【正文】 （3）生產(chǎn)效率及自動(dòng)化程度 生產(chǎn)效率即是單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量。影響刀具耐用度的因素很多，其中以切削速度的影響最大。刃傾角λ主切削刃與基面之間夾角。減少κr，主切削刃單位長度上的負(fù)荷減少，刀具磨損小，耐用。(4) 硬質(zhì)合金。2．常用刀具材料 (1) 碳素工具鋼。 (2) 足夠的強(qiáng)度與韌性。包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。使高錳鋼獲得單相奧氏體組織的方法是“水韌處理”，即將鋼加熱到1050～1100℃保溫，使碳化物全部溶人奧氏體，然后在水中快冷以防止碳化物析出，使鋼在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。 這類鋼與奧氏體不銹鋼一樣，需經(jīng)過固溶處理等才能使用。常用鋼號(hào)有1Cr13Mo、4Cr9Si1Crl2WMoV等。這類鋼一般在正火、回火狀態(tài)下使用，組織為細(xì)珠光體或索氏體+部分鐵素體。 對(duì)于含鈦或鈮的鋼，在固溶處理后還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，以防晶界腐蝕的發(fā)生。這類鋼含碳量很低 (ωc％) ，ωcr = 17％～19％，ωNi = 8％～12％。如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥和醫(yī)療器械等。 精度要求高或形狀復(fù)雜的量具，一般用合金工具鋼或滾動(dòng)軸承鋼 (如9SiCr、CrCrWMn、GCrl5等) 制造。 熱作模具鋼一般是中碳合金鋼，其ωc = ％～％，以保證鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度(35～52HRC)和較高的熱疲勞強(qiáng)度。 Cr12 型鋼的最終熱處理有兩種方法： 低溫淬火和低溫回火法 (一次硬化法) 這種方法可使模具獲得高硬度和高耐磨性，淬火變形小。 (一) 冷作模具鋼 冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下產(chǎn)生變形的模具，如冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模等。 在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上升；同時(shí)由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，也使硬度上升，從而形成二次硬化，保證了鋼的高硬度、高耐磨性及熱硬性。 (1) 退火。 1．高速鋼的成分特點(diǎn) 高速鋼的含碳量較高，％～％的范圍內(nèi)，高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性。由于合金元素的加入量不大，故鋼的熱硬性仍不太高，一般工作溫度不得高于300℃。GCrlGCrl5SiMn鋼是應(yīng)用最多的軸承鋼。滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體與內(nèi)、外套圈之間是點(diǎn)接觸或線接觸，接觸應(yīng)力極大；滾動(dòng)或滑動(dòng)摩擦，易使軸承工作表面產(chǎn)生接觸疲勞破壞與磨損，因而要求滾動(dòng)軸承材料具有高的硬度和耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 熱成形彈簧 當(dāng)彈簧絲直徑或鋼板厚度大于10～15mm時(shí)，一般采用熱成形。 合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫回火 （調(diào)質(zhì))，組織為回火索氏體，具有高的綜合力學(xué)性能。為了節(jié)約鉻，常用 20Mn2B 或 20MnVB 等鋼代替20CrMnTi。 滲碳鋼可分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼。加入銅、磷，提高了鋼材抵抗海水、大氣、土壤腐蝕的能力。鋼在高溫 ( 550℃ ) 下保持高硬度 (≥60HRC) 的能力叫熱硬性。四、提高鋼的淬透性 合金元素(除鈷外)溶入奧氏體后，都能降低原子擴(kuò)散速度，增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線位置向右移動(dòng) (見圖63) ，臨界冷卻速度減小，從而提高鋼的淬透性。合金滲碳體與Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)相同，但比Fe3C略為穩(wěn)定，硬度也略高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。例如 GCrl5SiMn 鋼，表示平均ωc = ％，ωSi 和ωMn ％ 的滾動(dòng)軸承鋼。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后面加符號(hào)“A”。 中合金鋼。一、合金鋼的分類 (一) 按用途分類 合金結(jié)構(gòu)鋼——用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。中國經(jīng)過幾十年的努力，鋼鐵工業(yè)已同過去的僅能生產(chǎn)100 多個(gè)鋼種、400 多個(gè)品種的鋼材發(fā)展到現(xiàn)在能生產(chǎn)1000 多個(gè)鋼種、4 萬多個(gè)品種的鋼材，特別是國防工業(yè)和高精尖技術(shù)，包括原子彈、氫彈、導(dǎo)彈、核潛艇、通訊衛(wèi)星、火箭等需要的關(guān)鍵金屬材料。沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。 1 疲勞曲線——交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。按作用力性質(zhì)的不同,可分為:抗拉強(qiáng)度 σ+ 抗壓強(qiáng)度σ 抗彎強(qiáng)度σw 抗剪強(qiáng)度τb 抗扭強(qiáng)度σ 常用來表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo): 屈服強(qiáng)度: (Pa N/m2) Ps產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力, F0原截面 抗拉強(qiáng)度 (Pa N/m2) Pb斷裂前最大應(yīng)力. σs /,機(jī)件會(huì)斷裂. σsσb之間塑性變形,壓力加工 四 硬度： 金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力—是材料性能的綜合物理量,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形、塑性變形或斷裂的能力。