工具钢性能要求(五篇)

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工具钢性能要求篇一

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工具钢性能要求篇二

《材料性能学》课程教学大纲

一、课程基本信息 课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学

总 学 时：48 学 分：3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。

授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社，2006，10。

2、参考书目: 1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾，2007.1 2.《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1

二、课程教育目标

通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。

三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点：

重点：应力、应变、弹性变形行为、griffith微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。教学时数：10学时 教学内容：

1.1 应力及应变：应力、应变；

1.2 弹性形变：hooke定律；弹性模量的影响因素、无机材料的弹性模量、复相的弹性模量、弹性形变的机理；

1.3 材料的塑性形变：晶体滑移、塑性形变的位错运动理论；

1.4 滞弹性和内耗：粘弹性和滞弹性、应变松弛和应力松弛、松弛时间、无弛豫模量与弛豫模量、模量亏损、材料的内耗；

1.5 材料的高温蠕变：蠕变曲线、蠕变机理、影响蠕变的因素；

1.6 材料的断裂强度：理论断裂强度、inglis 理论、griffith微裂纹理论、、orowan理论；

1.7 材料的断裂韧性：裂纹扩展方式、裂纹尖端应力场分析、几何形状因子、断裂韧性、裂纹扩展的动力与阻力；

1.8 裂纹的起源与扩展：裂纹的起源、裂纹的快速扩展、影响裂纹扩展的因素、材料的疲劳、应力腐蚀理论、高温下裂纹尖端的应力空腔作用、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命、蠕变断裂； 1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响：晶粒尺寸、气孔的影响；

1.11 提高材料强度及改善脆性的途径：金属材料的强化、陶瓷材料的强化； 1.12 复合材料：复合材料的分类、连续纤维单向强化复合材料的强度、短纤维单向强化复合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的测量。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握材料的弹性变形、塑性变形、高温蠕变及其它力学性能的理论描述、产生的原因、影响因素。掌握断裂的现象和产生、断裂力学的原理出发，通过理论结合强度、应力场的分析，断裂的判据，应力场强度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断裂、沿晶断裂、静态疲劳的概念，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。了解断裂的现象，弄清产生断裂的原理（断裂理论），通过应力场的分析。要求掌握断裂的判据，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。

第二章：材料的热学性能 重点与难点： 重点：材料的热膨胀，材料的热稳定性。难点：材料的热传导，材料的热稳定性。教学时数：6学时 教学内容：

2.1 热学性能的物理基础；

2.2 材料的热容：晶体固体热容的经验定律和经典理论，晶体固体热容的量子理论回顾，无机材料的热容；

2.3 材料的热膨胀：热膨胀系数、热膨胀机理、热膨胀和其他性能的关系、多晶体和复合材料的热膨胀；

2.4 材料的热传导：固体材料热传导的宏观规律，固体材料热传导的微观机理、影响热传导的因素、某些无机材料的热传导；

2.5 材料的热稳定性：热稳定性的表示方法、热应力、抗热冲击断裂性能，抗热冲击损伤性、提高抗热冲击断裂性能的措施。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握材料热容的各种理论及其比较，热膨胀的定义及其基本机理，热传导的宏观规律和微观机理，热稳定性的表示和抗热冲击断裂性能。要求掌握各种热应力断裂抵抗因子。总结出提高抗热冲击断裂性能的措施。第三章 材料的光学性能 重点与难点：

重点：光的反射和折射、材料对光的吸收和色散、光的散射 难点：光的散射、电-光效应、光折变效应、非线性光学效应 教学时数：8学时 教学内容：

3.1 光传播的基本性质：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通过固体现象；

3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影响因素、晶体的双折射、材料的反射系数及其影响因素；

3.3 材料对光的吸收和色散：吸收系数与吸收率、光的吸收与波长的关系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般规律、弹性散射、非弹性散射；

3.5 材料的不透明性与半透明性：材料的不透明性、材料的乳浊、半透明性、透明材料的颜色、材料的着色； 3.6 电-光效应、光折变效应、非线性光学效应：电光效应及电光晶体、光折变效应、非线性光学效应；

3.7光的传输与光纤材料：光纤发展概况和基本特征、光纤材料的制备、光纤的应用；

3.8 特种光学材料及其应用：固体激光器材料及其应用、光存储材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握金属、半导体、绝缘体的电子能带结构，光传播电磁理论、反射、光的吸收和色散、晶体的双折射、介质的光散射等各种光现象的物理本质。了解影响材料光学性能的各种因素。简要了解光纤材料、激光晶体材料及光存储材料等光学材料。

第四章：材料的电导性能 重点与难点：

重点：离子电导，电子电导。

难点：无机材料的电导，半导体陶瓷的物理效应。教学时数：8学时 教学内容：

4.1 电导的物理现象：电导率与电阻率、电导的物理特性；

4.2 离子电导：载流子浓度、离子迁移率、离子电导率、离子电导率的影响因素、固体电解质zro2；

4.3 电子电导：电子迁移率、载流子浓度、电子电导率、电子电导率的影响因素 4.4 金属材料的电导：金属电导率、电阻率与温度的关系、电阻率与压力的关系、冷加工和缺陷对电阻率的影响、电阻率的各向异性、固溶体的电阻率； 4.5 固体材料的电导：玻璃态电导、多晶多相固体材料的电导、次级现象、固体材料电导混合法则；

4.6 半导体陶瓷的物理效应：晶界效应、表面效应、西贝克效应、p-n结； 4.7 超导体：超导体的概念、约瑟夫逊效应、超导体的应用。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握各种电导的宏观参数和物理量及电导的主要基本公式；围绕此公式来讨论各种电导的电导率（离子电导率、电子电导率）及其影响因素，材料的电导混合法则和半导体陶瓷的物理效应。第五章 材料的磁学性能 重点与难点：

重点：抗磁性和顺磁性、铁磁性与反铁磁性 难点：铁磁性与反铁磁性 教学时数：8学时 教学内容：

5.1 基本磁学性能：磁学基本量、物质的磁性分类；

5.2 抗磁性和顺磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物质的顺磁性、金属的抗磁性与顺磁性、影响金属抗、顺磁性的因素；

