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鋼材基體上出現的互不結合的兩層結構。分層一般都平行于壓力加工表面,在縱、橫向斷面低倍試片上均有黑線。分層嚴重時有裂縫發生,在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴重的偏析物質。
鎮靜鋼鋼錠的縮孔和沸騰鋼錠的氣囊及尾孔經軋制(鍛造)不能焊合產生分層。鋼中大型夾雜和嚴重成分偏析也能產生分層。分層是鋼材中不允許存在的缺陷,嚴重影響鋼材的使用。
防止分層缺陷的措施有:
(1)煉鋼方面,要凈化鋼質,減少偏析、縮孔、氣囊和大型非金屬夾雜,防止連鑄坯產生中間裂紋。
(2)軋鋼方面,在鋼錠加熱時要嚴防內裂,初軋坯要切凈縮孔和尾孔。
白點
在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上,出現的不同長度無規則的發紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規則分布,多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上,呈圓形或橢圓形白亮點。直徑一般為3~10mm。
板鋼在縱向、橫向斷口上白點特征不明顯,而在z向斷口上呈現長條狀或橢圓狀白色斑點。采用斷口檢查白點時,把試樣先進行淬火和調質處理。
鋼坯上出現白點,經壓力加工后可變形或延伸,壓下率較大時也能焊合。
白點缺陷對鋼材力學性能(韌性和塑性)影響很大,當白點平面垂直方向受應力作用時,會導致鋼件突然斷裂。因此,鋼材不允許白點存在。
白點產生的原因,一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應力共同作用的結果。奧氏體中溶解的氫,在冷卻相變過程中,其溶解度顯著降低,所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區或夾雜物周圍,結合成氫分子,產生巨大局部壓力,當這種壓力與相變組織應力相結合超過鋼的強度時,則產生裂紋,形成白點。
白點多在高碳鋼,馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現白點。
白點的措施主要是改進冶煉操作,采用真空處理,降低鋼水氫含量和采用鋼坯(鋼材)緩冷工藝。
合金結構鋼
這類鋼,由于具有合適的淬透性,經適宜的金屬熱處理后,顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體,因而具有較高的抗拉強度和屈強比(一般在0.85左右),較高的韌性和疲勞強度,和較低的韌性-脆性轉變溫度,可用于制造截面尺寸較大的機器零件。
合金元素在結構鋼中的作用
有三個方面:①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時,從表層起淬成馬氏體層的深度,是取得良好綜合性能的主要參數。除Co外,幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性,其中 Mn、Mo、Cr、B的作用強,其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等,只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。②影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散,因而在同樣溫度下和碳素鋼相比,一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用,從而提高鋼的回火穩定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著,Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼,在500~600℃回火時,析出細小彌散的特殊碳化物質點如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分較粗大的合金滲碳體,使鋼的強度不再下降反而升高,即出現二次硬化(見回火)。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體;Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度;碳的強化作用顯著。此外,加入這些合金元素,一般都細化奧氏體晶粒,增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜,Ni改善鋼的韌性;Mn易使奧氏體晶粒粗化,對回火脆性敏感;降低P、S含量,提高鋼的純凈度,對改善鋼的韌性有重要作用(見金屬的強化)。
合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。
①調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%~0.55%,對于既定截面尺寸的結構件,在調質處理(淬火加回火)時,如果沿截面淬透,則力學性能良好,如果淬不透,顯微組織中出現有自由鐵素體,則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等,回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑,隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大,例如,40Cr和35SiMn鋼約為30~40mm,而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60~100mm,常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。
②表面硬化結構鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應低,一般在0.12~0.25%,同時還有適量的合金元素,以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素(如Al、Cr、Mo等)。滲碳或碳氮共滲鋼,經850~950℃滲碳或碳氮共滲后,淬火并在低溫回火(約200℃)狀態下使用。氮化鋼經氮化處理(480~580℃),直接使用,不再經淬火與回火處理。
50Mn強度、彈性和硬度均較高,多在淬火與回火后使用,焊接性能差。50Mn圓鋼用于制造耐磨性要求很高,在高負荷作用下的熱處理零件,如齒輪、齒輪軸和截面在80mm以下的心軸等。性能與50號相近,但其淬透性較高,熱處理后強度、硬度、彈性均稍高于50號鋼。焊接性差,具有過熱敏感性和回火脆性傾向。用作承受應力零件、高耐磨零件、高應力的零件,如直徑小于80毫米的心軸。高頻淬火后還可以制造火車軸、蝸桿、連桿及汽車曲軸,如齒輪、齒輪軸、摩擦盤、心軸、平板彈簧等。Q195圓鋼、A3圓鋼、Q235圓鋼、10#圓鋼、20#圓鋼、35#圓鋼、45#圓鋼、60#圓鋼、80#圓鋼、20Mn圓鋼、45Mn圓鋼、50Mn圓鋼、65Mn圓鋼、S50C圓鋼、K40圓鋼、T8圓鋼、T10圓鋼、Q345A圓鋼、Q345B圓鋼、Q345C圓鋼、Q345D圓鋼、Q345E圓鋼、16MnCR4圓鋼、20Cr圓鋼、35Cr圓鋼
模具鋼材是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具材料是模具制造業的物質和技術基礎,其中模具鋼材是傳統的模具材料,其品種、規格、質量對模具的性能、使用壽命和制造周期起著決定性的作用。近年來,國內外模具鋼材的產量、生產技術、工藝裝備、質量、品種等方面都取得了比較迅速的發展,國內也涌現了撫順特鋼,長城特鋼,興澄特鋼,杭鋼等一批優質生產企業,模具鋼材的發展也推動了工業產品向高級化、個體化、高附加值化的方向發展。模具的用途很廣,制造模具用材料范圍很廣,在模具材料中應用廣的當屬模具鋼材。
加工模具時用的,由于模具的用途很廣,各種模具的工作條件差別很大,所以,制造模具用材料范圍很廣,在模具材料中應用廣的當屬模具鋼。從—般的碳素結構鋼、碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、高速工具鋼、不銹耐熱鋼直到適應特殊模具需要的馬氏體時效鋼以及粉末高速鋼、粉末高合金模具鋼等。模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料成型用模具鋼三大類冷作模具冷作模具鋼主要用于制造對冷狀態下的工件進行壓制成型的模具。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,內質純凈,機械加工性良好,切削明顯提高,淬透性良好,空冷淬硬不易出現淬裂,耐磨性極為優異,韌性良好,可用作不銹鋼及高硬度材料的沖裁模。熱作模具熱作模具鋼主要用于制造對高溫狀態下的工件進行壓力加工的模具。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,有時采用高合金奧氏體耐熱模具鋼制造。塑料模具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,不少工業發達的已經形成了范圍很廣的塑料模具用鋼系列。包括碳素結構鋼、滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時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、馬氏體時效鋼以及鏡面拋光用塑料模具鋼等。
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