（P一定，σ=P/F一定，但真實(shí)應(yīng)力P/F1↑ 因?yàn)樽冃?，F(xiàn)1↓）發(fā)生永久變形 3）強(qiáng)化階段：水平線右斷至b點(diǎn) P↑ 變形↑，σb——強(qiáng)度極限，材料能承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力。 一 彈性和塑性： 1彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能。力和變形同時(shí)存在、同時(shí)消失。 4）局部變形階段bk 過b點(diǎn)，試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小。1 布式硬度 HB 用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力P下,將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷,測(cè)壓痕直徑d(用刻度放大鏡測(cè))則 HB=P/F (N/mm2) 單位一般不寫. F壓痕面積. HBS—壓頭用淬火鋼球, HBW—壓頭用硬質(zhì)合金球 因鋼球存在變形問題,不能測(cè)太硬的材料,適于HBS450, 如鑄鐵,有色金屬,軟鋼等. 而HBW＜650 特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面 應(yīng)用：不適宜薄件和成品件 ２ 洛式硬度ＨＲ 用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測(cè)其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無單位．不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表：HRA硬質(zhì)合金 碳化物HRBｄ＝退火鋼 灰鐵 有色金屬HRC1200金剛石圓錐1471淬火 回火件優(yōu)點(diǎn):易操作,壓痕小,適于薄件,成品件 缺點(diǎn):壓痕小,代表性不全面需多測(cè)幾點(diǎn). 3 顯微硬度(HV) 用于測(cè)定金屬組織中個(gè)別組成體,夾雜物等硬度。 例如：純彎曲，有色金屬N〉108 鋼材N107 不疲勞破壞 2 疲勞破壞原因 材料有雜質(zhì),表面劃痕,能引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞. 3預(yù)防措施 改善結(jié)構(gòu)形狀,避免應(yīng)力集中,表面強(qiáng)化噴丸處理,表面淬火等. Ⅱ、金屬材料的物理,化學(xué)及工藝性能： 一 物理性能 比重: 計(jì)算毛坯重量,選材,如航天件 :輕熔點(diǎn):鑄造 鍛造溫度(再結(jié)晶溫度)熱膨脹性:鐵軌 模鍛的模具、量具、導(dǎo)熱性: 鑄造:金屬型 鍛造:加熱速度、導(dǎo)電性: 電器元件 銅 鋁磁性:變壓器和電機(jī)中的硅鋼片 磨床: 工作臺(tái) 二 化學(xué)性能化學(xué)性能：指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。在常溫進(jìn)行沖壓叫冷沖壓。都已由國內(nèi)自行研制開發(fā)成功，最大限度滿足了其需要。主要包括低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。ωMe =5％～10％。 （二) 合金工具鋼 合金工具鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別僅在于碳含量的表示方法不同。22 合金元素在鋼中的作用一、強(qiáng)化鐵素體 大多數(shù)合金元素都能溶于鐵素體，形成合金鐵素體。 (2) 特殊碳化物。 注意：若合金元素未溶人奧氏體，將不能增加奧氏體的穩(wěn)定性，因而也就不能提高鋼的淬透性，反而會(huì)降低鋼的淬透性。這種性能對(duì)工具鋼具有重要的意義。 低合金結(jié)構(gòu)鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，其組織為鐵素體和珠光體。碳素滲碳鋼 (ωc=％～%) 由于淬透性低，僅能在表面獲得高的硬度，而心部得不到強(qiáng)化，故只適用于較小的滲碳件。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼通常是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼，一般為中碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼。 若零件表層要求有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理等。其熱處理是在成形后進(jìn)行淬火和中溫回火，獲得回火托氏體組織，具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度，硬度為40～45HRC。 滾動(dòng)軸承鋼是高碳鉻鋼，％～％，以保證軸承鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和形成足夠的碳化物以提高耐磨性。前者用作中、小型滾動(dòng)軸承，后者用于較大型滾動(dòng)軸承。 9SiCr是最常用的低合金刃具鋼，被廣泛用來制造各種薄刃工具，如板牙、絲錐、鉸刀等。 鉻在高速鋼淬火加熱時(shí)，幾乎全部溶人奧氏體中，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，從而顯著提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。為了消除坯料在鍛造時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，細(xì)化晶粒，為切削加工和淬火作準(zhǔn)備，高速鋼在鍛后必須及時(shí)進(jìn)行球化退火。進(jìn)行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。 這些模具在工作中要承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和強(qiáng)烈的摩擦，要求具有高的硬度 (58～62HRC) 和耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)要求熱處理變形小。一般承受較大載荷和形狀復(fù)雜的模具采用此法處理。熱鍛模具鋼的最終熱處理與調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫 (550℃左右) 回火，以獲得回火索氏體—