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Q 为什么钛合金是一种难加工材料？

A
为什么钛合金是一种难加工材料？
为什么我们认为钛合金是一种难加工材料？因为对其加工机理和现象缺乏深刻的认识。

1．钛加工的物理现象
钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢，但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂得多，从而使钛合金加工面临巨大的困难。
大多数的钛合金的热导率很低，只有钢的1/7，铝的1/16。因此，在切削钛合金过程中产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走，而集聚在切削区域，所产生的温度可高达1 000℃以上，使刀具的刃口迅速磨损、崩裂和生成积屑瘤，快速出现磨损的刀刃，又使切削区域产生更多的热量，进一步缩短刀具的寿命。
切削过程中产生的高温同时破坏了钛合金零件的表面完整性，导致零件几何精度下降和出现严重减少其疲劳强度的加工硬化现象。
钛合金的弹性对零件性能来说可能是有益的，但是在切削过程中，工件的弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”的工件离开刀具和反弹，从而使刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会产生热，加重了钛合金导热性不良问题。
加工薄壁或环形等易变形零件时，这个问题就更加严重，将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度不是一件容易的事。因为随着工件材料被刀具推开时，薄壁的局部变形已经超出弹性范围而产生塑性变形，切削点的材料强度和硬度明显增加。此时，按照原先确定的切削速度加工就变得过高，进一步导致刀具急剧磨损。
“热”是钛合金难加工的“罪魁祸首”！

2. 加工钛合金的工艺诀窍
在理解钛合金加工机理的基础上，加上以往的经验，加工钛合金的主要工艺诀窍如下：
(1) 采用正角型几何形状的刀片，以减少切削力、切削热和工件的变形。
(2) 保持恒定的进给以避免工件的硬化，在切削过程中刀具要始终处于进给状态，铣削时径向吃刀量ae应为半径的30%。
(3) 采用高压大流量切削液，以保证加工过程的热稳定性，防止因温度过高导致工件表面变性和刀具损坏。
(4) 保持刀片刃口锋利，钝的刀具是热集结和磨损的原因，容易导致刀具失效。
(5) 尽可能在钛合金最软的状态加工，因为淬硬后材料变得更难加工，热处理提高了材料的强度并增加刀片的磨损。
(6) 使用大的刀尖圆弧半径或倒角切入，尽可能把更多的刀刃进入切削。这可以减少每一点的切削力和热量，防止局部破损。在铣削钛合金时，各切削参数中切削速度对刀具寿命vc的影响最大，径向吃刀量（铣削深度）ae次之。

3. 从刀片入手解决钛加工难题
钛合金加工时出现的刀片沟槽磨损是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨损，它往往是由于前期加工留下的硬化层所造成的。刀具与工件材料在加工温度超过800℃的化学反应和扩散，也是形成沟槽磨损的原因之一。因为在加工过程中，工件的钛分子在刀片的前面积聚，在高压高温下“焊接”到刀刃上，形成积屑瘤。当积屑瘤从刀刃上剥离时，将刀片的硬质合金涂层带走，因此，钛合金加工需要特殊的刀片材料和几何形状。

4. 适合钛加工的刀具结构
钛合金加工的焦点是热，大量高压切削液要及时准确地喷射到切削刃上，才能够快速地将热量移除。市场上有专门用于钛合金加工的铣刀独特结构。
Q 什么是马氏体、贝氏体？

A
什么是马氏体、贝氏体？

马氏体
对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫•马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。
马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。（这个工作我们现在做的好像也蛮多的。）他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一（有远见）。他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所（'Staatliche Materialprüfungsamt'）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。直到现在，在德国依然有一个声望颇高的奖项以他的名字命名。

奥氏体
下面说说奥氏体Austenite，套用一下无意间搜到的某个以Austenite为昵称的仁兄的话，Austenite之所以叫Austenite，不是因为发现者喜欢简•奥斯汀（Jane Austen）的作品，也不是因为德克萨斯州的首府奥斯汀（Austin）市，而是因为一位来自不列颠的冶金学家Roberts-Austen, Sir William Chandler (1843-1902)。个人猜测，他的名字大概是罗伯茨-奥斯汀，被封为威廉•查德勒爵士。这位爵士可算得上是有好几把刷子。他是第一幅铁碳相图的绘制者，1897年完成初稿1899年彻底完成。他还是第一个用定量试验验证菲克扩散定律的人，他所做的试验是金在铂中的扩散。他还与法国勒夏忒列同时称为差热分析的鼻祖。下面我们来看看这位先生的生平。

罗伯茨-奥斯汀于1843年3月3日出生于英国的Kennington。18岁时进入皇家矿业学院。后来在造币厂从事金、银和合金成分的研究。他用量热计法测定银铜合金的凝固点，并首先用冰点曲线表示其实验成果。1875年当选为英国皇家学会会员。1876年与J.洛基尔一起用光谱仪作定量分析，以辅助传统的试金法。1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。奥斯汀采用Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计测定了高熔点物质的冷却速度，并创立共晶理论。他使用显微镜照相的方法研究金属的金相形貌。在造币厂的工作使他成为了举世闻名的铸币权威。1882年到1902年他在伦敦的皇家矿业学院任冶金学教授，1899年被授予爵士爵位。于1902年11月22日离开人间。

贝氏体
相比之下关于贝氏体和莱氏体的“被命名者”我们了解的要少得多。贝氏体Bainite，命名自美国化学家E. C. Bain，30年代，他和他的合作伙伴在由他们首先进行的“等温转变曲线”的试验中发现了一种不同于他们熟识的组织的新的组织，这种针状或羽毛状的组织随后被以他的名字命名。莱氏体Ledeburite，命名自Adolf Ledebur (1837-1916)。关于他，我们只知道他是Bergakademie Freiberg的第一个'Eisenhüttenkunde'教授，并因在1882年发现了铁碳'Mischkristalle' 而闻名，至于这些德语是什么意思就请高手不吝赐教了。
以人名命名的组织大体如此，其他的组织命名则各有不同。铁素体Ferrite，命名自拉丁文的铁（Ferrum）；珠光体Pearlite，得名自其珍珠般（pearl-like）的光泽；渗碳体Cementite则因发现者称其为水泥（法语Ciment）以描述它在凝固过程中粘结先析出的晶胞的作用而得名。
Q 钢材常见缺陷组织详解

A 钢材常见缺陷组织详解

一、带状组织（banded structure）是钢材内部缺陷之一，出现在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的铁素体晶粒与珠光体晶粒。这是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。