5.3 铁磁性与反铁磁性：铁磁质的自发磁化、反铁磁性和亚铁磁性、磁畴、磁化曲线和磁滞回线；

5.4 磁性材料的动态特性：交流磁化过程与交流回线、磁滞损耗和趋肤效应、磁后效应和复数磁导率、磁导率减落及磁共振损耗；

5.5 磁性材料及其应用：软磁材料、硬磁材料、磁信息存储材料、纳米磁性材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握固体物质的各种磁性(抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性)的形成机理及宏观表现；重点掌握磁性表征参量、各类磁性物质的内部相互作用；磁性材料在交变磁场中的磁化过程及宏观磁性；了解磁性材料及其应用。

第六章 材料的功能转换性能 重点与难点：

重点：介质的极化与损耗、介电强度、压电性能、铁电性 难点：压电性能、铁电性 教学时数：8学时 教学内容：

6.1 介质的极化与损耗：介质极化相关物理量、极化类型、宏观极化强度与微观极化率的关系、介质损耗分析、材料的介质损耗、降低材料介质损耗的方法； 6.2 介电强度：介电强度、固体电介质的击穿、影响材料击穿强度的因素； 6.3 压电性能：压电效应及其逆效应、压电材料的研究进程、压电材料主要表征参数、压电陶瓷的预极化、压电陶瓷的稳定性、压电材料及其应用；

6.4 铁电性：铁电性的概念、铁电体的分类、铁电体的起源、铁电体的性能及其应用、反铁电体； 6.5 热电性能：热电效应、热电材料、热电材料的应用； 6.6 光电性能：光电效应、光电材料及其应用；

6.7 热释电性能：热释电效应及其逆效应、热释电材料、热释电材料的应用； 6.8 智能材料：智能材料的特征与构成、智能材料的分类、智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握电介质的介电性能，包括介电常数、介电损耗、介电强度及其随环境(温度、湿度、辐射等)的变化规律。了解极化的微观机制、电介质的压电性、铁电性、热电性能、光电性能和热释电性的性能、常用材料及其应用、智能材料的特征、分类及应用。

四、作业：

每章根据学生学习情况，选择布置教材中部分习题促进学生课后复习、巩固课堂教学内容，并进行讲评。

五、考核与评定

以期末考试(闭卷)成绩为主，参考课堂提问、讨论课发言情况以及平时作业和考勤等，综合评定后，给出结业成绩。

期末考试占70％，平时成绩占30％。

材料性能知识大全

1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：

弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。b、相关公式：

工程应力 ζ=f/a0 ；工程应变ε=δl/l0；比例极限ζp；弹性极限ζε；屈服点ζs；抗拉强度ζb；断裂强度ζk。

真应变 e=ln(l/l0)=ln(1+ε)；真应力 s=ζ(1+ε)= ζ*eε 指数e为真应变。c、相关理论：

真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。

弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。

2、关于弹性变形的问题 a、相关概念

弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力

弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，e=ζ/ε ；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。

弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。

弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。

金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论：

弹性变形都是可逆的。

理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。

弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映 单晶体和多晶体金属的弹性模量，主要取决于金属原子本性和晶体类型。包申格效应；滞弹性；伪弹性；粘弹性。

包申格效应消除方法：预先大塑性变形，回复或再结晶温度下退火。循环韧性表示材料的消震能力。

3、关于塑形变形的问题 a、相关概念

滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受温度、成分和变形的影响；滑移方向——比较稳定

孪生：fcc、bcc、hcp都能以孪生产生塑性变形；一般在低温、高速条件下发生；变形量小，调整滑移面的方向

屈服现象：退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比较常见，分为不连续屈服和连续屈服；

屈服点：材料在拉伸屈服时对应的应力值，ζs；

上屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值，ζsu； 下屈服点：试样屈服阶段中最小应力，ζsl； 屈服平台（屈服齿）：屈服伸长对应的水平线段或者曲折线段；

吕德斯带：不均匀变形；对于冲压件，不容许出现，防止产生褶皱。屈服强度：表征材料对微量塑性变形的抗力

连续屈服曲线的屈服强度：用规定微量塑性伸长应力表征材料对微量塑性变形的抗力（1）规定非比例伸长应力ζp：

（2）规定残余伸长应力ζr：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；残余伸长的百分比为0.2%时，记为ζr0.2

（3）规定总伸长应力ζt：试样标距部分的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。晶格阻力（派纳力）；位错交互作用阻力

hollomon公式： s=ken，s为真应力，e为真应变；n—硬化指数0.1~0.5，n=1,完全理想弹性体，n=0，没有硬化能力；k——硬化系数

缩颈是：韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。抗拉强度：韧性金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。等于最大拉应力比上原始横截面积。

塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。b、相关理论

常见的塑性变形方式：滑移，孪生，晶界的滑动，扩散性蠕变。塑性变形的特点：各晶粒变形的不同时性和不均匀性（取向不同；各晶粒力学性能的差异）；各晶粒变形的相互协调性（金属是一个连续的整体，多系滑移；von mises 至少5个独立的滑移系）。

硬化指数的测定：①试验方法；②作图法lgs=lgk+nlge 硬化指数的影响因素：与层错能有关,层错能下降，硬化指数升高；对金属材料的冷热变形也十分敏感；与应变硬化速率并不相等。

缩颈的判据（失稳临界条件）拉伸失稳或缩颈的判据应为df=0 两个塑性指标：断后伸长率δ=(l1-l0)/lo*100%； 断后收缩率：ψ=(a0-a1)/a0*100% ψ>δ，形成为缩颈

ψ=δ或ψ<δ，不形成缩颈

4、关于金属的韧度断裂问题 a、相关概念

韧性：断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力 韧度：单位体积材料断裂前所吸收的功

韧性断裂：裂纹缓慢扩展过程中消耗能量；断裂最先发生在纤维区，然后快速扩展形成放射最后断裂形成剪切唇，放射区在裂纹快速扩展过程中形成，一般放射区汇聚方向指向裂纹源。脆性断裂：基本不产生塑性变形，危害性大。低应力脆断，工作应力很低，一般低于屈服极限；脆断裂纹总是从内部的宏观缺陷处开始；温度降低，应变速度增加，脆断倾向增加。穿晶断裂：裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂，断口明亮。沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，都是脆性断裂，由晶界处的脆性第二相等造成，断口相对灰暗。穿晶断裂和沿晶断裂可混合发生。高温下，多由穿晶断裂转为沿晶韧性断裂。沿晶断裂断口：断口冰糖状；若晶粒细小，断口呈晶粒状。剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。（滑断、微孔聚集型断裂）解理断裂：材料在正应力作用下，由于原于间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。

