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工具鋼:完成任務的鋼

目錄:技術支持點擊率:發布時間:2021-06-29 15:18:47

工具鋼是異常堅硬、堅韌或耐磨的合金。它們的特性來自它們的化學性質和它們的生產。正如它們的名字所暗示的那樣,這些鋼可以用于切割、研磨、鉆孔、沖壓、敲擊或其他艱巨的工作。工具鋼必須具有適合其應用的材料特性。例如,鉆頭和沖頭都需要硬度和耐磨性。然而,沖頭承受更大的沖擊,而鉆頭承受更大的剪切。工程師和冶金學家根據工具的用途選擇工具鋼的類型。

工具鋼都含有產生碳化物的合金元素,這是一種包含金屬和碳的密集金屬晶格。碳化物是一種耐火材料,這意味著它們在壓力、化學物質或熱量下不會分解。

然而,制造工具鋼的不僅僅是化學。工具鋼還通過精確控制的熱處理和淬火獲得硬度。

通過淬火硬化工具鋼

淬火是通過改變鋼的微觀結構來硬化鋼的過程。

首先加熱鋼。根據混合中的碳量,鋼合金被加熱到不同的溫度。鐵和碳通過不同的“相”,其中分子具有不同的形狀,而這些相取決于整體化學性質。

一旦達到并保持適當的熱量,合金就會通過暴露在更冷的氣體或液體中而被淬火或冷卻。這種淬火使金屬迅速凍結。當金屬像這樣受到沖擊凍結時,許多微小的金屬晶粒都立即開始凍結,每個晶粒之間以及它們之間都有很大的位移。將此與非常緩慢的冷卻進行比較,其中谷物在較大的圓形花朵中隨著時間的推移緩慢冷卻。當金屬受到撞擊時,緩慢冷卻的金屬顆??梢韵嗷ヒ苿?,使金屬凹陷但不會破壞它。沖擊冷凍使分子結構在受到撞擊時移動的空間更小,使其更硬,更不容易凹陷。這些結構中的金屬晶格稱為馬氏體,正是馬氏體的沖擊、鋸齒狀分子結構賦予了淬火金屬特有的硬度。

水淬是最快的淬火方式,空氣淬火是最慢的淬火方式。合金可以處理什么取決于它的化學性質。如果冷卻過快,某些合金可能會破裂或變形,但在較溫和的空氣淬火中會硬化得很好。其他人不會形成堅硬的馬氏體層,除非他們受到像水中那樣大的溫度變化的沖擊。

類。四種最常見的是水硬化、冷作、熱作和高速工具鋼。特殊應用還使用抗震和特殊用途的工具鋼。

水硬化

這組工具鋼基本上是經過熱處理的碳鋼。它們含有 0.5-1.5% 的碳。其他合金元素可能因其不同的品質而存在,但通常低于 0.5%。這些金屬,如鎳、鎢或鉬,價格昂貴。使用較少的昂貴金屬可為輕型應用提供價值。

這組鋼需要水淬的極端沖擊才能獲得堅硬的外層。輕型工具、彈簧等小零件和小緊固件可能是最終產品。它們不得用于極端環境,因為 W 系列鋼比其他工具鋼更脆。W 系列鋼更容易開裂,只能承受 302°F (150°C) 的連續溫度。

冷作工具鋼

冷作工具鋼旨在用于“冷”溫度——它們堅硬、堅韌且耐磨,但不適用于高溫環境。由于切割冷加工材料比切割熱加工材料需要更大的力,因此冷作工具鋼必須具備抗壓強度。

在這種情況下,寒冷并不意味著金屬工人該穿上毛衣了。392°F (200°C) 及以下被認為是這些工具的冷工作環境。與許多類型的鋼不同,石墨通常在冷作鋼中形成。這種石墨使許多這些合金可加工:石墨提供潤滑。

冷作工具鋼的子類別是:

油淬(O 系列):在生產過程中,這些合金在油中淬火。它們含有 0.85-2.00% 的碳,并且彼此的合金元素通常低于 1%。這些元素可包括錳、硅、鎢、鉻、釩和鉬。 空氣硬化(A 系列):在生產過程中,這些合金在空氣中淬火。它們含有 0.05-2.85% 的碳。這些鋼可含有高達 5% 的鉻。高鉻意味著在熱處理過程中 A 系列不會發生尺寸變形。鉻產生更緊密的公差。 高碳鉻(D 系列):這些冷作鋼的工作溫度高達 797°F(425°C)。它們含有 1.4-2.5% 的碳和 11-13% 的鉻。它們可以進行空氣或油淬火,具體取決于合金,并且在任何一種冷卻方法中都幾乎沒有變形。這些合金通常具有非常高的耐磨性。

素,以產生更多的碳化物并承受更高的工作溫度。熱作工具鋼可在高達 1004°F (540°C) 的溫度下工作。作為一個群體,大多數都具有低碳百分比,低于 0.6%。

熱作工具鋼常用于具有延展性的熱材料(如金屬和玻璃)的高溫制造。模具、印章、擠壓機和壓縮機都可以用熱作鋼制成。即使在長時間受熱的情況下,該工具也必須繼續發揮作用。

根據主要合金元素,熱作工具鋼可分為三種主要類型:鉻、鎢或鉬。一些含有高含量的鉻和鎢,因此根據制造商的不同被分類為鎢或鉻。主要的合金元素在鋼中產生碳化物的類型,每種碳化物都有不同的優勢。

熱作工具鋼的子類別是:

鉻:鉻熱作工具鋼含有 3-5% 的鉻。鎢、釩或鉬等其他合金元素的含量低于 5%。釩一般用于刀具用鋼。這組合金(特別是 AISI H13)是最常用的熱作工具。 鎢:這些合金通常不含任何鉬或釩。相反,它們含有 9–18% 的鎢。大多數鎢熱作工具鋼的鉻含量在 2-4% 之間。這并非普遍適用:例如,合金 AISI H23 含有 12% 的鉻和 12% 的鎢。H23 有時稱為鉻鋼,有時稱為鎢鋼,有時兩者兼有。鎢鋼具有優異的耐熱性,但易碎;這是通過在使用前預熱到工作溫度來管理的。 鉬:許多鉻熱作工具鋼中含有少量鉬。用于非常惡劣環境的優質熱作鋼有很多。鉬在嚴酷的熱加工應用中具有更高的熱穩定性和耐磨性。鉬合金 AISI H42 和 H43 通常用作金屬軋機中的模具或刀具,以處理切削和鍛造的熱量和力。

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