形成原因
金属材料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。但是，加工后的材料容易得到沿着变形方向珠光体和铁索体呈带状分布的组织，即形成带状组织。形成带状组织的原因大致有两种：
1、由成分偏析引起的带状组织
在低碳钢中，由于夹杂物的含量较多，加工变形后，夹杂物呈流线分布，当钢从热加工温度冷却时，这些夹杂物可作为先共析铁索体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，最后剩余奥氏体转变成珠光体，使先共析铁素体和珠光体呈带状分布，形成带状组织。这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。
2、由于热加工温度不当引起的带状组织
在锻造时，热加工停锻温度位于两相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可以通过正火或退火的方法加以消除。
带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向。压力加工时易于从交界处开裂。对于需要后续热处理的零件，带状组织轻则会导致热变形过大，重者会造成应力集中，甚至出现裂纹。如果带状组织非常严重的话，正火是解决不了的，最好进行高温扩散退火，在1050℃以上加热，才能使碳原子扩散均匀，消除带状组织。

消除方法
带状组织一般可用热处理方法加以消除。对于高温下能获得单相组织的材料，带状组织有时可用正火来消除。而因严重的磷偏析产生的带状组织必须用高温扩散退火及随后的正火加以改善。具体消除手段如下：
1、由成分偏析引起的带状组织，即当钢中含有磷等有害杂质并压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3以下时，这些杂质就成为铁素体的核心使铁素体形态呈带状分布，随后珠光体也呈带状分布。这种带状组织可以通过电渣重熔、增大结晶速度来消除。
2、由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体。这种组织可通过提高终轧温度、增大锻造比或扩散退火、正火的方法来改善或消除。
3、成分偏析引起的带状组织很难用热处理的方法加以消除。通常正火能够在一定程度上减轻这种偏析，一般情况下通过正火能将偏析纠正到允许级别。如果带状组织严重，可以多次正火改善。最可靠的方法是先高温扩散退火，接着再来一次正火，这样可以达到完全消除带状组织的效果，但是这样成本会很高，对于钢板来说受表面质量的限制，难以实现。

二、魏氏组织(widmanstatten structure)是在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度适宜时，钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的的柔韧性急速下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。

产生原因
片状的共格沉淀相通常是在基体的一定晶面析出（叫沉淀的惯析面），以维持共格，因为在晶体内晶面成几组方向不同地平行排列，所以沉淀相也就是几组平行排列，成为魏氏组织。过热的中碳钢或低碳钢在较快的冷却速度下容易产生魏氏组织。

三、脱碳层(decarbonized zone)是指含碳耐火材料在高温使用中，表层受氧化性介质侵蚀，碳被氧化后形成的层带。脱碳层的气孔率比原砖显著增大，故强度降低。含碳耐火材料经熔渣侵蚀后，工作面常附有一层渣层，其成分主要由熔渣与被熔渣溶蚀或冲蚀下来的耐火材料构成。紧接着附渣层的是熔渣与脱碳后的耐火材料相互作用而形成的反应层在反应层内，相互作用生成的液相形成了连续签质，耐火材料的晶粒或颗粒一般多呈蚀损状态并被这些基质所包围。反应层与原砖之间则为脱碳层。脱碳层一般都较薄，反应层则较厚些。

钢的脱碳层深度测定
脱碳包含部分脱碳、完全脱碳。完全脱碳指钢样表层碳含量水平低于碳在铁素体中最大溶解度（只在铁素体中存在)。
1 有效脱碳层深度：从产品表面到规定的碳含量或硬度水平的点的距离，规定的碳含量或硬度水平以不因脱碳而影响使用性能为准（如产品标准中规定的碳含量最小值）。
2 总脱碳层深度：从产品表面到碳含量等于基体碳含量的那一点距离，等于部分脱碳层和完全脱碳层之和。
3 铁素体脱碳层深度：表面完全脱碳层的深度。（由显微组织检验确定）测定方法。

　　通常采用金相法、硬度法、化学法或光谱分析法。试样在供货状态下检验，不需要进一步热处理。如经有关各方商定，则要从多方面注意防止碳的分布状态和质量分数的变化。如：采用小试样、短的奥氏体化时间，中性的保护气氛。

顺富金属
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Q 高速钢的历史

A 高速钢的历史
多年来，高速钢牌号主要为高速切割应用而开发，但也用于生产工具和模具。每个牌号的性能各不相同，但共同的性能包括高耐磨性和出色的韧性。高速钢牌号还具有高达500℃的耐热性，这使它们非常适合高速使用，因此被称为高速钢。

通过热处理，这些钢可以达到很高的洛氏硬度，例如，M2高速钢通常被硬化到64HRC，而M42可以被硬化到高达70HRC，尽管它通常被硬化到66-68 HRC。

高速钢牌号的化学成分结合了碳、铬、钼、钒、钨和钴的部分或全部合金元素。结合碳、钒和钨的牌号可以提供最高的耐磨性。钴牌号提供了更好的热硬度和可清洗性，但韧性下降。

历史

1868年，Robert Meashet发明了一种自硬化/空气硬化钢。这是第一种已知的特殊钢，在锻造和冷却时获得一定程度的硬度。它被广泛用于工程工具，并在当时获得了专利，其化学成分仍然保密。我们现在知道，8%的钨含量是决定该钢性能的关键。1870年，英国塞尔弗里德的塞缪尔-奥斯本公司购买了钢铁的大规模生产。

在十九世纪的美国，为宾夕法尼亚州伯利恒钢铁公司工作的弗雷德里克-泰勒和英国人毛塞尔-怀特，对钢做了许多测试和实验，以了解其特性。在这些实验中，他们发现在8%的钨钢中加入3.8%的铬，可以使其在高温下进行淬火和回火（接近钢的熔点））。在所使用的服务中，它可以更快的速度工作，因此命名为高速钢。

T1是第一批大规模生产的高速钢之一。它在1910年被开发和生产，并由美国新泽西州的坩埚钢铁公司获得专利。1937年，美国的W Breelor公司发明了钨钼高速钢M2。

在随后的几年里，许多新牌号的高速钢被开发出来。在英国，许多专业的钢铁生产商（主要在谢菲尔德）制造了许多高速钢以及工具钢牌号。对于每个制造商来说，普遍存在的情况是为每个牌号提供独特的公司钢品牌。例如，塞缪尔-奥斯本公司就是一个很好的例子，该公司以在其高速钢牌号中使用穆谢特的名字而自豪。

塞缪尔-奥斯本品牌 AISI BS4659 *
Dual Particle ND T1 BT1
triple wheat floor GZ T4 BT4
mushet MKK M2 BM2
Meashet Special VG M15 BM15
* (1971年推出)

通用高速钢规格
给予工具和高速钢的许多品牌名称让买家感到困惑。1971年，英国标准协会对英国使用的所有主要类型的工具和高速钢采用了一个新的标准，称为BS4659。现在最流行的牌号是M2、M35和M42，有圆棒、扁棒和板材。