金属的强度就是指金属材料原子间结合力的大小，一般说金属熔点高，弹性模量大，热膨胀系数小则其原子间结合力大，断裂强度高。断裂的实质就是外力作用下材料沿某个原子面分开的过程。

格里菲思理论：从热力学观点看，凡是使能量减低的过程都将自发进行，凡使能量升高的过程必将停止，除非外界提供能量。griffth指出，由于裂纹存在，系统弹性能降低，与因存在裂纹而增加的表面能平衡。如弹性能降低足以满足表面能增加，裂纹就会失稳扩展，引起脆性破坏。b、相关理论

断裂三种主要的失效形式：磨损、腐蚀、断裂 多数金属的断裂包括裂纹的形成和扩展两个阶段。按断裂的性态：韧性断裂和脆性断裂；按裂纹扩展路径：穿晶断裂和沿晶断裂；按断裂机制：解理断裂和剪切断裂 韧性断裂和脆性断裂：根据材料断裂前产生的宏观塑性变形量的大小来确定。通常脆性断裂也会发生微量的塑性变形，一般规定断面收缩率小于5％则为脆性断裂。反之大于5％的为韧性断裂。

脆性断口平齐而光亮，与正应力垂直，断口常呈人字纹或放射花样。

解理断裂是沿特定的晶面发生的脆性穿晶断裂，通常总沿一定的晶面分离。解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂。常见的裂纹形成理论：①位错塞积理论 ②位错反应理论 解理与准解理

共同点：穿晶断裂；有小解理刻面；台阶及河流花样 不同点：①准解理小刻面不是晶体学解理面②解理裂纹常源于晶界，准解理裂纹常源于晶内硬质点。准解理不是一种独立的断裂机理，而是解理断裂的变种。格雷菲斯理论是根据热力学原理得出的断裂发生的必要条件，但并不意味着事实上一定断裂。裂纹自动扩展的充分条件是尖端应力等于或大于理论断裂强度。

5、关于硬度的问题 a、硬度概念

硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。b、硬度试验方法: 划痕法——表征金属切断强度 回跳法——表征金属弹性变形功

压入法——表征塑性变形抗力及应变硬化能力 布氏硬度

压头：淬火钢球（hbs），硬质合金球（hbw）载荷：3000kg 硬质合金，500kg 软质材料 保载时间：10-15s 黑色金属，30s 有色金属 压痕相似原理

只用一种标准的载荷和钢球直径,不能同时适应硬的材料或者软的材料。为保证不同载荷和直径测量的 硬度值之间可比，压痕必须满足几何相似。布氏硬度表示方法：600hbw1/30/20 ①度值，②符号hbw，③球直径，④试验力(1kgf=9.80665n)，⑤试验力保持时间 布氏硬度试验的优缺点： 优点：压头直径较大→压痕面积较大→硬度值可反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，不受个别组成 相及微小不均匀性的影响。

缺点：对不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕测量麻烦，自动检测受到限制；压痕较大时不宜在成品上试验 洛氏硬度

以测量压痕深度表示材料硬度值。

压头有两种：α＝120°的金刚石圆锥体，一定直径的淬火钢球。洛氏硬度试验优缺点：

优点：操作简便、迅速，硬度可直接读出；压痕较小，可在工件上试验；用不同标尺可测定软硬不同和厚薄不一的试样。

缺点：压痕较小，代表性差；材料若有偏析及组织不均匀等缺陷，测试值重复性差，分散度大；用不同标尺测得的硬度值没有联系，不能直接比较。维氏硬度

原理与布氏硬度试验相同，根据单位面积所承受的试验力计算硬度值。不同的是维氏硬度的压头是两个相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体。努氏硬度

与维氏硬度的区别1）压头形状不同；2）硬度值不是试验力除以压痕表面积，而是除以压痕投影面积 肖氏硬度

一种动载荷试验法，原理是将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从一定高度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征金属硬度值大小，也称回跳硬度。用hs表示。里氏硬度

动载荷试验法，用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲击试样表面，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值。用hl表示。

6、关于金属在冲击载荷下的力学性能 a、相关概念 冲击韧性：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击吸收功ak表示。

冲击测量参数：测量冲击脆断后的冲击吸收功（aku或akv），冲击吸收功并不能真正反映材料的韧脆程度（冲击吸收功 并非完全用于试样变形和破坏）

低温脆性:体心立方或某些密排六方晶体金属及合金，当试验温度低于某一温度tk或温度区间时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。tk或温度区间称为韧脆转变温度，又称冷脆转变温度。

b、相关理论

韧脆的评价方法：材料的缺口冲击弯曲试验，材料的冲击韧性 韧脆的影响因素：温度（低温脆性）；应力状态（三向拉应力状态）；变形速度的影响（冲击脆断）

低温脆性的本质：低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果。屈服强度ζs的随温度降低而升高，而断裂强度ζc随温度变化很小。t>tk ,ζc >ζs ,先屈服再断裂；t

晶体结构：体心立方金属及其合金存在低温脆性。普通中、低强度钢的基体是体心立方点阵的铁素体，故这类钢 有明显的低温脆性。

化学成分：间隙溶质元素溶入铁素体基体中，偏聚于 位错线附近，阻碍位 错运动，致ζs升高，钢的韧脆转变温度提高。

显微组织：晶粒大小，细化晶粒使材料韧性增加；减小亚晶和胞状结构尺寸也能提高韧性。细化晶粒提高韧性的原因：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积 增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿 晶脆性断裂。金相组织

7、关于金属疲劳的问题 a、金属疲劳现象

疲劳：金属机件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象。

疲劳的破坏过程是材料内部薄弱区域的组织在变动应力作用下，逐渐发生变化和损伤累积、开裂，当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂的过程，是一个从局部区域开始的损伤累积，最终引起整体破坏的过程。

循环应力的波形：正弦波、矩形波和三角波等。表征应力循环特征的参量有：

最大循环应力ζmax，最小循环应力ζmin；平均应力:ζm=(ζmax+ζmin)/2；应力幅或应力范围:ζa=(ζmax-ζmin)/2；应力比:r=ζmin/ζmax 疲劳按应力状态分：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳及复合疲劳；

