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马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。

　　马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁-铬-碳系不锈钢。进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。

　 　马氏体铬系不锈钢在淬火-回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬 度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及 二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。

　　在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。

　　马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒、和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。

410 具有良好的耐腐蚀和机械加工性能。为一般用途钢、刃具钢.410S是提高了410钢的耐腐蚀性能和成形性能的钢种.410F2是不使410钢的耐腐蚀性能 下降的铅易切钢.410J1是进一步提高了410钢的耐腐蚀性能的高强度钢种。用于透平叶片和高温用部件.
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一、强度（抗拉强度、屈服强度）

不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。

（1）马氏体型不锈钢

马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。

马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁—铬—碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。

马 氏体铬系不锈钢在淬火—回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有 所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次 硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。

在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。

马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%----1.0%C，12%---27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。

（2）铁素体型不锈钢

据 研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有提高。 钼含量的增加可使其更易获得铁素体组织，可促进α’相、σ相和χ相的析出，并经固溶强化后其强度提高。但同时也提高了缺口敏感性，从而使韧性降低。钼提高 铁素体型不锈钢强度的作用大于铬的作用。

铁素体型不锈钢的化学成分特征是含11%—30%Cr，其中添加铌和钛。其高温强度在各类不锈钢中是最低的，但对热疲劳的抗力最强。

（3）奥氏体型不锈钢

奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高。

奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素。由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。还由于线膨胀系数大，因而比铁素体型不锈钢热疲劳强度差。

（4）双相不锈钢

对铬含量约为25%的双相不锈钢的力学性能研究表明，在α+γ双相区内镍含量增加时γ相也增加。当钢中的铬含量为5%时，钢的屈服强度达到最高值；当镍含量为10%时，钢的强度达到最大值。

不锈钢的力学性能（二）

二、蠕变强度

由 于外力的作用随时间的增加力发生变形的现象称之为蠕变。在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快；在一定载荷下，温度越高和时间越长则 发生蠕变的可能性越大。与此相反，温度越低蠕变速度越慢，在低至一定温度时蠕变就不成问题了。这个最低温度依钢种而异，一般来说，纯铁在330℃左右，而 不锈钢则因已采取各种措施进行了强化，所以该温度是550℃以上。

和其他钢一样，熔炼方式、脱氧方式、凝固方法、热处理和加工等对不锈钢 的蠕变特性有很大的影响，据介绍，在美国进行的对18—8不锈钢进行的蠕变强度试验表明，取自同一钢锭同一部位的试料的蠕变断裂时间的标准偏差是平均值的 约 11%，而取自不同钢锭的上、中、下不同部位的试料的标准偏差与平均值相差则达到两倍之多。又据在德国进行的试验结果表明，在105h时间下 0Cr18Ni11Nb钢的强度为小于49MPa至118MPa，散差很大。

三、疲劳强度

高温疲劳是指材料在高温下由于周期反复变化着的应力的作用而发生损伤至断裂的过程。对其进行的研究结果表明，在某一高温下，108·次高温疲劳强度是该温度下高温抗拉强度的1/2。

热 疲劳是指在进行加热（膨胀）和冷却（收缩）的过程中，当温度发生变化和受到来自外部的约束力时，在材料的内部相应于其本身的膨胀和收缩变形产生应力，并使 材料发生损伤。当快速地反复加热和冷却时其应力就具冲击性，所产生的应力与通常情况相比更大，此时有的材料呈脆性破坏。这种现象被称之为热冲击。热疲劳和 热冲击是有着相似之处的现象，但前者主要伴随大的塑性应变，而后者的破坏主要是脆性破坏。

不锈钢的成分和热处理条件对高温疲劳强度有影响。特别是当碳的含量增加时高温疲劳强度明显提高，固溶热处理温度也有显著的影响。一般来说铁素体型不锈钢具有良好的热疲劳性能。在奥氏体不锈钢中，高硅的且在高温下具有良好的延伸性的牌号有着良好的热疲劳性能。

热膨胀系数越小、在同一热周期作用下应变量越小、变形抗力越小和断裂强度越高，寿命就越长。可以说马氏体型不锈钢1Cr17的疲劳寿命最长，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奥氏体型不锈钢的疲劳寿命最短。

另外铸件较锻件更易发生由于热疲劳引起的破坏。

在室温下，107次疲劳强度是抗拉强度的1/2。与高温下的疲劳强度相比可知，从室温到高温的温度范围内疲劳强度没有太大的差异。

四、冲击韧性

材 料在冲击载荷作用下，载荷变形曲线所包括的面积称为冲击韧性。对于铸造马氏体时效不锈钢，当镍含量为5%时其冲击韧性较低。随着镍含量的增加，钢的强度和 韧性可得到改善，但当镍含量大于8%时，强度和韧性值又一次下降。在马氏体铬镊系不锈钢中添加钼后，可提高钢的强度且可保持韧性不变。