M2高速钢
由于其钨钼组合，M2高速钢在淬火后具有很高的耐磨性。由于具有更好的韧性和良好的切削力，它现在已经被取代为最受欢迎的高速钢牌号。T1已经很少生产或库存。

M35高速钢
M35中加入了钴，使其具有比M2更好的耐热性能。

M42高速钢
具有较高的硬度（高达70Hrc），由M42刀具制成的工具具有良好的热硬度，提供了良好的服务性。

应用范围
高速钢规格通常用于工具头、切削工具、丝锥、钻头、刀具和带状刀片。利用其高硬度和高耐磨性，高速钢通常用于工具的应用，如冲头和模具的部件。
Q 中国的工具钢如何？

A
中国的工具钢如何？

工具钢行业具有非常高的竞争壁垒，主要体现在两个方面：（1）先发优势带来的技术壁垒，新进入者短期很难超越。例如，国外的工具钢生产企业对我国长期实施技术封锁，同时不断的开发新钢种、新牌号以保持技术优势。（2）认证周期长和替换成本高带来的市场壁垒。以模具钢为例，一般模具钢的使用寿命在 10 万次左右，服役周期为 2 年。如果某客户想要验证新模具钢的性能，需要长达 2 年以上的认证周期，因此主机厂倾向于不轻易更换模具钢供应商。此外，以汽车为代表的下游高端客户对模具性能要求高，会指定模具钢供应商，例如多采用瑞典、德国和日本企业生产的模具钢，新参与者想进入上述高端市场是比较困难的。根据产业调研了解到，目前长城、比亚迪等国内车企已逐步采用国产模具钢来替代进口。

国产模具钢的性价比高，高端市场国产替代的空间大。由于我国的模具制造技术水平总体进步很大，模具在国际采购中具有性价比优势，我国模具在国际贸易格局中占据着越来越重要的地位，出口金额已达到我国模具行业主营业务收入的 15%。近 5 年来，我国进口模具的国产化替代较为顺利，模具进口金额持续下滑，与此同时模具的出口保持增长。目前我国中高端模具仍依赖进口，模具进口市场规模约为 20 亿美元。

从进出口的市场规模看，2015-2019 年我国的模具出口金额从 50.82 亿美元增长至 62.46 亿美元，累计增长 22.9%，出口市场年均增长 2.91 亿美元；同期模具进口金额从 24.85 亿美元降至 19.39 亿美元，累计下降 22.0%，进口年均减少 1.37 亿美元。

从进出口的产品结构看，塑料橡胶模具、冲压模具出口占比分别为 62.27%、19.30%，进口占比分别为 44.96%、40.92%。根据我们的产业调研了解到，目前我国在大型塑料模具和超大型热作模具等高端产品上的进口依赖度较大，主要是因为上述大尺寸规格的产品对组织、性能均匀性的控制要求更高。

国产的模具钢有着国外钢厂不可比拟的交货时间优势和成本优势，对于同样规格的产品，国产模具钢价格只有国外的 1/3。近几年国内钢厂不断引进先进的冶炼设备，生产工艺和技术已经取得了长足的进步，已经有部分高端模具钢品质达到欧洲标准模具钢等级标准，质量等级可以与进口模具钢媲美。

随着我国制造业的转型升级和模具行业的不断发展，国内市场对中高档模具的需求量越来越大。我国的模具钢与国际先进水平相比，在品种、质量、尺寸规格及使用性能等方面都有差距，尚不能满足高端市场的需求。根据我们市场调研的数据推测，我国每年约有 10 万吨左右的高端模具钢需要进口，主要是精密的、长寿命的模具钢，几乎占据了整个模具钢高端市场的 80%以上。进口的模具钢价格要比国内的同类产品高出几倍。

国外模具钢采用了更多的成分、组织和性能等方面的单项指标。以 H13 模具钢为例，国外 H13 的控制指标最多达 8 项，而我国的标准只有 3 项。一般国产 H13 钢制的压铸模具寿命为 3 万~5 万模次，而进口的优质 H13 的压铸模具寿命可达 20 万次。在生产工艺上，国外普遍采用‚电炉+炉外精炼”，对于纯净度要求更高的大部分采用电渣重熔，大截面锻压模块和大型钢材多采用真空处理。

我国的高端模具产业长期依赖进口材料支持其发展，无形中提高了模具产业特别是高端模具产业供应链的危险系数。政治局会议提出提升国内大循环的主体地位，维护产业链供应链安全稳定，补齐关键环节。为了提高我国模具行业的安全系数，支持我国模具产业健康平稳地发展，我国亟需改善高端模具钢几乎依赖进口的局面。我国模具钢产业要补齐短板和功课：（1）高端化：加强新产品开发，提高模具钢性能，同时促进品种规格多样化、制品化；（2）专业化：形成专业化模具钢生产；（3）品牌化：以质量树立模具钢品牌。
Q 工具钢如何生产？

A
工具钢如何生产？

工具钢的发展已有百年历史，各种工具钢既有共同的要求，如硬度高、耐磨性和一定的强韧性等，又有各自的特殊要求，如红硬性、耐冲击、尺寸稳定性、抗热疲劳性和良好的综合机械性能等。工具钢的生产工序主要包括冶炼、铸造、加工和热处理等。为了满足不同的要求，生产上采用各种不同冶金成份的工具钢，并通过恰当的变形和热处理工艺来达到其性能要求，因此高性能的工具钢生产具有极高的技术壁垒。

工具钢的冶炼一般采用电弧炉+二次精炼的双联法，二次精炼工艺有钢包精炼（LF）、真空处理（VD）、喷粉精炼等多种方法，生产高性能合金工具钢则采用电弧炉+电渣重熔（ESR）或真空自耗（VAR）法。工具钢的热加工包括热处理和热变形，热处理分为形变前热处理和形变后热处理。形变前热处理是进行均匀化处理以减少钢的偏析；形变后热处理主要是去应力退火处理。为了提高工具钢的等向性能和使用寿命，采用多向锻造或多向轧制，可以避免带状组织的形成或减轻带状组织的严重程度。

合金工具钢以模铸为主，为保证钢锭质量，广泛采用防止二次氧化技术，包括保护气体浇铸、真空浇铸。为提高收得率、降低成本，国内外部分特殊钢厂已采用连铸生产低合金工具钢。对于截面大的模具材料，通常选用大截面连铸机，例如日本大同特殊钢采用二流弧形大方坯连铸机，铸坯尺寸为 370×380mm，德国蒂森特殊钢公司的立式二流连铸机，结晶器截面尺寸为 340×475mm。u 以高速钢为例，碳化物经热加工后破碎成颗粒，称为一次碳化物；从基体中析出的碳化物称为二次碳化物。碳化物特别是二次碳化物，对钢的晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量和热处理工艺有关。