疲劳按环境和接触情况分：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳及接触疲劳等。疲劳按应力高低和断裂寿命分：高周疲劳和低周疲劳。b、金属疲劳特点 疲劳的特点：该破坏是一种潜藏的突发性破坏，在静载下显示韧性或脆性破坏的材料在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形，呈脆性断裂。

疲劳对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度，二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。c、金属疲劳宏观断口

疲劳宏观断口的特征：疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应的断口上也显示出疲劳源、疲劳裂纹扩展区与瞬时断裂区的特征。

疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地。

位置：多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连。但若材料内部存在严重冶金缺陷(夹杂、缩孔、伯析、白点等)，也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源。特点：因疲劳源区裂纹表面受反复挤压，摩擦次数多，疲劳源区比较光亮，而且因加工硬化，该区表面硬度会有所提高。

数量：机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是多个，它与机件的应力状态及过载程度有关。如单向弯曲疲劳仅产生一个源区，双向反复弯曲可出现两个疲劳源。过载程度愈高，名义应力越大，出现疲劳源的数目就越多。

产生顺序：若断口中同时存在几个疲劳源，可根据每个疲劳区大小、源区的光亮程度确定各疲劳源产生的先后，源区越光亮，相连的疲劳区越大，就越先产生；反之，产生的就晚。疲劳区是疲劳裂纹亚稳扩展形成的区域。

宏观特征：断口较光滑并分布有贝纹线(或海滩花样)，有时还有裂纹扩展台阶。

断口光滑是疲劳源区的延续，其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱，反映裂纹扩展快馒、挤压摩擦程度上的差异。

贝纹线——疲劳区的最典型特征：产生原因:一般认为是因载荷变动引起的，因为机器运转时常有启动、停歇、偶然过载等，均要在裂纹扩展前沿线留下弧状贝纹线痕迹。

形貌特点：疲劳区的每组贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密，表明裂纹扩展较慢；远离疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙，表明此段裂纹扩展较快。

影响因素:贝纹区的总范围与过载程度及材料的性质有关。若机件名义应力较高或材料韧性较差，则疲劳区范围较小，贝纹线不明显；反之，低名义应力或高韧性材科，疲劳区范围较大，贝纹线粗且明显。贝纹线的形状则由裂纹前沿线各点的扩展速度、载荷类型、过载程度及应力集中等决定。

瞬断区是裂纹失稳扩展形成的区域。在疲劳亚临界扩展阶段，随应力循环增加，裂纹不断增长，当增加到临界尺寸ac时，裂纹尖端的应力场强度因子ki达到材料断裂韧性kic(kc)时。裂纹就失稳快速扩展，导致机件瞬时断裂。

瞬断区的断口比疲劳区粗糙，宏观特征如同静载，随材料性质而变。脆性材料断口呈结晶状； 韧性材料断口，在心部平面应变区呈放射状或人字纹状，边缘平面应力区则有剪切唇区存在。位置：瞬断区一般应在疲劳源对侧。但对旋转弯曲来说，低名义应力时，瞬断区位置逆旋转方向偏转一角度；高名义应力时，多个疲劳源同时从表面向内扩展，使瞬断区移向中心位置。大小：瞬断区大小与机件承受名义应力及材料性质有关，高名义应力或低韧性材科，瞬断区大；反之。瞬断区则小。

d、疲劳曲线及基本疲劳力学性能

疲劳曲线：疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线，即s－n曲线。用途：它是确定疲劳极限、建立疲劳应力判据的基础。有水平段（碳钢、合金结构钢、球铁等）：经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应的应力称为疲劳极限，记为ζ-1（对称循环）无水平段（铝合金、不锈钢、高强度钢等）：只是随应力降低，循环周次不断增大。此时，根据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断裂的应力作为条件疲劳极限。疲劳曲线的测定——升降法测定疲劳极限 d、疲劳过程及机理

疲劳过程：裂纹萌生、亚稳扩展、失稳扩展三个过程。疲劳寿命nf＝萌生期n0＋亚稳扩展期np 金属材料的疲劳过程也是裂纹萌生相扩展的过程。

裂纹萌生往往在材料薄弱区或高应力区，通过不均匀滑移、微裂纹形成及长大而完成。疲劳微裂纹常由不均匀滑移和显微开裂引起。主要方式有：表面滑移带开裂；第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界处开裂。e、如何提高疲劳强度

如何提高疲劳强度——滑移带开裂产生裂纹角度 从滑移开裂产生疲劳裂纹形成机理看，只要能提高材料滑移抗力（固溶强化、细晶强化等），均可阻止疲劳裂纹萌生，提高疲劳强度。

如何提高疲劳强度——相界面开裂产生裂纹角度 从第二相或夹杂物可引发疲劳裂纹的机理来看，只要能降低第二相或夹杂物脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布、使之“少、圆、小、匀”，均可抑制或延缓疲劳裂纹在第二相或夹杂物附近萌生，提高疲劳强度。如何提高疲劳强度——晶界开裂产生裂纹 从晶界萌生裂纹来看，凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔点夹杂物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氢及晶粒粗化等，均易产生晶界裂纹、降低疲劳强度；反之，凡使晶界强化、净化和细化晶粒的因素，均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。f、影响疲劳强度的主要因素 表面状态的影响：应力集中——机件表面缺口因应力集中往往是疲劳策源地，引起疲劳断裂，可用kf与qf表征缺口应力集中对材料疲劳强度的影响。kf与qf越大，材料的疲劳强度就降得越低。且这种影响随材料强度的增高，更加显著。

表面粗糙度——表面粗糙度越低，材料的疲劳极限越高；表面粗糙度越高，疲劳极限越低。材料强度越高，表面粗糙度对疲劳极限的影响越显著。

残余应力及表面强化的影响：残余压应力提高疲劳强度；残余拉应力降低疲劳强度。残余压应力的影响与外加应力的应力状态有关，不同应力状态，机件表面层的应力梯度不同。弯曲疲劳时,效果比扭转疲劳大；拉压疲劳时，影响较小。残余压应力显著提高有缺口机件的疲劳强度，残余应力可在缺口处集中，能有效地降低缺口根部的拉应力峰值。残余压应力的大小、深度、分布以及是否发生松弛都会影响疲劳强度。