在铁素体型不锈钢中增加钼的含量虽可提高强度，但缺口敏感性也被提高而使韧性下降。

在奥氏体型不锈钢中具有稳定奥氏体组织的铬镍系奥氏体不锈钢的韧性（室温下韧性和低温下韧性）非常优良，因而适用于在室温下和低温下的各种环境中使用。对于有稳定奥氏体组织的铬锰系奥氏体不锈钢，添加镍可进一步改善其韧性。

双相不锈钢的冲击韧性随镍含量的增加而提高。一般来说，在a+r两相区内其冲击韧性稳定在160—200J的范围内。

不锈钢的工艺性能（一）



一、成形性能

不锈钢的成形性能因钢种的不同，即结晶结构的不同而有很大的差异。如铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢的成形性能由于前者的晶体结构是体心立方，而后者的晶体结构是面心立方而有显著的差异。

铁素体不锈钢的凸缘成形性能与n值（加工硬化指数）有关，深冲加工性能与r值（塑性应变化）有关。其中r值由不同的生产工艺下的不同的组织集合来决定。采取一些措施来显著减少固溶碳和固溶氮，可大大改善r值并使深冲性能得到大幅度的提高。

奥 氏体型不锈钢一般来说n值较大，在进行加工的过程中由于塑性诱发相变而生成马氏体，因而有较大的n值和延伸率，可进行深冲加工和凸缘成形。有一部分奥氏体 型不锈钢在深冲加工后，经一段时间会产生与冲压方向相一致的纵向裂纹，即所谓的“时效裂纹”。为此采用高镍，低氮和低碳的奥氏体型不锈钢可避免该缺陷的发 生。

奥氏体型不锈钢中所含的镍可明显降低钢的冷加工硬化倾向，其原因是可使奥氏体的稳定性增加，减少或消除了冷加工过程中的马氏体转变，降低了冷加工硬化速率，强度降低和塑性提高。

在双相不锈钢中增加镍的含量可降低马氏体转变温度，从而改善了冷加工变形性能。

在评价不锈钢钢板的成形加工性时，一般以综合成形性能来标志。该综合成形性能是由标志断裂极限的抗断裂性（深冲性能、凸缘成形性能、边部延伸性能、弯曲性能），标志成形模具和材料的配合性的抗起皱性，标志卸载后固定形状的形状固定性等组成。

对不锈钢钢板的工艺性能进行评价主要有以下试验方法：



（1）拉伸试验；

（2）弯曲试验；

（3）冲压成形试验；

（4）扩口试验；

（5）冲击试验。

对不锈钢钢管的工艺性能进行评价主要有以下几项：

（1）拉伸试验

（2）扩管试验

（3）压扁试验

（4）压溃试验

（5）弯曲试验

二、焊接性能

在 不锈钢的应用中对不锈钢结构进行焊接和切割是不可避免的。由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有着其特殊性，更易在其焊接接头及 热影响区（ＨＡＺ）产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。例如奥氏体型不锈钢的热膨胀系数是低碳钢和高铬系不锈钢的１.５倍；导热系数约是低 碳钢的1/3，而高铬系不锈钢的导热系数约是低碳钢的1/2；比电阻是低碳钢的４倍以上，而高铬系不锈钢是低碳钢的３倍。这些条件加上金属的密度、表面张 力、磁性等条件都对焊接条件产生影响。

马氏体型不锈钢一般以１３％Ｃr钢为代表。它进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上

不锈钢的工艺性能（二）

的 区域发生γ—α（M）相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬化产生的延展性下降等问题。因而对于一般马氏体型不锈钢焊接时需进行预热，但碳、氮含 量低的和使用丁系焊接材料时可不需预热。焊接热影响区的组织通常又硬又脆。对于这个问题，可通过进行焊后热处理使其韧性和延展性得到恢复。另外碳、氮含量 最低的牌号，在焊接状态下也有一定的韧性。

铁素体型不锈钢以18%Cr钢为代表。在含碳量低的情况下有良好的焊接性能，焊接裂纹内敏感性 也较低。但由于被加热至900℃以上的焊接热影响区晶粒显著变粗，使得在室温下缺少延伸性和韧性，易发生低温裂纹。也就是说，一般来讲铁素体型不锈钢有 475℃脆化、700—800℃长时间加热下发生“相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟 裂纹等问题。通常应在焊接时进行焊前预热和焊后热处理，并在具有良好韧性的温度范围进行焊接。