模具的使用寿命和制成的精度、质量、表面性能，除与模具的设计、制造精度以及机床和操作等条件有关外，与模具材料及其热处理工艺也有密切关系。据有关的统计表明，模具的早期失效因材料选择不当和内部缺陷引起的约占 10%左右，由热处理不当引起的约占 50%左右。
Q 工具钢有哪些种类？

A
工具钢有哪些种类？

工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。一般的工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度、红硬性、高的耐磨性和适当的韧性等特点，特殊要求还包括热处理变形小、耐蚀性和可加工性好等。根据化学成份不同，工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢（实质上是高合金工具钢）三大类；按用途则可分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。

碳素工具钢：
碳素工具钢的碳含量较高，在 0.65-1.35%之间。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性，心部有较好的韧性；退火硬度低（不大于 HB207），加工性能良好，但红硬性差，当工作温度达 250℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到 HRC60 以下。碳素工具钢的淬透性低，较大的工具不能淬透（水中淬透直径为 15mm），水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大，在淬火时易产生变形或形成裂纹。此外，其淬火温度范围窄，在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。碳素工具钢钢号冠以‚T‛,以免与其他钢类相混；钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如，T8 表示平均碳含量为 0.8%；锰含量较高者，在钢号最后标出‚Mn‛，例如‚T8Mn‛；高级优质碳素工具钢的磷、硫含量比一般优质碳素工具钢低，在钢号后面加注字母 A 以示区别。

合金工具钢
是指为了改善工具钢的性能而特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）、钛（Ti）等，合金元素的含量总和一般不超过 5%。合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢 3 类，模具钢的产量占合金工具钢的 80%左右。其中碳含量高的钢（wc 大于 0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在 HRC60 以上，且具有足够的耐磨性；碳含量中等的钢（wt0.35%~0.70%）多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度稍低，为 HRC50~55，但韧性良好。

高速工具钢
是一种高合金工具钢，一般指高速钢。含碳量一般在 0.70～1.65%之间，含合金元素量较多，总量可达 10～25%，其中含有 C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。能用来做高速旋转切割工具，具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，就是其中 Cr，V，W，Mo 得比例比较大。当切削温度高达 600℃时，硬度仍无明显下降。通常采用电炉生产，采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，可以提高使用寿命。高速钢刀具约占国内刀具总量的 75%。

u 按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢（含钨 9～18%）；②钨钼系高速钢（含钨 5～12%,含钼 2～ 6%）；③高钼系高速钢（含钨 0～2%,含钼 5～10%）；④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒 1～2%）和高含钒量(含钒 2.5～5%)的高速钢；⑤钴高速钢（含钴 5～10%）。

u 按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度 HB≤300 的金属材料的切削刀具 (如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 等。②特殊用途高速钢：包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度 HRC68～70），主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有 W12Cr4V5Co5、 W2Mo9Cr4VCo8 等。
Q 什么是塑料模具钢？

A
什么是塑料模具钢？

塑胶模具钢以P来表示为主，也叫塑料模具钢或注塑模具钢，共分为五类。渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯调质型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L2和S7，O1和A2也有应用。不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。目前市场上主要热衷于ANK系列、ASSAB系列和DESON系列。

模具钢有什么要求？
冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。冷作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加I工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。

如何选择工模具钢？
通常接模具钢的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：
1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。

2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。

3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。

4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

工模具钢性能如何？
在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大．使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物．除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。国内研制并推广以下几种新钢种。Cr4W2MoV 钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点．并具有较好的回火稳定性及综合力学性能．用干制造硅钢片冲模等．可使寿命比Cr12MoV钢提高1～3倍以上但此钢锻造温区范围较窄，锻造河县开裂．应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高．有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢．其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。

工模具钢使用寿命
⒈夹杂物的含量增加
钢中的夹杂物是工模具内部产生裂纹的起源。尤其是脆性氧化物和硅酸盐等夹杂物，在热加工是不发生塑性变形，从而引起脆性的碎裂而形成微裂纹，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步引起模具的开裂。例如。Cr4W2MoV钢制造的冲压手表零件用的冷冲模，其冲头经粗加工、热处理并磨削加工后，发现头部中心有许多小孔洞，致使一批冲头全部报废，经分析发出钢中含有大量的呈链状分布的硅酸盐夹杂物，经机加工后剥落而造成小孔洞。

⒉碳化物分布不均匀引起的失效
Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等莱氏体型模具钢，具有大量共晶碳化物，当锻造比小或浇注温度控制不适当时，在钢材中易呈带状或网状碳化物的偏析，使模具零件在淬火时常常出现沿着带状或网状碳化物严重的部位裂纹，或在使用过程中内部裂纹进一步扩展而引起失效。例如，采用Φ50mm的共晶碳化物不均匀度超过4级的钢材制造冲头在使用过程中易发生断裂。

⒊锻造质量不好引起的失效
钢材的锻造质量的好坏，直接影响模具的使用寿命。锻造的加热制度与变形工艺不当，会引起钢材产生过烧、表面裂纹、内裂、角裂等缺陷。这些会降低模具的使用寿命，甚至直接报废。对于高碳高铬的莱氏体钢，由于导热性较差，若锻造加热时加热速度过快，保温时间不足，造成锻造时钢坯内外温差大，产生内部裂纹。

⒋表面质量差
合金模具钢材如果表面脱碳严重，在机加工后，仍有残留脱碳层，这样在模具最终的热处理时，由于内外层组织不同而造成明显的应力，从而导致模具的淬火裂纹；另一方面，淬火后模具表面层的硬度偏低，且截面硬度分布不均匀，降低了模具的使用寿命。
Q 中国的刀具用钢如何？

A
中国的刀具用钢如何？

我国进口刀具的市场规模尚在不断增长，过去 10 年进口刀具占国内市场的份额从 15%提高至 30%，进口市场规模达到 148 亿。由于制造业转型升级对高性能刀具的需求增加，我国进口的主要是包括硬质合金制品在内的高端刀具产品，进口刀具的单价远远高于国产刀具，剔除硬质合金的高端刀具进口额在 40 亿元以上。

根据中国机床工具工业协会工具分会的统计分析，2018 年我国刀具市场总消费规模达到 421 亿元，创历史最高记录，同比增长 8.5%。其中国产刀具约 273 亿元人民币，占比 65%；进口刀具（含境外品牌） 148 亿元人民币，占比 35%。

从过去我国切削工具进出口的单价看，我国切削工具进口的单价远高于出口，而且进口切削工具的价格涨幅显著高于出口，从 2007 年的 18675 美元/吨上涨至 2012 年 98931 美元/吨。