表面强化的影响——表面强化可在机件表面产生残余压应力，同时提高强度和硬度。两方面的作用都会提高疲劳强度。（方法：喷丸、滚压、表面淬火、表面化学热处理）硬度由高到低的顺序：渗氮→渗碳→感应加热淬火；强化层深度由高到低顺序：表面淬火→渗碳→渗氮。材料成分及组织的影响：疲劳强度是对材料组织结构敏感的力学性能。合金成分、显微组织、非金属夹杂物及冶金缺陷 g、低周疲劳

低周疲劳：金属在循环载荷作用下，疲劳寿命为102～105次的疲劳断裂。循环硬化和循环软化现象与位错循环运动有关。

在一些退火软金属中，在恒应变幅的循环载荷下，由于位错往复运动和交互作用，产生了阻碍位错继续运动的阻力，从而产生循环硬化。

在冷加工后的金属中，充满位错缠结和障碍，这些障碍在循环加载中被破坏；或在一些沉淀强化不稳定的合金中。由于沉淀结构在循环加载中校破坏均可导致循环软化。热疲劳：机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳。热机械疲劳：温度循环和机械应力循环叠加所引起的疲劳。产生热应力的两个条件：①温度变化②机械约束

冲击疲劳：冲击次数n>105次时，破坏后具有典型的疲劳断口，即为冲击疲劳。

工具钢性能要求篇四

性能编辑

pa66塑胶原料为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，具有可塑性。密度1．15g/cm3。熔点252℃。脆化温度-30℃。热分解温度大于350℃。连续耐热80-120℃,平衡吸水率2．5%。能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀，但易容于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性，机械强度较高。但吸水性较大，因而尺寸稳定性较差

美国杜邦公司在亚洲地区销售原料外包装图

a系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高pa66是p,故其刚性、耐热性都较高。聚酰胺树脂，英文名称为polyamide，简称pa。俗称尼龙(nylon)，它是大分子主链重复单元中含有

酰胺基团的高聚物的总称。为五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。尼龙中的主要品种

是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酸己二胺，尼龙66

比尼龙6要硬l2%；其次是尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，另外还有尼龙1010、尼龙

46、尼

龙

7、尼龙

9、尼龙13，新品种有尼龙6i、尼龙9t和特殊尼龙mxd6（阻隔性树脂）等，尼龙的改性品种

数量繁多，如增强尼龙、单体浇铸尼龙（mc尼龙）、反应注射成型(rim)尼龙、芳香族尼龙、透明尼龙、高抗冲（超韧）尼龙、电镀尼龙、导电尼龙、阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特

殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品[1]。

特性

尼龙作为大用量的工程塑料，广泛用于机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。

成为各行业中不可缺少的结构材料，其主要特点如下：

1．优良的力学性能。尼龙的机械强度高，韧性好。

2．自润性、耐摩擦性好。尼龙具有很好酌自润性，摩擦系数小，从而，作为传动部件其使用寿命长。

3.优良的耐热性。如尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高，可在150℃下长期期使用..。pa66经过

玻璃纤维增强以后，其热变形温度达到250℃以上。

4.优异的电绝缘性能。尼龙的体积电阻很高，耐击穿电压高，是优良的电气、电器绝缘材料

5.优良的耐气候性。

6.吸水性。尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性[1] 特性编辑

pa66在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料。pa66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。pa66在成型后仍然具有吸湿性，其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。

为了提高pa66的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如epdm和sbr等。pa66的粘性较低，因此流动性很好（但不如pa6）。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。pa66的收缩率在1%~2%之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%~1%。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。a66 zytel 塑胶原料性能特点? pa66是pa系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高,故其刚性、耐热性都较高超声波可焊接低分子量经润滑可加工性良好良好的成型性能良好的电气性能流动性高耐化学性良好耐磨损性良好耐疲劳性能耐油性能耐油脂性能生产阶段快脱模性能良好等;用途? 汽车领域的应用电气/电子应用领域家电部件连接器;pa66能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀?但易溶于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性?机械强度较高。但吸水性较大?因而标准稳定性较差。广泛用于制造机械、汽车、化学与电气设备的零件?如齿轮、滚子、滑轮、辊轴、泵体中叶轮、电扇叶片、高压密封围、阀座、垫片、衬套、各种把手、支撑架、电线包层等rohs 合规性 外观?自然色 形状?颗粒料?性状?半透明或不透明乳白色结晶形聚合物?具有可塑性。添加剂?脱模剂 润滑剂 加工方法?注射成型?熔化温度?260~290℃。对玻璃添加剂的产品为275~280℃。熔化温度应避免高于300℃。注塑压力?通常在750~1250bar?取决于材料和产品设计。密度?pa66密度1.15g?cm3。熔点252℃。脆化温度-30℃。热分化温度大于350℃。接连耐热80-120℃,平衡吸水率2?5?。;收缩率 流动: 3.20 mm 横向流量: 2.00 mm 流量: 2.00 mm 吸水率23°c, 24 hr拉伸模量(23°c)3100 1400抗张强度 屈服, 23°c屈服, 23°c 8.30 23°c 8.20 55.0伸长率8.30 64.0屈服, 23°c 4.0 % 屈服, 23°c 4.5 25 % 断裂, 23°c 50 >300 % 断裂, 23°c 40 >100 % 断张率(23°c)20 >100 % 拉伸蠕变模量 1 hr 1400 1000 hr 930 pa66弯曲模量-40°c 3200 mpa?23°c 2800 1210 mpa ?77°c 700?121°c 500?23°c 2800 1200 mpa 介电常数?23°c, 100 hz 4.10?23°c, 1 khz 4.00?23°c, 1 mhz 3.70 ?23°c, 100 hz 3.80?23°c, 1 khz 3.90 23°c, 1 mhz 3.60[2]

应用编辑

高温电气插座零件、电气零件、齿轮、轴承、滚子、弹簧支架、滑轮、螺栓、叶轮、风扇叶片、螺旋桨、高压封口垫片、阀座、输油管、储油容器、绳索、扎带、传动皮带、砂轮粘合剂、电池箱、绝缘电气零件、线芯、抽丝等