奥氏体型不锈钢以18% Cr—8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另 外还易发生σ相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好， 但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层的出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳 （C≤0.03%）的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的δ铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的δ 铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊接后热处理，以防止变形 和由于析出碳化物和发生σ相脆化。

双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

对于沉淀硬化型不锈钢有焊接热影响区发生软化等问题。

综上所述，不锈钢的焊接性能主要表现在以下几个方面：

（1）高温裂纹：在这里所说的高温裂纹是指与焊接有关的裂纹。高温裂纹可大致分为凝固裂纹、显微裂纹、HAZ（热影响区）的裂纹和再加热裂纹等。

(2)低温裂纹：在马氏体型不锈钢和部分具有马氏体组织的铁素体型不锈钢中有时会发生低温裂纹。由于其产生的主要原因是氢扩散、焊接接头的约束程度以及其中的硬化组织，所以解决方法主要是在焊接过程中减少氢的扩散，适宜地进行预热和焊后热处理以及减轻约束程度。

（3） 焊接接头的韧性：在奥氏体型不锈钢中为减轻高温裂纹敏感性，在成分设计上通常使其中残存有5%—10%的铁素体。但这些铁素体的存在导致了低温韧性的下 降。在双相不锈钢进行焊接时，焊接接头区域的奥氏体量减少而对韧性产生影响。另外随着其中铁素体的增加，其韧性值有显著下降的趋势。

已证 实高纯铁素体型不锈钢的焊接接头的韧性显著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的缘故。其中一些钢的焊接接头中的氧含量增加后生成了氧化物型夹杂，这些夹杂物 成为裂纹发生源或裂纹传播的途径使得韧性下降。而有一些钢则是由于在保护气体中混入了空气，其中的氮含量增加在基体解理面｛100｝面上产生板条状 Cr2N，基体变硬而使得韧性下降。

（4）σ相脆化：奥氏体型不锈钢、铁素体不锈钢和双相钢易发生σ相脆化。由于组织中析出了百分之几的α相，韧性显著下降。“相一般是在600～900℃范围内析出，尤其在75℃左右最易析出。作为防止”相产生的预防型措施，奥氏体型不锈钢中应尽量减少铁素体的含量。

（5）475℃脆化，在475℃附近（370—540℃）长时间保温时，使Fe—Cr合金分解为低铬浓度的α固溶体和高铬浓度的α’固溶体。当α’固溶体中铬浓度大于75%时形变由滑移变形转变为孪晶变形，从而发生475℃脆化。

不锈钢的工艺性能（三）

三、切削性能

不 同的不锈钢的切削性能有很大的差异。一般所说不锈钢的切削性能比其他钢差，是指奥氏体型不锈钢的切削性能差。这是由于奥氏体不锈钢的加工硬化严重，导热系 数低造成的。为此在切削过程中需使用水性切削冷却液，以减少切削热变形。特别是当焊接时的热处理不好时，无论是怎样提高切削精度，其变形也是不可避免的。 其他类型如马氏体型不锈钢、铁素体性不锈钢等不锈钢的切削性能只要不是淬火后进行切削，那么与碳素钢没有太大的不同。但两者均是含碳量越高则切削性能越 差。沉淀硬化型不锈钢由于其不同的组织和处理方法而显示不同的切削性能，但一般来说其切削性能在退火状态下与同一系列及同一强度的马氏体型不锈钢和奥氏体 型不锈钢相同。

欲改善不锈钢的切削性能，与碳素钢一样可通过添加硫、铅、铋、硒和碲等元素来实现。其中添加如硫、硒和碲等元素可减轻工具的磨损，添加铅和铋等元素可改善切削状态。

虽然添加硫可改善不锈钢的切削性能，但是由于它是以Mns化合物的形式在于钢中，所以使得耐蚀性明显下降。为解决这个问题，通常是添加少量的钼和铜。

四、淬透性

对于马氏体型铬镍不锈钢，一般需进行淬火—回火热处理。在这个过程中不同的合金元素及其添加量对淬火性有不同的影响。

对马氏体型不锈钢进行淬火时从925—1075℃温度进行急冷。由于相变速度快，因此无论是油冷还是空冷都可得到充分的硬化。同样在必须进行的回火过程中，由于回火条件的不同可得到大范围的不同力学性能。

在马氏体铬不锈钢中，由于铬的添加提高铁碳合金的淬透性，因而在需要进行淬火的钢中得到广泛的应用。铬的主要作用是可以降低淬火的临界冷却速度，使钢的淬透性得到明显的提高。从C曲线来看，由于铬的添加使奥氏体发生转变的速度减慢，C曲线明显右移。