进口刀具中金额前三分别为经镀或涂层硬质合金制的金工机械用刀及片、其他材料制工作部件的钻孔工具、其他硬质合金制的金工机械用刀及片；剔除硬质合金后进口前三分别为其他材料制工作部件的钻孔工具、其他铣削工具、攻丝工具，2019 年的进口金额分别为 18.64 亿、13.61 亿和 9.12 亿元。

2018 年我国刀具行业的市场规模创新高，从 2009 年以来 10 年的复合增速为 5.65%。目前，我国的切削工具市场以普通高速钢刀具为主，随着制造业转型升级和加工材料的机械性能提升，高性能高速钢、硬质合金等先进切削材料的使用量和占比不断攀升。尽管我国切削工具的产量持续下降，但刀具的单品价值提升显著是市场持续扩张的重要原因。

我国金属切削机床需求最大的行业是汽车，占比达到 45%，其次是机械和军工。根据中国机床工具工业协会工具分会统计，2018 年会员企业刀具产品的总产值为 117.09 亿元，其中高速钢刀具产值为 54.40 亿元，占比达到 46.5%。高速钢刀具是现阶段我国刀具产品中占比最大的品类，但与排名第二的硬质合金刀具占比差距缩小至 2.3 个百分点。

采用硬质合金时，切削速度比高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。在发达国家市场中硬质合金刀具占据主导地位，在我国高速钢刀具与硬质合金刀具共同主导市场。根据国际生产工程学会(CIRP)统计，硬质合金刀具已占世界刀具消费总额的 55%，高速钢刀具为 40%，超硬刀具为 5%。近 20 年高速钢刀具产值每年递减 1.25%，而硬质合金刀具则每年递升 1.1%。在高精度、高寿命要求等关键领域要使用合金含量更高的高速钢，但传统工艺生产的高合金含量的组织会有严重的偏析缺陷和粗大碳化物组织，进而影响断裂韧性。喷射成形和粉末冶金技术制备的高合金工具钢有晶粒细小、组织均匀、宏观偏析小等特点，具有非常好的市场前景。粉末冶金高速钢刀具的性能优于普通高速钢，而且在冲击负荷大的切削加工场合可替代硬质合金刀具，预计市场规模的复合增速在 10%以上。

粉末冶金方法首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热等静压机将粉末压实成全致密的钢坯，再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好，可生产用铸锭法无法生产的更高合金元素含量的超硬高速工具钢。

高性能高速钢和粉末冶金高速钢应用比例呈增加趋势，在发达国家高性能高速钢应用比例达到 30%以上，粉末冶金高速钢也已达到 20%左右。粉末冶金高速钢组织细小，其强度和韧性分别是熔炼高速钢的 2 倍和 2.5～3 倍。目前全球粉末冶金高速钢已占高速钢年产量的 10%以上，美国应用粉末冶金高速钢的比例超过 15%。我国高性能高速钢的应用比例只有 10%左右，粉末冶金高速钢应用比例则更低。

粉末冶金高速钢冶炼工艺复杂, 制造成本较高；与之相比，喷射成形制备工序少，成本较低，但产品质量较粉末冶金差些。世界上主要由少数发达国家的 7 家企业生产粉末冶金高速钢，总产能约 2.4 万吨左右。国内的粉末冶金高速钢生产才刚起步，以目前我国高速钢刀具市场规模的 20%计将达 10 亿元以上。
Q 模具钢的下游产业发展如何？

A
模具钢的下游产业发展如何？

模具钢是用来制造模具的钢种，目前我国模具钢需求较大的下游行业主要有汽车、家电、电子设备和建材等制造业。受益于全球化和制造业向我国转移，过去 20 年我国模具行业主营业务收入的复合增速约为 20%，近 10 年的复合增速约为 10%，我国模具产值已占世界的三分之一。随着低端制造业向外转移和中低端模具市场日趋饱和，国内模具制造业有朝着大型化、精密化升级的趋势，对我国的模具钢也提出更高的品质要求。

汽车行业是模具及模具钢消费的第一大行业，占市场总量 35%左右；家用电器行业消费模具钢约占市场总量的 20%；电脑、手机、电子设备等电子通讯行业用模具钢约占市场的 20%；塑料门窗、PVC 水管等建材模具年需消耗模具钢约占市场容量的 15%。

从模具的销售额分类看，销售占比最大的是注塑模具，占比达到 45%；其次是冲压模具，占比达到 37%，包括冷作模具和热作模具；铸造模具和其他模具占比为 9%。2018-2020年受汽车等下游行业周期和疫情的影响，我国的模具行业的市场规模在 2017 年创下历史新高后有所收缩。尽管如此，从汽车、家电和电子等行业的成长性看，我国的模具行业和模具钢的市场仍然有成长空间。疫情冲击后我国的汽车、家电行业的需求拐点即将到来，同时 5G 渗透率提升后将迎来电子设备的更新潮，模具钢的需求有望逐步回暖。

汽车行业 90%以上的零件由模具成型，主要是冷作模具钢、塑料模具和热作模具钢，三类模具中冲压模具要占到一半左右。一般情况下，制造一辆普通轿车本身便需要约 1500 个模具，当中有接近 1000 个的冲压模具和超过 200 个的内饰件模具。

我国目前的汽车产销量与理论峰值之间还有很大的差距，同时传统燃油车和新能源汽车新车型的数量持续增加。我国的汽车保有量远低于美、日，汽车市场容量非常大；从销售量看，美国和日本随着日均 GDP 和国民可支配收入的增长，汽车销量持续增长至 400 万辆/亿人以上，我国 2019 年的汽车销量为 184 万辆/亿人，汽车市场理论上至少有 1 倍的成长空间。

得益于内需和出口的强劲拉动，我国的大家电产销量总体保持增长，同时小家电渗透率尚有较大的提高空间。家电行业零件的 80%靠模具成型，使用量最大的是塑料模具钢（代表钢号为 P20 和 718）。我们预计未来家电行业对模具钢的需求增长有较强的支撑。电子通讯行业 60%-80%的零部件都要依靠模具成型，其中精密冲压模具和精密塑料模具约占模具市场的 20%左右。过去我国的计算机、通信和电子设备制造业保持了高速扩张的态势，随着 5G 渗透率提升和电子设备更新周期的到来，我国的电子设备产销量有望扭转自 2018 年以来的下滑趋势。2.1.2 产业升级下高性能切削材料的需求持续增长

我国金属切削机床需求最大的行业是汽车，占比达到 45%，其次是机械和军工。根据中国机床工具工业协会工具分会统计，2018 年会员企业刀具产品的总产值为 117.09 亿元，其中高速钢刀具产值为 54.40 亿元，占比达到 46.5%。高速钢刀具是现阶段我国刀具产品中占比最大的品类，但与排名第二的硬质合金刀具占比差距缩小至 2.3 个百分点。
Q 热轧与冷轧的基本概念