型号用途编辑

pa66美国首诺21spc高刚性 耐化学性

pa66美国首诺r513h r533h玻纤增强，高强度，特殊热稳定，耐水解。通过fda、ul认证。通过gm、ford、chryster、delphi、valeo等汽车认证，适用于汽车零部件。机械部件等。

pa66德国巴斯夫a3x2g5 a3x2g7玻纤增强，红磷阻燃剂长期稳定性，具有优异的机械性能。pa66塑胶原料德国巴斯夫a3eg6 a3hg5 a3eg7 a3wg6玻纤增强用于需要高刚性和尺寸稳定性的机械部件护罩。

pa66德国巴斯夫c3u高韧性 无卤素和磷阻燃级。

pa66德国巴斯夫a3k高流动性,用于高应力工程制件如轴承，齿轮及连接器，插座。

pa66美国杜邦101f特殊级适合耐热性好的制品。

pa66塑胶原料美国杜邦101l高强度注塑级 改进机器进料和脱模特性。

pa66美国杜邦408hs注塑级良好的耐热稳定性。

pa66美国杜邦408l特殊级 适合超高抗冲击性的工程制品。

pa66塑胶原料美国杜邦42a有色，高粘绸性，分子量分布密，可焊接于超声波。

pa66美国杜邦70g13l 70g13hs1l玻纤增强13%高强度。

pa66美国杜邦70g33l 70g33hs1l高强度 玻纤增强33%。

pa66塑胶原料美国杜邦70g43l 高强度43%玻纤增强。

pa66美国杜邦80g33hs1-l超高抗冲击性 玻纤增强33% 超高强度。

pa66塑胶原料美国杜邦fr10 fr15 fr50 fr60玻纤增强无卤阻燃级ul94 v-0等级

pa66美国杜邦st801特殊级 超强韧性 杰出的耐冲击性。

pa66塑胶原料日本东丽cm3001g-30一般用途 玻纤增强30%。

pa66日本东丽cm3001-n cm3006标准级尼龙-66未强化。

pa66日本东丽cm3004g-30玻纤增强30%含卤阻燃级。

pa66日本东丽cm3004-v0尼龙66未强化，无卤阻燃级。

pa66塑胶原料日本旭化成1300g高强度 高刚性 玻纤增强33%。

pa66日本旭化成1300s平衡的流动性和机械性能。

pa66日本旭化成1402s具有良好的抗热老化性能。

pa66日本旭化成fr200 fr370阻燃级ul94 v-0；不含卤素和磷。pom：即聚甲醛聚甲醛学名聚氧化聚甲醛（简称pom）又称赛钢、特钢聚合所得程塑料特性

1、pom具有低摩擦系数和好几何稳定性甲醛等原料pom-h（聚甲醛均聚物）pom-k（聚甲醛共聚物）高密度、高结晶度具有良好物理、机械和化学性能尤其有优异耐摩擦性能 热塑性工特别适合于制作齿轮和轴承草坪设备等

2、pom具有耐高温特性

3、pom性种坚韧有弹性因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体）材料即使低温下仍有好抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特

4、pom高结晶程度导致

料有同收缩率有相当高收缩率高达2%~3.5%对于各种同增强型材

5、pom属结晶性塑料熔点明显

比重1.43 熔点175°c 旦达熔点熔体粘度迅速下降 伸强度（屈服）70mpa 伸长率（屈服）15%（断裂）15%冲击强度（无缺口）108kj/m2

（带缺口）7.6kj/m2

工具钢性能要求篇五

第四章

工具钢

对各种材料进行加工，需要采用各种工具，主要是各种刃具与模具。

工具钢按用途分为刃具钢、模具钢及量具钢。按成分可分为碳素工具钢，低合金工具钢，高合金工具钢（高速钢）。

刃具钢要求高硬度，高耐磨性，一定韧性和塑性，有时需热硬性。如车刀，刨刀，铣刀，钻头，丝锥，锉刀，锯条。常用钢种为t7~t12，cr，cr2，9mn2v，crwmn，w18cr4v。

模具钢为两类：一类为热作模具钢，要求高温下的硬度的强度，抗热疲劳和良好的韧性。

如锤锻模，挤压模，压铸模。常用钢种为t8~t12，mnsi，5crw2si，cr12v，cr12mov。另一类为冷作模具钢，要求具有高硬度，耐磨性和一定的韧性。如冲切模，冷镦模，搓丝模，拉丝，剪刀片。常用钢种有5crnimo，3cr2w8v。

量具钢要求高硬度，高耐磨和尺寸稳定性如量规，样板，卡尺。

工具钢要求的基本性能有：（1）使用性能，如强度，塑性，韧性，耐磨性，热硬性，热疲劳性能；（2）工艺性能，如淬透性，变形与开裂倾向，脱c敏感性，磨削性，切削加工性。

§4．1 碳素及低合金工具钢

一、碳素工具钢

1．成分：高c钢，0.65-1.35% 2．组织：高c回火马氏体+细粒状k，hrc58-64 3．牌号：t7~t13 高牌号者，硬度高，耐磨性好，但韧性较低；低牌号者，硬度较低，但韧性较好。可选择不同场合具体运用。

4．热处理：球化退火（粒状p组织，便于切削加工）+淬火与低温回火

球化退火采用等温球化退火工艺。

5．性能：成本低，冷热性能较好，热处理简单，应用范围较宽。

不足处：（1）淬透性低，盐水中淬火，变形开裂倾向大。

（2）组织稳定性差，热硬性低，工作温度小于200℃。

6．应用：制作工件尺寸较小、受热温度不高、形状简单、不受较大冲击的工具如低速切削的刃具和简单的冷冲模。

二、低合金工具钢

加入m，如si，mn，cr，w，mo，v。与碳素钢相比，具有淬透性高，耐磨性好，淬火变形少，回火稳定性好，切削速度也较高。

合金元素作用：提高耐磨性，v，w，mo, cr；提高淬透性；减少淬火变形；

细化晶粒提高韧性；增大热硬性。

常用钢种：cr06，cr，cr2，9cr2，9sicr，8mnsi，crmn，crwmn，crw5，w，v 但由于热硬性仍较差，难以满足高速切削的需要。

§4．2 高速工具钢

高速工具钢适用于高速切削刀具。由于合金度高，可保证刃部在650℃时实际硬度仍高于hrc50，从而具有优良的切削性和耐磨性。

根据钢中主要化学成分，高速钢可分成三类：即钨系高速钢、钼系高速钢和钨钼系高速钢，其中钨系的w18cr4v和钨钼系的w6mo5cr4v2应用最普遍，属于通用型高速钢；而高碳高钒、高钒高钴超硬高速钢属于特殊高性能高速钢见表4-1。

