國標(biāo)準(zhǔn)對于各種模具鋼都規(guī)定了出廠硬度要求，要求對鋼材的退火硬度和試樣淬火硬度進(jìn)行檢驗。
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