A
热轧与冷轧的基本概念
热轧和冷轧都是钢板或型材成型的工序，它们对钢材的组织和性能有很大的影响。钢的轧制主要以热轧为主，冷轧只用于生产小号型钢和薄板。

从定义上来说，钢锭或钢坯在常温下很难变形，不易加工，一般加热到1100～1250℃进行轧制，这种轧制工艺叫热轧。热轧的终止温度一般为800～900℃，之后一般在空气中冷却，因而热轧状态相当于正火处理。大部分钢材都用热轧方法轧制。

热轧状态交货的钢材，由于高温的缘故，表面生成一层氧化铁皮，因而具有一定的耐蚀性，可露天存放。但这层氧化铁皮也使热轧钢材表面粗糙，尺寸波动较大，所以要求表面光洁、尺寸精确、力学性能好的钢材，要用热轧半成品或成品为原料再冷轧生产。

冷轧，是指在常温下，用轧辊的压力挤压钢材，改变钢材形状的轧制方法。尽管加工过程也会使钢板升温，但仍然称为冷轧。

具体一点说，冷轧用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行压力加工，其成品为轧硬卷。冷轧板表面有一定的光洁度，手摸起来比较光滑，主要是酸洗之功。

冷轧对钢材形状的改变属于连续冷变形，此过程引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降。对终端使用来说，冷轧使冲压性能恶化，产品适用于简单变形的零件。

总结：冷轧与热轧的分别主要是轧制过程的温度。“冷”为常温，“热”为高温。从金属学的观点看，冷轧与热轧的界限应以再结晶温度来区分。即低于再结晶温度的轧制为冷轧，高于再结晶温度的轧制为热轧。钢的再结晶温度为450～600℃。
Q 弹簧钢丝的表面状态和疲劳性能

A
弹簧钢丝的表面状态和疲劳性能

优良的表面状态和疲劳性能：弹簧工作时表面承受的应力较大，而疲劳破坏往往是从钢丝表面开始的，对于用在重要场合的弹簧，如轿车发动机气门弹簧一般要求疲劳寿命2.3×107次～3.0×107次，中高档轿车悬架弹簧一般要求2.0×106次～5.0×106次甚至更长的疲劳寿命，这就对材料的疲劳性能提出了很高的要求。影响材料疲劳性能的因素很多，如材料的化学成分、硬度、钢材的纯净程度、表面质量和金相组织等，尤为重要的是材料的表面质量。材料的表面缺陷，如裂纹、折叠、鳞皮、锈蚀、凹坑、划痕和压痕等，都易使弹簧在工作过程中造成应力集中。其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲劳源。疲劳源还易在表面脱碳的部位首先发生，因此严格控制脱碳层深度也是一个很重要的质量指标。为提高弹簧材料的表面质量，可以对材料表面进行磨光或抛光，在钢丝拉拔前采用剥皮工艺剥除一层材料表皮，这样可以将大部分表面缺陷去掉。弹簧热处理时可采用控制气氛或真空热处理，防止表面脱碳和氧化。
Q 弹簧钢丝生产中的节能环保

A
弹簧钢丝生产中的节能环保

1 表面处理的节能改造

弹簧钢丝生产中的表面处理，主要是去除线材或半成品钢丝表面氧化皮，并增加涂层，以利于后道工序拉拔润滑剂的带入，常见的表面处理为大池子酸洗、磷化等工艺，该工艺由于盘条整卷处理，大池子敞口，酸洗和磷化等工序需要加热，导致表面处理既不节能，也不环保，而且产品质量控制也多不便，其改造空间巨大，目前有以下几种表面处理工艺可以借鉴应用：

（1）机械剥壳+在线连续化学酸洗或超声波清洗+涂硼在线处理，该工艺技术成熟，在钢帘线、切割钢丝、胎圈钢丝和高压胶管钢丝等产品成熟应用，具有生产效率高，产品质量稳定，用酸少，相对节能降耗；

（2）喷丸处理+电解磷化，也偶有应用，对表面处理要求高的弹簧钢丝，也是一个较好的生产工艺，高速铁丸对线材表面质量的提高，提高弹簧寿命大有益处；

（3）机械剥壳+砂带处理+在线涂鹏，但砂带成本相对较高，但更加环保；

（4）隧道式封闭酸洗系统，该系统也是整卷表面处理，但自动化水平高，盘条在封闭的隧道窑内的池子里步进式清洗，酸的利用率高，但投资较大，一条年产10万吨生产线，投资高达600万元。
Q 弹簧钢丝操作注意事项

A
弹簧钢丝操作注意事项

(1)热处理前检查表面是否有脱碳、裂纹等缺陷。这些表面缺陷将严重地降低弹簧的疲劳极限。

(2)淬火加热应特别注意防止过热和脱碳,做好盐浴脱氧,控制炉气气氛,严格控制加热温度与时间

(3)为减少变形,弹簧在加热时的装炉方式,夹具形式和冷却时淬入冷却方法。

(4)淬火后要尽快回火,加热要尽量均勺。回火后快冷能防止回火脆性和造成表面压应力,提高疲劳强度。
Q 怎么来判断不锈钢钢丝绳的质量好坏

A
怎么来判断不锈钢钢丝绳的质量好坏

检验不锈钢钢丝绳质量好坏的方法有以下几种：

1、外观尺寸检查：对不锈钢丝绳直径(含圆度)表面、结构、捻法及捻制质量等项的检查。

2、不锈钢丝绳拆股试验：不锈钢丝绳股部分或全部拆散或单丝进行试验来计算不锈钢丝绳内钢丝破断拉力总和和考核不锈钢丝绳内钢丝的性能。

3、不锈钢丝绳破断拉伸试验：测定不锈钢丝绳在单向静拉力作用下，承受破断拉力能力的试验。

4、松驰试验：不锈钢丝绳在初始拉力作用下，经过一定时间后，测定其应力损失的试验。

5、压扁试验：测定不锈钢丝绳在沿向压力作用下变形程度的试验。

6、疲劳试验：测定不锈钢丝绳规定的交变压力作用下，承受反复弯曲能力的试验。不锈钢钢丝绳：用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，钢丝绳是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。
Q 气门弹簧钢丝的应用

A
气门弹簧钢丝的应用

气门弹簧

在所有弹簧产品中没有比气门弹簧对材料要求更为严格了，特别是高应力及异型截面气门弹簧对材料要求近似苛刻：

高强度：抗拉强度2000MPa。

优异的表面质量：表面不允许全脱碳，半脱碳深度大的不能超过钢丝直径的0.5%，表面缺陷深度大的不超过40μm，为达到这种要求钢丝在加工过程中，表面要剥皮并经过两种方式（贯通式和旋转式）的涡流探伤，缺陷部位自动喷上标识。