在 马氏体铬镍不锈钢中，镍的添加可提高钢的淬透性和可淬透性。含铬接近20%的钢中若不添加镍则无淬火能力，添加2%—4%的镍可恢复淬火能力。但其中镍的 含量不能过高，否则过高的镍含量不仅会扩大γ相区，而且还会降低Mn温度，这样使钢成为单相奥氏体组织也丧失了淬火能力。选择适当的镍含量，可提高马氏体 不锈钢的回火稳定性，并降低回火软化程度。

另外，在马氏体铬镍不锈钢中添加钼可增加钢的回火稳定性。

铁素体型不锈钢虽然由于在高温下不产生奥氏体，因而不能通过进行淬火来实现硬化，但是低铬钢中发生部分马氏体相变。

奥 氏体型不锈钢属于Fe—Cr—Ni系和Fe—Cr—Mn系，为奥氏体组织。因此从低温到高温的大的范围内均表现出高的强度和良好的延伸性能。可通过进行从 1000℃以上开始的急冷的固溶化处理来得到非磁性的全部奥氏体组织，从而得到良好的耐蚀性和最大的延伸率。
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钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第 一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而 成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪 50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进 一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动 机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
目 前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al- 2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、 BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。
2. 钛合金的新进展
近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。
（1）高温钛合金。
世 界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3 -1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发 动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分国家新型 高温钛合金的最高使用温度[26]。
近几年国外把采用快速凝固／粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛 合金的使用温度可提高到650℃ 以上[1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固／粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使 用的钛合金强度[26]。
（2）钛铝化合物为基的钛合金。
与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间 化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和 982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料 [26]。
目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其 他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等 [29]。 TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中 的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。
（3）高强高韧β型钛合金。
β型钛 合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加 工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性 的有以下几种[26,30]:
Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；
Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；
β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材；
日 本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形 温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；
俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上
（4） 阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研 制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT- 1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。
（5）医用钛合金。
钛 无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti- 6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代 中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发 出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd- 0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳 强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学 领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能 取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
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f1mm 以下)时，折断是钻头破坏的主要形式。由于钻头折断是突然发生的，事先难以预测，而折断了的钻头头部往往卡在未完成的孔中，很难取出，给生产造成了许多麻 烦，也使自动化钻削微小孔难以实现。在钻削过程中，钻头受到扭转、弯曲和压缩等三种载荷的组合作用，对钻头折断断口和受力情况进行研究，可以弄清钻头折断 原因及各项载荷在钻头折断中所起的作用，从而采取必要措施，防止钻头突然折断。例如，应用钻削测力仪对造成钻头折断的主要载荷进行在线检测，当该项载荷增 大到一定数值时，发出报警信号，使钻头退回，以避免钻头折断和钻削质量下降。

1 钻头断口观测与分析

对微细钻头折断断口进行显微放大观察发现，绝大部分断口都发生在钻头螺旋槽中部到根部之间，距切削刃较远。对着螺旋槽方向看，断口截面外法线与钻头轴线的 夹角大约在40°～50°之间。图1为f0.34mm的高速钢直柄麻花钻在钻削18Cr2Ni4WA低碳合金钢时的折断断口SEM照片。


图1 钻削低碳合金钢钻头断口
图2 钻头受纯弯曲载荷折断断口
图3 钻头受压缩载荷折断断口
图4 钻头受纯扭转载荷折断断口

根据弹性力学及金属材料强度理论，非圆截面杆件自由扭转时，横截面上尖角处剪应力等于零，凹槽处剪应力最大(即危险点)，杆件横截面即为最大剪应力所在截 面；剪应力最大点处的最大正应力所在截面为危险截面，该截面与最大剪应力所在截面之间的夹角为45°。因此，钻头受扭矩作用时最大剪应力发生在螺旋槽底部 的横截面上，最大正应力所在的截面与钻头横截面之间的夹角为45°。由于实测钻头断口截面与钻头受扭转载荷作用时的危险截面方向基本一致，可以断定，扭转 载荷过大是钻头折断的最主要原因。

