搜索
第一章金属材料的力学性能1.强度金属材料在外力的作用下抵抗变形和破坏的能力，根据受力形式的不同，可以分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度。1.1.屈服点（σs）钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs=Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）1.2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。1.3.抗拉强度（σb）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb=Pb/Fo（MPa）。1.4.屈强比（σs/σb）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。2.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。2.1布氏硬度（HB）以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2；(N/mm2)。只测量硬度不高的金属材料。2.2洛氏硬度（HR）当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等模具材料硬度常用）。2.3维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。因为以上两种硬度指标在极软与极硬的金属材料的硬度值没有换算关系，而维氏硬度则能在同一个连续一致的标尺，各种金属可以测量且具有比较性。缺点是测量比较麻烦，工作效率低。3.塑性是指金属材料在静载荷的作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。其中伸长率、断面收缩力是表示材料塑性好坏的指标。3.1伸长率（δs）材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。3.2断面收缩力（Ψ）是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之百分比4.疲劳强度动力指标。指材料在一定的应力循环次数下不发生断裂的最大应力。5.冲击韧度以很大的速度作用于工件上的载荷称为冲击载荷。而金属材料在冲击载荷的作用下，抵抗破坏的能力叫冲击韧度。第二章钢的分类1．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。结构钢：a)用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。b)用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。2．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。3.按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。而我们在模具制造过程中，常使用的碳素钢45#；合金结构钢：按进口牌号现常用的有P20（用于塑料模）H13、8418、8403等（用于压铸模）类别外国典型牌号美国瑞典百禄日本(JIS)大同/日本德国(DIN)德胜GS塑胶模具钢P20618M201/M202PDX1、PDX31.2311GS-2311\GS2312P20+Ni718M238PDX51.2738GS-738420S-136M310S-STAR1.2083GS-083420168/S-136改良M300G-STAR1.2316GS-316P21NAK80GS-808冷作模具钢D2XW-41K1101.2379GS-379XW-42SKD11DC-11/SLDA8改良ASSAB88K340DC-53/SLD8GS-821A2XW-10SKD12DC-12/SLDGS-821O1DF-2K460SKS3GOA1.2510GS-2510SKS93YK30/YCS3热作模具钢H138407W302SKD61DAC/DHAI1.2344GS-344H13+SFDAC/DH2FQRO-90W303DF71/DAC55GS-344-M第三章钢的热处理三、有关钢的热处理的名词1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。3.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。4.钢的回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。⑴调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。⑵时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。5.钢的表面热处理⑴表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。⑵化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。按照渗入元素的种类不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。渗氮：又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。目前生产中多采用气体渗氮法。一般渗氮深度（0.1～0.4），太深，模具易裂开。+氰化：又称碳氮共渗，是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程。它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性。渗金属：是指以金属原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。附常用刀具切削参数（45调质）粗加工刀具（圆鼻刀硬质合金）型号刀长度推荐切深h(mm)推荐转速rpm推荐进给mm/min依主轴端面来计算φ63R62000.518002600φ40R62000.426003300φ32R62000.428003500φ30R52000.428003500粗加工整体合金刀(高速钢类S与F小70%左右、而且必须用冷却液)型号推荐切深h(mm)推荐刀间距（MM）推荐转速rpm推荐进给mm/minφ160.460~70%刀具直径２２００１８００φ140.4２２００１６００φ120.35２４００１５００φ100.3２６００１０００φ80.25３０００900φ60.2３０００800φ40.15３２００800φ30.08３５００700常用精加工硬质合金刀球刀(光洁度0.8~1.6)型号推荐切深h(mm)推荐转速rpm推荐进给mm/minφ25R12.50.31800750---1200φ20R100.32000800---1000φ16R80.32000--2200750---1200φ12R60.22250--2300750---1000φ10R50.152500--2650500---750φ8R40.12500---2800300---500φ6R30.12800--3200200--400φ4R20.13000--3500100--150常用精加工硬质合金刀端铣刀机夹类(光洁度0.8~1.6)型号推荐切深h(mm)推荐转速rpm推荐进给mm/minφ20R0.20.1528001200φ20R0.40.228001200以上数据是在机床与刀具刚性比较好的情况下所使用,如条件变化要及时更改切削用量