超纯净：对氧化物、硫化物的夹杂物等级均达到0级，材料中的氧含量、氮含量以及铜、铝、钛的含量均有控制要求，因此生产气门弹簧钢需要从源头冶炼就进行控制。

良好的抗松弛性能：要求气门弹簧长期在120～150℃的服役条件下，负荷衰减低于5%。

强度的均匀性：同一盘材料强度差大的不超过140MPa，异型截面材料如卵形截面对不同圆的曲率相切点，椭圆截面对长短轴都有特殊的要求。
Q 油淬火油的特性

A
油淬火油的特性

热处理油的性能特点和使用范围：　　

1、普通淬火油：冷却性能强、氧化安定性好，适用于盐浴炉或保护气氛的轴承钢、工具模具钢、合金钢和渗碳钢等工件的淬火。最佳使用温度50-80℃。　　

2、快速淬火油：冷却速度快、氧化安定性好、光亮性中等，适用于高冷速的调质、渗碳等零件和大型锻造件、大型齿轮及淬火压床的淬火。使用温度20-80℃。　　

3、快速光亮淬火油：冷却速度快、氧化安定性好、光亮性好，适用于轴承钢、工模具钢及其它结构钢材在保护气氛下淬火。使用温度20-80℃。　　

4、超速淬火油：冷却速度更快、氧化安定性好，适用于汽车、轴承、矿山机械、冶金机械及工模具行业大型零件的加热淬火、渗碳或碳氮共渗淬火，也适用于中碳钢及其它类型合金钢淬火。使用温度20-60℃。　　

5、真空淬火油：饱和蒸汽压低、冷却性能好，光亮性好，适用于轴承钢、工模具钢、大中型航空结构钢等材料的真空淬火，初用时应在真空下将油中空气脱出。使用温度20-80℃。　　

6、等温分级淬火油：冷却性能好、零件变形小，适用于轴承钢、渗碳钢制的轴承内外圆、精密零件、汽车齿轮、半轴等工件以及易变形零件的淬火。使用温度1号120℃，2号150℃。　　

7、回火油：粘度大、闪点高、挥发小、热氧化安定性好，适用于淬火后工件回火，1号使用150℃温度，2号使用温度200℃。热处理油的国际分类国际标准化组织(ISO)的TC28分委员会于1993年提出了ISO/DIS 6743/14润滑剂、工业润滑油和有关产品(L类)的分类－第14部分：U组(热处理)。我国则参照工本JIS－K2242-80标准提出了SH0564-93热处理油的分类标准。

下面是国际标准分类方法：

1、热处理用油：有些品种的油很容易被水冲洗掉，因为油的配方中加入了破乳剂，这些油品可称为“可溶性油”，制造商可以按照用户要求确定这种油。

(1) 冷淬火(＜80℃) ：A快速淬火油，UHA；B普通(正常) 淬火油，UHB。

(2) 半热淬火(30℃－130℃) ：A快速淬火油，UHC；B普通(正常) 淬火油 UHD。

(3) 热淬火(130℃－180℃) ：A快速淬火油，UHE；B普通(正常) 淬火油，UHF。

(4) 高温淬火(＞180℃) ：A快速淬火油，UHG；B普通(正常) 淬火油，UHH。

(5) 真空淬火，UHV。

(6) 其它，UHK。

2、热处理用水：

(1)表面淬火：A水，UAA；B快速淬火用的含水液体，UAB；C慢速淬火用的含水液体，UAC。

(2)整体淬火：A水，UAA；B快速淬火用的含水液体，UAD；C慢速淬火用的含水液体，UAE；

(3) 其它： UAK。

3、处理用熔融盐：

(1) 150℃－500℃：熔盐(150℃－500℃) ，USA；

(2) 500℃－700℃：熔盐( 500℃－700℃) ，USB；

(3) 其它：USK。

4、热处理用气体：A空气，UGA；B中性气体，UGB；C还原气体，UGC；D氧化气体，UGD。

5、流化床：UF。

6、其它：UK。

热处理油的国内分类

I类冷淬火油：

A、普通淬火油，用于小尺寸淬透性好的材料淬火。

B、快速淬火油，用于大、中型材料淬火。

C、超速淬火油，用于大型及淬透性差的材料淬火。

D、光亮淬火油，用于中小截面轴承钢、工模具钢、量刃具钢及仪表零件在保护气氛下的淬火。

E、快速光亮淬火油，用于中型及淬透性差的材料在可控气氛下淬火。

F、1号真空淬火油，用于中型材料在真空状态下淬火。

G、2号真空淬火油，用于淬透性好的材料在真空状态下淬火。

II类热淬火油：

A、1号等温、分级淬火油，用于120℃左右热油淬火。

B、2号等温、分级淬火油，用于160℃左右热油淬火。

III类回火油：

A、1号回火油，用于150℃左右回火。

B、2号回火油，用于200℃左右回
Q 关于油淬火-回火钢丝你了解多少呢？

A
关于油淬火-回火钢丝你了解多少呢？

油淬火一回火钢丝由于表面硬度高,耐磨韧性好等优势，在行业中的应用目前已相当的广泛。本文就简单的介绍些油淬火-回火钢丝的一些情况，如油淬火-回火钢丝的热处理、油淬火-回火钢丝的发展趋势等。

油淬火一回火钢丝的出现比冷拔弹簧钢丝晚几十年，它对弹簧行业的生产技术带来了一次飞跃。因为，弹簧钢丝冷拔到所需规格后，不是靠冷变形强化达到所要求的力学性能指标，而是通过马氏体相变强化来实现。只要钢有足够的淬透性，粗、细钢丝均能获得比较匀细的回火马氏体和良好的综合力学性能。这类钢丝内部没有内应力，挺直性能优异，冷绕簧性能良好，而且质量均匀稳定，弹性极限较高，抗疲劳性能好，从而取代用退火料绕簧后再进行逐个淬火一回火的生产工艺，极大地提高了劳动生产率和产品质量。大直径的火油淬火一回火弹筒钢丝是一种应用前景很广阔的材料。

油淬火一回火弹簧钢丝分两大类：一类是普通质量的油淬火一回火钢丝，用于制造重要用途的机械弹簧。另一类是专门用来制造阀门弹簧或其他要求高疲劳性能的阀门弹簧钢丝。主要不同点是后者的冶金质量高，含有害杂质元寨更少，非金属夹杂物数量少，表面质量更高，力学牲能波动范围更严等。