2.钻头分别受扭、弯、压载荷作用时的断口实测与分析

为了验证以上分析的正确性，对f0.34mm的高速钢直柄麻花钻分别按照理想的扭转、弯曲、压缩三种方式加载直至钻头破坏，将其破坏断口与钻削破坏断口进行比较。
钻头受纯弯曲载荷作用时，最大正应力发生于横截面上，钻头断口应与钻头横截面方向一致，这与实验结果相吻合(见图2)。
钻头受压缩载荷作用时，将发生剪切破坏，断口应该是最大剪应力所在截面，它与钻头横截面呈约45°夹角。与受扭转载荷作用不同的是断口方位是随机的，与螺 旋槽的位置无关，在与横截面呈45°夹角的任意位置均可发生，在这一系列斜截面上剪应力值相等。实测压缩断口截面与横截面成45°夹角(见图3)，与上述 分析一致。
图4为钻头受纯扭转载荷作用时的破坏断口，与图1所示的钻头在钻削过程中折断的断口方位基本一致。扭转破坏断口有一个突出的特点，即对着钻头螺旋槽看时，断口截面与横截面成45°夹角，这也正是剪应力最大点处的最大正应力所在截面的方位。

3 微细钻头折断原因分析

微细钻头使用寿命的分散性很大，仍以f0.34mm的高速钢麻花钻钻削 18Cr2Ni4WA低碳合金钢为例，当孔深为2mm时，钻头寿命约在10～80mm之间。使用显微放大镜对钻头切削刃进行观察发现，部分寿命较高的钻头 折断前其后刀面有较明显的磨钝痕迹，而部分钻头在切削刃尚无明显磨钝痕迹的情况下就折断了，另有小部分钻头由于钻头材料内部有缺陷或是切削刃刃磨角度误差 较大，其使用寿命尚不及10mm。可见，钻削过程中的一些随机因素对钻头使用寿命影响很大。
在正常钻削过程中各项载荷都在钻头的承载能力之内，而当钻削扭矩突然波动、超过其承载能力时，钻头便会折断。微细钻头钻芯厚度相对较大，钻芯厚度与钻头直 径之比约为0.3～0.4(普通直径的钻头在0.2以下)，使得螺旋槽较浅，容屑、排屑能力较低，加之液体具有表面张力，切削液很难进入微小孔内，极易造 成切屑堵塞，使钻削扭矩突然增大而使钻头折断。
可见，切屑堵塞、切削刃磨损导致钻削扭矩过大和钻头制造缺陷是微细麻花钻折断的主要原因。因此，在将微细钻头用于钻削加工前，应先对切削刃刃磨角度进行检 测，剔除偏差过大的钻头；应用钻削测力仪进行钻削力在线检测时，应以钻削扭矩作为检测、控制指标
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钻头修磨工艺

　

一.目的：本指导书规定钻头修磨工位的工作内容。

二.范围：本指导书适用于钻头修磨工位的工作过程。

三.设备：

修磨钻头机( ROLL-O-MATIC 016ME )

四.材料：

深度环、砂轮、钻头、修磨砂棒等。

五.工艺：

1.启动设备:

(1).将电源接好,打开压缩空气开关。

(2).检测压缩空气的压力是否在机器上显示为5 BAR,如果不对,将它调至5 BAR。

(3).将两片砂轮向后调,脱离磨削的位置。

(4).将要磨的钻头相对应的衬套装在相应的位置上,用内六角锁紧。

(5).开面板上的按键,使砂轮处于工作状态。

(6).检查灯的亮度和十字线的清晰度。

2.主要工艺参数:

速度:

当钻头直径小于或等于3.175mm时:

台面进给: 25---30

台面返回: 30---40

当钻头直径大于3.175mm时:

台面进给: 20

台面返回: 30

(2).砂轮和活动主轴角度:

a.当钻头直径小于或等于3.175mm时:

磨后刀面砂轮:30度

磨前刀面砂轮:15度

活动主轴角度:25度

b.当钻头直径大于3.175mm时:

磨后刀面砂轮:30度

磨前刀面砂轮:6度

活动主轴角度:165度

3.操作:

根据2中的要求,调节砂轮和活动主轴到相应的角度。

放入钻头,将钻头推入衬套,一般露出钻头尖越少越好，但要保证磨削得当，通常为0.5ｍｍ（经验值）。旋转钻头至要求位置（见第五页ａ图）。

踩左面的脚蹋开关，将钻头锁紧，然后逆时针旋转90度。台面将移动，开始一个磨削过程。

先估计一下钻头离砂轮片的距离，再逐步向前调节磨后刀面的砂轮，直至磨削的最佳位置。然后调节磨前刀面的砂轮至磨削的最佳位置。

磨好一个刀刃后，将钻头逆时针方向旋转180度，开始磨另一个刀刃。

两个刀刃均磨好后，将钻头尖在橡皮泥上清洁干净，然后用显微镜仔细检查磨削质量，如不好，做相应的调整。

4.关机：

关闭马达开关。

关闭机器电源。

关闭压缩空气开关。

5.操作者如短时间内离开机器时，需关闭机器上的灯和马达开关。如长时间离开机器，需将机器按关机步骤关机。

6.日常维护：

上下班前清洁机器的台面和砂轮。

正式磨削前将活动主轴拆下，用布蘸少许酒精清洁，同时清洁固定活动主轴的内腔。等酒精干后，将活动主轴放入内腔，要求是：活动主轴可以轻松自如的移动。决不能在活动主轴上，抹任何油性物质及润滑脂。