一．高速钢中的组成相和碳化物不均匀性

1、高速钢中的组成相

高速钢的平衡组织： 合金f和合金k 合金元素： w，mo，cr，v，co

合金k：m6c型：

w，mo的k，溶解一定的cr, v, co

m23c6型： cr的 k,（cr, fe, mo, w, v）23c6

mc型：

v的k，溶解少量w，mo,cr

在热处理过程中还存在m2c型k：w，mo的k，w2c，mo2c 2．高速钢的铸态组织

高速钢属于高合金莱氏体钢，其相图较复杂。图4-1为fe-w-cr-c系的变温截面。当w18cr4v钢凝固时，发生下列反应：

（1）开始结晶时析出δ(高温α)固溶体；

（2）冷到1400℃发生l+δ→γ的包晶反应；

（3）在1345℃附近很窄的温度范围进行l+δ→γ+m6c的包共晶反应；

（4）在1330℃-1300℃之间发生l→γ+m6c的共晶反应，一直到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，存在于奥氏体晶之间，其中碳化物呈鱼骨状，骨络之间为γ；

（5）凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出过共析合金碳化物，在870-800℃间发生γ+m6c→α的包析反应；冷到800℃左右发生γ→α+m6c+fe3c共析反应。实际上w18cr4v钢中在共晶结晶时还出现vc，并在随后冷却时，由奥氏体中还析出vc和m23c6型碳化物。在低温下未发现fe3c存在。

图4-1 fe-w-cr-c系的变温截面

图4-2 w18cr4v钢的铸态组织

在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却，其包晶反应不能进行完毕，仍有部分δ相被保留下来，在继续冷却时发生共析分解δ→γ+m6c，随后γ相再发生共析反应。这种转变产物金相形态呈黑色．称为“黑色组织”。γ相的共析反应也可能破抑制而过冷到低温，转变为马氏体和残留奥氏体，形成“白亮组织”。

因此铸态组织有大量鱼骨状共晶le和黑色组织（屈氏体）与白色组织（马氏体和残余奥氏体）。

3．高速钢中碳化物的不均匀性与改善途径

铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物；在锻轧变形量不足时，仍存在粗的碳化物网和密集的带状碳化物，这种碳化物的不均匀性对高速钢刀具的质量和使用寿命有极大影响。淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化，淬火开裂倾向大，碳化物密集区脆性大，易引起崩刃。粗大碳化物在淬火加热时溶解少，使附近奥氏体合金度低，热处理后刃具的硬度、热硬性和耐磨性都降低，抗弯强度、韧性指标因碳化物不均匀而降低。因此，碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要技术质量指标之一。

改善碳化物不均匀性的措施有：

（1）采用200-300 kg小锭型，使钢锭凝固快，减少结晶时宏观偏析，莱氏体共晶也细小；

（2）采用扁锭加快凝固，一般用630 kg型，减少集中偏析和使莱氏体共晶细小；（3）增大钢锭锻压比，反复拉拔和镦粗；

（4）大尺寸钢材可采用电渣重熔．钢液在水冷结晶器中径向结晶，莱氏体共晶细小；（5）粉末冶金方法。

二、高速钢的热处理

1．退火

高速钢经锻轧后，钢材需要退火。消除内应力，降低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备。可采用一般退火或等温退火。

高速钢的ac1在820-860℃范围，故退火温度为870-880℃，保温2-3h，大部分合金碳化物未溶入奥氏体，此时奥氏体中合金元素含量不多，冷却时易转变成粒状珠光体和剩余碳化物。一般冷却速度≤30℃/h，冷到600℃出炉空冷。退火后w18cr4v钢中碳化物体积百分数约为30％，其中m6c为16-19％，m23c6为9％，mc为1.5%-2%。组织为s+k。2．淬火与回火

图4-3为w18cr4v钢的典型热处理淬火与回火工艺。

图4-3 w18cr4v钢的典型热处理淬火与回火工艺

 热处理工艺特点：

（1）往往采用一次或两次预热：高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形，开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。（2）淬火温度高。

为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，9级）。淬火后获得高合金的马氏体，具有高的抗回火稳定性，在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。图4-4是w18cr4v钢的的正常淬火组织，图4-5是w18cr4v钢的过烧组织。

图4-4 w18cr4v钢的正常淬火组织

图4-5 w18cr4v钢的过烧组织 m23c6

900℃开始溶解，1090℃全部溶解；

m6c

1037℃开始溶解，1250℃以上溶解量逐惭减小； mc

1100℃开始溶解，溶解速度比m6c缓慢。

1280℃时，奥氏体中：c 0.5%，w7-8%，cr4%，v0.6-0.8%

剩余k总量为9-10%：其中，m6c 7.5%-9.0%，mc 1.0-1.5%（3）可采用分级淬火。

一般油淬空冷（组织为：m+ar20-25%+9-10%未熔k）。对细长件和薄片件采用等温淬火。

为了减少工件变形，采用1次或多次分级淬火。对于大型复杂刃具，可采用等温淬火，以减少变形并提高韧性。

（4）回火温度高，回火次数多。

回火目的是从m中析出弥散m2c和mc碳化物，产生二次硬化效应和消除残余奥氏体和内应力。

回火温度高是为了提高二次硬化效果；回火次数多一方面增强二次硬化效果，另一方面（主要）是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体的含量，也间接地提高了性能。见图4-6~4-8。

图4-6 w18cr4v钢奥氏体成分与淬火t的关系

图4-7 w18cr4v钢回火时的硬度变化

图4-8 w18cr4v钢回火次数与残余奥氏体量与性能的关系

为改善和提高高速钢刃具的切削效率和耐用度，广泛采用表面强化方法，通过表面化学热处理或在刃具表面覆层。高速钢工件表面化学热处理有表面氮化（如辉光离子氮化、气体软n化）、表面硫氮共渗或硫氮硼等多元共渗、蒸气处理等。这些处理温度均不超过560℃，工件的显微组织和性能均未改变。