形变热处理技术在弹簧钢方面的应用较为广泛，低温形变热处理(LTMT)弹簧钢丝的开发是具体实例之一。实际上它是一种超细晶粒、高强度的油淬火-回火弹簧钢丝。在相同的塑性条件下，形变热处理弹簧钢丝的抗拉强度比普通油淬火钢丝高250-300MPa。

油淬火-回火弹簧钢丝的淬火加热温度由钢种、丝径大小及在炉内加热时间长短等因素决定，一般选800-950度，其下限适于处理碳素钢和锰钢，上限适于处理50CrVA等低合金钢丝。加热时间与炉温、丝径大小及其运行速度等有关，炉温越高、丝径越细、则加热时间越短，每毫米直径需加热30～50s，低合金钢丝的加热时间应为碳素钢丝的2～3 倍。淬火油温应控制在40~70度，油应循环流动，保证冷却均匀稳定，获得匀细的马氏体。回火一般在铅浴中进行，回火温度和时间应根据钢种，丝径大小及其运行速度快慢来决定。

油淬火一回火工艺中存在的质量问题主要有：

①钢丝表面脱碳超标。

②硬度过高，这是回火不足造成的，导致钢丝变脆。

③组织粗大，这是加热温度过高的结果。

④操作不当，使钢丝发生碰伤或刻痕等缺陷。

我国自70年代开始研究和生产油淬火一回火钢丝，并列入国标。

主要品种有：阀门用油淬火一回火铬钒合金弹簧钢丝(GB2211)、阀门用油淬火一国火碳素钢丝(GB4359)、油淬火回火碳素弹簧钢丝(GB4360)、油淬火回火硅锰合金弹簧钢丝(GB4361)及阀门用油淬火回火铬硅合金弹簧钢丝(GB4362)。这类弹簧钢丝已在汽车拖拉机等生产中得到广泛应用。
Q 铅淬火和油淬火弹簧钢丝的优缺点和用途？

A
铅淬火和油淬火弹簧钢丝的优缺点和用途？

铅浴淬火弹簧钢丝一般多见于碳素弹簧钢丝和65Mn，T9A，T10A等弹簧钢丝，这是比较常用的普通弹簧钢丝，材料的组织为极细的珠光体。弹簧成型后只需进行回火处理。油淬火弹簧钢丝是70年代在我国发展起来的合金弹簧钢丝，它的特点是有很好的抗疲劳性和抗弹性减退性能，适于制作诸如气门弹簧等要求疲劳性能好交变频率高的弹簧。弹簧成型后只需进行回火处理。它的价格要比铅浴淬火弹簧钢丝高。

两者一般都是弹簧成型后只需进行回火处理。

碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝，又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝通过淬回火处理，可获得良好的综合力学性能，当钢丝规格较小时（φ≤2.0mm），油淬火回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时（φ≥6.0mm）索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标，而油淬火回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相同条件下，马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相组织呈纤维状，各向异性明显，油淬火回火钢丝金相组织为均匀的回火马氏体，几乎是各向同性的。同时油淬火回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝，使用温度（150～190℃）也高于冷拉钢丝（≤120℃）。大规格油淬火、回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。

一、结构钢

（1）建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如弹簧钢、低合金钢、钢筋钢等。

（2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质弹簧钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等

二、弹簧钢一般用于制造各种工具，如碳素弹簧钢、合金弹簧钢、高速弹簧钢等。按用途又可分为刃具钢、弹簧钢、量具钢。

三、特殊钢具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。

四、专业用钢这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。按钢的品质分

(1)普通钢钢中含杂质元素较多，含硫量ws一般≤O.05%，含磷量wP≤0.045%，如弹簧钢、低合金结构钢等

(2)优质钢钢中含杂质元素较少，含硫及磷量ws、wp，一般均≤0.04%，如优质弹簧钢、合金结构钢、碳素弹簧钢和合金弹簧钢、弹簧钢、轴承钢等

(3)高级优质钢钢中含杂质元素极少，含硫量ws一般≤O.03%，含磷量wP≤0.035%，如合金结构钢和弹簧钢等。高级优质钢在钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”以便识别。
Q 合金弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点

A
合金弹簧钢丝标准、适用范围及工艺特点

我国合金弹簧钢丝分三类，合金弹簧钢丝，油淬火回火硅锰弹簧钢丝，阀门用油淬火回火铬硅合金弹簧钢丝，从发达国家合金弹簧使用现状来看，油淬火回火钢丝所占比例越来越大，日本工业标准（JIS）规定，合金弹簧钢丝全部以油淬火回火状态供货。

　　(1) GB/T5218-1999《合金弹簧钢丝》

　　该标准将原GB5218-85《硅锰弹簧钢丝》、GB5219-85《铬钒弹簧钢丝》和GB5221-85《铬硅弹簧钢丝》三个标准合并成一个标准。

　　标准适用于制作高、中应力弹簧用合金弹簧钢丝，钢丝缠簧成形后需经淬火回火处理才能使用。

　　标准列出60Si2MnA、50CrVA和55CrSiA三个钢号，同时规定根据需方要求，可以供应其它牌号钢丝。

　　钢丝一般按冷拉状态交货，成品直径≤5.0mm检验抗拉强度σb≤1035Mpa，直径>5.0mm钢丝检验HB≤302，相当于轻拉状态。生产中大规格（Ф>8.0）成品冷拉减面率不超过25%，小规格钢丝（Ф≤5.0）减面率不超过30%。退火状态交货钢丝太软，极易产生死弯，缠簧时往往造成簧形不好，螺距不均。冷拉减面率偏大时钢丝太硬、缠簧时反弹大，粗簧成形困难。所以直接缠簧的钢丝以轻拉状态供货较为合适。对于钢丝购回还要进行冷加工（如压扁、轧成异型截面等）的用户，应推荐选用退火状态交货钢丝。

　　为保证缠簧性能，成品钢丝进行缠绕试验，直径≤5.0mm钢丝在相当于钢丝直径1～2倍的芯棒上缠绕6圈，不得破裂和折断。

　　脱碳和表面缺陷严重的降低弹簧疲劳寿命，必须严格控制。特别是60Si2MnA和55CrSi，含硅量较高，退火时极易脱碳。盘条球化退火和半成品再结晶退火推荐采用低温，长时间的退火工艺。如前所述，疲劳寿命要求高的弹簧，必须选用磨光钢丝，但需要分清是退火磨光还是冷拉磨光。50CrV软态钢丝磨光时磨屑极易粘附到钢丝表面，形成不规则小白点，所以尽可能采用冷拉磨光工艺，减少表面"白点"。

　　在表面质量保证条件下，夹杂含量就成为影响疲劳寿命的重要因素，所以标准规定，需方有要求时可增加非金属夹杂物，石墨碳检验。

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