7.砂轮维护：

发现磨出的钻头磨削面的镜面效果不好后将要修磨砂轮。

一般修磨：在砂轮转动的情况下，用修磨磨前刀面和磨后刀面砂轮的砂棒，轻轻地打磨砂轮，磨几次后，换上1/8″的衬套，夹一根料棒，每次以进刀量为5丝的进给量继续打磨砂轮，直至料棒的截面如同镜面一般即可。

大修：（在砂轮表面有凹坑时用）在砂轮转动的情况下，先将金刚砂棒夹紧，让金刚砂棒与砂轮的表面垂直，然后开始修磨，直至凹坑被修去，再重复（1）中所做的步骤即可。

8.钻头质量检验：

标准钻头俯视图：

钻头的正确操作位置：

ａ．将钻头园槽的顶角对准十字线的中心。当第一次校准好后，以后每次以此 为标准位置。

ｂ．钻头正确的磨削位置：在ａ的基础上逆时针转90度，此位置即为磨削位置。再逆时针转180度，可磨削另一刀面。

9．错误及调整方法：

（1）.错误：如图所示

调整方法：将活动主轴逆时针转动一点，同时将屏幕上十字线的水平线向上调，对准顶角。

　

　

（2）错误：如图所示

调整方法：将活动主轴逆时针转动一点，同时将屏幕上十字线的水平线向下调，对准顶角。

　

　

（3）.错误：如图所示

原因：“secondarywheel”磨削太少；

“orimarywheel”磨削太多。

　

（4）. 错误：如图所示

原因：“secondarywheel”磨削太多；

“orimarywheel”磨削太少

　

　

（5）.错误：如图所示

调整方法：将活动主轴的支撑向左移一点。

　

（6）错误：如图所示

调整方法：将活动主轴的支撑向右移一点。

　

（7） 错误：如图所示

原因：ａ．衬套损坏

ｂ．活动主轴内腔压缩空气压力不足

ｃ．大理石台面下有垃圾

　

　

（8）. 错误：如图所示

原因：ａ．砂轮下有垃圾

ｂ．砂轮上的砂粒太粗

ｃ．机器进给或返回的速度太快

10.修磨后的钻头管理：

注意：新钻头和修磨不同次数的钻头不论在钻房还是磨钻头工位要严格区分，不

允许混淆。

自研磨一次钻柄有红色标记；

外研磨不同次数的钻头在深度环上用不同点数标出
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印制板钻孔用钻头有直柄麻花钻头、定柄麻花钻头和定柄铲形(undercut)钻头。直柄麻花钻头大都用于单头钻床，钻较简单的印制板或单面板，现在在大 型的线路板生产厂中已很少见到，其钻孔深度可达钻头直径的10倍。在基板叠层不高的情况下，使用钻套可避免钻偏。目前大部分的厂家使用数控钻床，数控钻床 使用的是硬质合金的定柄钻头，其特点是能实现自动更换钻头。定位精度高，不需要使用钻套。大螺旋角，排屑速度快，适于高速切削。在排屑槽全长范围内，钻头 直径是一个倒锥，钻削时与孔壁的磨擦小，钻孔质量较高。常见的钻柄直径有3.00mm和3.175mm。

一、钻头的材质

印制板钻孔用钻头一般都采用硬质合金，因为环氧玻璃布覆铜板对刀具的磨损特别快。所谓硬质合金是以碳化钨粉末为基体，以钴粉作粘结剂经加压、烧结而成。通 常含碳化钨94％，含钴6％。由于其硬度很高，非常耐磨，有一定强度，适于高速切削。但韧性差，非常脆，为了改善硬质合金的性能，有的采用在碳化基体上化 学汽相沉积一层5~7微米的特硬碳化钛（TIC）或氮化钛（TIN），使其具有更高的硬度。有的用离子注入技术，将钛、氮、和碳注入其基体一定的深度，不 但提高了硬度和强度而且在钻头重磨时这些注入成份还能内迁。还有的用物理方法在钻头顶部生成一层金刚石膜，极大的提高了钻头的硬度与耐磨性。硬质合金的硬 度与强度，不仅和碳化钨与钴的配比有关，也与粉末的颗粒有关。超微细颗粒的硬质合金钻头，其碳化钨相晶粒的平均尺寸在1微米以下。这种钻头，不仅硬度高而 且抗压和抗弯强度都提高了。为了节省成本现在许多钻头采用焊接柄结构，原来的钻头为整体都是硬质合金，现在后部的钻柄采用了不锈钢，成本大大下降但是由于 采用不同的材质其动态的同心度不及整体硬质合金钻头，特别在小直径方面。

