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合金鋼介紹

合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外，加入其他的元素，就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。

可分為普通合金結(jié)構(gòu)鋼和特殊用途合金結(jié)構(gòu)鋼。前者包括低合金高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、超高強(qiáng)度鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和非調(diào)質(zhì)鋼；后者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易切削鋼、冷沖壓鋼等。

　　要求具有較高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，還有足夠的塑性和韌性。

　　一般采用電弧爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉，要求高的采用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應(yīng)爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。

　　這類鋼的合金元素含量都相當(dāng)高，主要有耐蝕鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼以及具有其他特殊物理和化學(xué)性能的特殊鋼。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于船舶、車輛、飛機(jī)、導(dǎo)彈、兵器、鐵路、橋梁、壓力容器、機(jī)床等結(jié)構(gòu)上。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼比碳素鋼有更好的力學(xué)性能，特別是熱處理性能優(yōu)良。

　　其牌號通常是以“數(shù)字+元素符號+數(shù)字”的方法來表示。牌號中起首的兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，元素符號及其后的數(shù)字表示所含合金元素及其平均含量的百分?jǐn)?shù)。

　　若合金元素含量小于1.5%，則不標(biāo)其含量。

　　高級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號尾部增加符號“A”例如，16Mn、20Cr、40Mn2、30CrMnSi、38CrMoAlA等

合金鋼圖片

功能介紹

1．冷作模具鋼

　　冷作模具鋼主要用于制造對冷狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓制成型的模具。如：冷沖裁模具、冷沖壓模具、冷拉深模具、壓印模具、冷擠壓模具、螺紋壓制模具和粉末壓制模具等。冷作模具鋼的范圍很廣，從各種碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼到粉末高速工具鋼和粉末高合金模具鋼。冷作模具鋼具是真空脫氣精煉鋼，內(nèi)質(zhì)純凈，機(jī)械加工性良好，切削明顯提高，淬透性良好，空冷淬硬不易出現(xiàn)淬裂，耐磨性極為優(yōu)異，韌性良好，可用作不銹鋼及高硬度材料的沖裁模。

2．熱作模具鋼

　　熱作模具鋼主要用于制造對高溫狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓力加工的模具。如：熱鍛模具、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓鍛模具等。常用的熱作模具鋼有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具鋼；對特殊要求的熱作模具鋼，有時(shí)采用高合金奧氏體耐熱模具鋼制造。

3．塑料模具鋼

　　由于塑料的品種很多，對塑料制品的要求差別也很大，對制造塑料模具的材料也提出了各種不同的性 能要求。所以，不少工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)形成了范圍很廣的塑料模具用鋼系列。包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、滲碳型 塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、耐蝕塑料模具鋼、易切塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、馬氏體時(shí)效鋼以及鏡面拋光用塑料模具鋼等。
使用性能

A 強(qiáng)度性能

　　（1）硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據(jù)其工作條件，一般要求保持在HRC40~55范圍。對于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

　?。?）紅硬性 在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩(wěn)定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180~250℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550~600℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

　?。?）抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度 模具在使用過程中經(jīng)常受到強(qiáng)度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)的條件接近于模具的實(shí)際工作條件（例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度與沖頭工作時(shí)所表現(xiàn)出來的變形抗力較為吻合）?？箯澰囼?yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變量的值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。

B 韌性

　　在工作過程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞，要求模具鋼具有一定的韌性。

　　模具鋼的化學(xué)成分，晶粒度，純凈度，碳化物和夾雜物等的數(shù)量、形貌、尺寸大小及分布情況，以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素都對鋼的韌性帶來很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對于其橫向韌性的影響更為明顯。鋼的韌性、強(qiáng)度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝，以使模具材料的耐磨性、強(qiáng)度和韌性達(dá)到佳的配合。

　　沖擊韌性系表特征材料在一次沖擊過程中試樣在整個(gè)斷裂過程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗(yàn)技術(shù)正在被采用。

C 耐磨性

　　決定模具使用壽命重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機(jī)械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類型。為了改善模具鋼的耐磨性，就要既保持模具鋼具有高的硬度，又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對于重載、高速磨損條件下服役的模具，要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持潤滑作用，減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對鋼的磨損有較大的影響。

　　耐磨性可用模擬的試驗(yàn)方法，測出相對的耐磨指數(shù)?，作為表征不同化學(xué)成分及組織狀態(tài)下的耐磨性水平的參數(shù)。以呈現(xiàn)規(guī)定毛刺高度前的壽命，反映各種鋼種的耐磨水平；試驗(yàn)是以Cr12MoV鋼為基準(zhǔn)（?=1）進(jìn)行對比。圖1-2-3是標(biāo)準(zhǔn)磨具進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)的結(jié)果，較好地反映工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性水平。

D 抗熱疲勞能力

　　熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，因此，評價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機(jī)械疲勞斷裂性能。熱機(jī)械疲勞是一種綜合性能的指標(biāo)，它包括熱疲勞性能、機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。

　　熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多；機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量；斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料，其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子，也就是必須有較大的裂紋長度。在應(yīng)力恒定的前提下，在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴(kuò)展得更深，才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。

　　也就是說，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命；而裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性，可以決定當(dāng)裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。

　　抗熱疲勞性能的指標(biāo)可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)數(shù)，也可以用經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長度來衡量。

E 咬合抗力

　　咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對于模具材料較為重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進(jìn)行恒速對偶摩擦運(yùn)動(dòng)，以一定的速度逐漸增大載荷，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，臨界載荷越高，標(biāo)志著咬合抗力越強(qiáng)。

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