工件表面覆层是物理气相沉积(pvd法)在工件表面沉积tic或tin覆层，具有高硬度、优异的耐磨性、抗粘着性扣抗咬合性，显著提高工件使用寿命。

三、合金元素的作用

碳化物的变化是高速钢性能的晴雨表。它决定高速钢热硬性的好坏。

1． w或mo 主要是提高热硬性。可阻止奥氏体晶粒粒长大；提高马氏体的回火稳定性。

mo高速钢的含mo共晶碳化物为细鸟巢状，减少了k的不均匀性； 抗弯强度和冲击韧性较高。mo2c比w2c析出温度低，易长大；易脱c。现常选用w-mo系。2．v 主要作用是提高钢的耐磨性和钢的热硬性。

3．cr 主要起提高钢的淬透性作用。可提高钢的耐蚀性和抗氧化能力，改善切削能力。4．c

形成k，固溶强化。c%提高，hrc和热硬性提高。

5．co 提高钢的热硬性，降低韧性，增加脱c倾向。有5%、8%、12%三个级别

主要通过固溶在马氏体中，提高马氏体的抗回火稳定性，减慢合金k的析出与聚集

长大，加强二次硬化效果（提高晶界开始熔化温度）。

6．微合金化元素：n—0.05-0.10%于高c高硬高速钢中，可提高热硬性；

re： 可明显改善其在900-1150℃之间的热塑性。

§4．3 冷作模具钢

一、概述

冷作摸具钢是用来制作使金属冷变形的模具，如冷冲、冷镦、冷挤压、冲裁、拉丝等模具。其工作温度不高，主要要求具有高硬度和耐磨性，也要有一定韧性。在热处理时要求淬透性高，淬火变形小。

一般中小型模具常用碳素及低合金工具钢制作，如t12、9mn2v、cr2、crwmn等。另一类是高淬透性、高耐磨的高碳高铬钢、高碳中铬钢或高速钢基体钢。常用的冷作模具钢化学成分见表4-2。

表4-2 常用的冷作模具钢的的成分（%）

二、高铬和中铬模具钢

1． cr12及cr12mov 高c亚共晶莱氏体钢，cr7c3型（hv2100），具有高淬透性。可用两种热处理工艺：

1)低温淬火和低温回火，组织m+ar(少)，hrc61-63

2)高温淬火与高温回火，组织m+ar（多），多次回火，提高硬度。2． cr6wv, cr4w2mov, cr5mo1v 高碳中铬模具钢。由于碳量相对低，铬量低，属于过共析钢。由于凝固时偏析，故仍有部分莱氏体共晶。这类钢中的碳化物也是以cr7c3型为主，并有少量m6c，mc型。

这类钢的碳化物分布较均匀。退火态含有15%左右的碳化物。这类钢具有耐磨性好和热处理变形小的特点，适用于制造既要求有耐磨性、又具有一定韧性的模具。

三、基体钢和低碳高速钢

50cr4mo3w2v，55cr4mo5wvco8，65cr4w3mo2vnb，60cr4mo3ni2wv 基体钢是根据通用高速钢淬火后基体成分而设计的钢种，它既有高速钢基体的强度和热硬性，又不含有由过多的未溶碳化物带来的脆性。低碳高速钢也常用于高冲击负载下的模具。

由于碳化物少，韧性和工艺性能也明显改善。

四、新型冷作模具钢

1．高韧性、高耐磨性模具钢

为适应冷镦模和厚板冲剪模的工作要求，既要有良好的耐磨性，又有较高的韧性，先后发展了一系列高韧性、高耐磨性的冷作模具钢。代表性的钢有8cr8mo2vsi、cr8mo2v2wsi等这类钢用来制造冷镦模、冷冲模及冲头、冲剪模、冲挤压模等。2．粉末冶金冷作模具钢

粉末冶金冷作模具钢是另一种新型冷作模具钢，采用粉末冶金法，用水雾化法将钢水雾化成细小钢粉末，通过快速凝固，每颗粉末中的高合金莱氏体得到细化，显著改善烧结后钢的韧性。同时这种方法可以生产用传统冶金方法难以生产的高碳高合金冷作模具钠。使钢中含有更多的硬质碳化物vc，具有更高的耐磨性。

§4．4 热作模具钢

金属的热成型有两种途径：一种是对红热的固态金属施加压力，使之在模具型腔内热变形成型，如锤锻、挤压等；另一种是在压力下使熔融金属注入模具型腔内凝固，即压铸。

模具在红热金属作用下升温，锤锻模具型腔表面可达600℃，局部可高于650℃；压铸模具表面温度可达800℃。温度随操作而周期地受到交替升温和降温所产生的热疲劳和模具工作部位的塑性变形和型腔堆塌。

工作条件对模具钢提出的要求有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。

表4-3 常用热作模具钢的成分

一、锤锻模钢

锤锻摸具钢种应具有高强度、高热稳定性、高的淬透性、高的冲击韧性和低的回火脆性倾向，因而模具钢显微组织应是中碳（0.5%c）回火索氏体。回火温度应稍高于模面工作温度。

可根据模具尺寸来选择不同淬透性的钢种。对模高小于400mm的中、小

型锤锻模具，要求有中等淬透性的5crmnmo等钢种；模高大于400mm的大型锤锻模具，适用高淬透性 的5crnimo钢及新型钢种3cr2mowvni和45cr2nimosiv，具有高温下的高强度和韧性。例如：5crmnmo，5crnimo：830-850℃淬火，520-580℃回火。hrc38-42 3cr2mowvni和45cr2nimosiv：1000℃淬火，两次回火（640℃，620℃），hrc40-42

二、挤压及压铸模具钢

目前采用中铬中加入mo，w，v，si等，如：45cr5mosiv，45cr5mosiv1，4crw5siv，3cr3mo3vnb等钢中碳化物类型有m23c6，m6c，mc，钒在钢中起回火时二次硬化作用；铬、钼、钨、钒能提高钢抗回火软化能力，保持高温下的强度、韧性；硅提钢的回火稳定性和抗热疲劳能力；铬和硅还能提高抗氧化和抗蚀性。

中合金铬系热作模具钢从室温到650℃既具有较高强度，又保持较高的韧性，并具有良好的抗热疲劳性能和热稳定性，在中温下有良好的抗氧化和耐液态金属冲蚀性能。

中合金铬系模具钢广泛用在铝合金压铸摸、热挤压模、热剪切模、精密锻造模及各种冲击和急冷条件下工作的模具，成为主要的热作模具钢钢种。

如45cr5mosiv1：要求700℃时屈服强度320mpa，1020-1050℃淬火，620-650℃回火，hrc45；580-600℃回火，hrc48-50。组织为回火m+k。