二、钻头的使用

1.钻头应装在特制的包装盒里，避免振动相互碰撞。
2.使用时，从包装盒里取出钻头应及时装到主轴的弹簧夹头里或自动更换钻头的刀具库里。用完随即放回到包装盒里。
3.测量钻头直径要用工具显微镜等非接触式测量仪器，避免切削刃与机械式测量仪接触而被碰伤。
4. 某些数控钻床使用定位环某些数控钻床则不使用定位环，如使用定位环的其安装时的深度定位一定要准确，如不使用定位环其钻头装到主轴上的伸长度要调整一致， 多主轴钻床更要注意这一点，要使每个主轴的钻孔深度要一致。如果不一致有可能使钻头钻到台面或无法钻穿线路板造成报废。
5.平时可使用40倍立体显微镜检查钻头切削刃的磨损。
6。要经常检查主轴和弹簧夹头的同心度及弹簧夹头的夹紧力，同心度不好会造成小直径的钻头断钻和孔径大等情况，夹紧力不好会造成实际转速与设置的转速不符合，夹头与钻头之间打滑。
7.定柄钻头在弹簧夹头上的夹持长度为钻柄直径的4~5倍才能夹牢。
8.要经常检查主轴压脚。压脚接触面要水平且与主轴垂直不能晃动，防止钻孔中产生断钻和偏孔。
9.钻床的吸尘效果要好，吸尘风可降低钻头温度，同时带走粉尘减少摩擦产生高温。
10.基板叠层包括上、下垫板要在钻床的工作台上的一孔一槽式定位系统中定位牢、放平。使用胶粘带需防止钻头钻在胶带上使钻头粘附切屑，造成排屑困难和断钻。
11.订购厂商的钻头，入厂检验时要抽检其4％是否符合规定。并100％的用10~15倍的显微镜检查其缺口、擦伤和裂纹。
12. 钻头适时重磨，可增加钻头的使用和重磨次数，延长钻头寿命，降低生产成本和费用。通常用工具显微镜测量，在两条主切削刃全长内，磨损深度应小于 0.2mm。重磨时要磨去0.25mm。普通的定柄钻头可重磨3次，铲形头（undercut)的钻头可重磨2次。翻磨过多其钻孔质量及精度都会下降，会 造成线路板成品的报废。过度的翻磨效果适得其反。
13.当由于磨损且其磨损直径与原来相比较减小2％时，则钻头报废。
14.钻头参数的设置在一般情况下，厂商都提供一份该厂生产钻头的钻孔的转速和下速的参数表，该参数仅仅是参考，实际还要工艺人员经过实际使用得出一个符合实际情况的钻头的转速和下速参数，通常实际参数与参考的参数有区别但是相差不会太多。

目前，钻头的生产厂商很多，分国内和进口。国内的产品与国外的产品相比稍有差距，价格当然进口也稍贵一些，市场上也有由台湾和香港生产的，以及部份台湾生 产打美国和欧洲品牌的钻头，相比之下使用欧美和日本进口的钻头质量稳定，虽然价格稍贵但是对于工艺人员来说物有所值，在实际使用过程中由于钻头品质发生的 问题概率非常少，如生产的产品要求较高建议使用进口钻头，欧美的钻头硬度较高而日本较软，欧美的钻头宁折不弯使用中不容易发生偏孔但断的机率较高一些，日 本的钻头柔韧性较好不容易断但钻孔容易出现偏孔偏特别是小钻头。在实际使用的过程中可根据需求选用。
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所 谓内部轴承游隙是轴承外轮、内轮、钢球间的游隙量。一般固定内轮把外轮上下方向运动时的运动量称为径向游隙，左右方向运动时的运动量称为轴向游隙。在轴承 运转中，内部游隙的大小是左右振动、发热、疲劳寿命等性能的主要因素。深沟球轴承用普通径向内部游隙表示，在实际测定中，为了得到稳定的测定值，加上了规 定的负载，因轴承的弹性变形，此时的测定值比实际值大，所以经过修正可求得真正的游隙。径向内部游隙和轴向内部游隙的关系：轴向内部游隙由钢球直径、内外 轮沟道半径、径向内部游隙的值决定，是普通径向游隙的10倍左右。作为想减小安装后的轴向内部游隙，选择小的径向游隙和大的过盈量配合是危险的。
小孔径轴承、微型轴承的径向内部游隙www.yr-jx.com (单位：um)
ww.yr-jx.com游隙记号 MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6
游隙 最小 0 3 5 8 13 20
最大 5 8 10 13 20 28
备注： 1.标准的游隙是MC3。
2.在用测定游隙时，用下表的修正量修正。
(单位：um)
游隙记号 MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6
修正量 1 1 1 1 2 2
备注： 另外，测定负荷如下
微型轴承时····2.5N（0.25kgf）
小孔径轴承时···4.4N（0.45kgf）

ww.yr-jx.com一般深沟球轴承的径向内部游隙ww.yr-jx.com (单位：um)
轴承公称内径d(mm) ww.yr-jx.com径向内部游隙
C2 C0 C3 C4 C5
以上 以下 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大
2.5 6 0 7 2 13 8 23 14 29 20 37
6 10 0 7 2 13 8 23 14 29 20 37
10 18 0 9 3 18 11 25 18 33 25 45
18 24 0 10 5 20 13 28 20 36 28 48
24 30 1 11 5 20 13 28 23 41 30 53
30 40 1 11 6 20 15 33 28 46 40 64
40 50 1 11 6 23 18 36 30 51 45 73
50 65 1 15 8 28 23 43 38 61 55 90
65 80 1 15 10 30 25 51 46 71 65 105

轴承公称内径d（mm） 测定负荷 ww.yr-jx.com游隙的修正量
C2 C0 C3 C4 C5
以上 以下 N (kgf) 最小 最大 通用 通用 通用 通用
2.5 18 24.5(2.6) 3 4 4 4 4 4
18 50 49(5) 4 5 6 6 6 6
50 80 147(15) 6 8 8 9 9 9

备注： 1.标准的游隙是C0。ww.yr-jx.com
2.在用测定游隙时，用上表的修正量修正。
3.C2游隙的修正值因最大与最小不同，注意不要误用。

滚动轴承的原始径向游隙为：在安装之前不受径向力下内圈相对于外圈沿径向从一个极端位置到另一极端位置
的移动量。轴承的工作游隙定义为：在安装后，无负荷下轴沿径向相对于轴承外圈的移动量，工作游隙是原始径向游隙减
去由于过盈配合和热膨胀而引起的游隙变化量ΔS（以μm为单位）。-----滚动轴承能否发挥其正常功能绝大的程度是取决于能否达到合适的工作游隙。工作游隙是由安装前的原始游隙所选择的公差配合和温度的影响所决定。ww.yr-jx.com

---轴承游隙的选择--径向内部游隙的选定基准：

理论上，轴承运转中的游隙仅在负时，寿命变成最长，但我们都知道即使是微量的负游隙比这大也会迅速降低寿命。一般初期游隙选用比0大的。在微型轴承、小孔径轴承大多选择MC3，一般轴承选择C0。ww.yr-jx.com

ww.yr-jx.com使用条件ww.yr-jx.com ww.yr-jx.com选定的游隙
内外轮都是游隙配合。轴向负荷小。不要轴向刚性。不预压，想要减小游隙。想要控制振动和音响。低速回转。 MC1?AMC2?AC2ww.yr-jx.com
想要减小摩擦扭矩。普通的轴向负荷。普通的轴向刚性。内轮仅一些紧配合，外轮游隙配合。中低速回转。ww.yr-jx.com MC3?AMC4?AC0ww.yr-jx.com
特别想要减小摩擦扭矩。轴向负荷大。要轴向刚性。重负荷、冲击负荷时，需要过盈。内轮高温或外轮低温，轴的弯曲大。 MC5?AMC6?AC3?AC4?AC5ww.yr-jx.com

---径向内部游隙和角游隙的关系游隙的计算省略

---轴承游隙的测定： 1.轴承单体的游隙测定；2.轴承装在轴或紧定套上的游隙测定。ww.yr-jx.com

-- -测量轴承径向游隙的注意事项：（1） 尽可能采用专用仪器测量法；（2） 采用手推法测量要求测量者有较高的测量技能。此法测量误差较大，尤其是游隙处于边缘状态时，容易引起误差，此时，应以仪器测量为准；（3） 塞尺测量时，应按标准的规定操作，不得使用滚子从塞尺上滚压过去的方法测量;（4） 测量过程中,应保证球落入沟底;闭型轴承在封闭前测量;采用有荷仪器时,测值还应减去载荷引起的游隙增加量。（5） 对于多列轴承，要求每列游隙合格，取各列游隙的算术平均值作为轴承的径向游隙。
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