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1．什麼是淬火鋼?它有哪些切削特點？

淬火鋼是指金屬經過淬火後，組織為馬氏體，硬度大於HRC50的鋼。它在難切削材料中佔有相當大的比重。

加工淬火鋼的傳統方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀複雜而不能磨削和淬火後產生形狀和位置誤差的問題，往往就需要採用車削、銑削、鏜削、鑽削和鉸削等切削加工方法。淬火鋼在切削時有以下特點：

(1)硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50～60時，其強度可達σ_b=2100～2600 MPa，按照被加工材料加工性分級規定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬於最難切削的材料。

(2)切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位切削力可達4500 MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統剛性。

(3)不易產生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

(4)刀刃易崩碎、磨損：由於淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。

(5)導熱係數低：一般淬火鋼的導熱係數為7.12 W/(m‧K)，約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬於很難切削的材料。由於淬火鋼的導熱係數低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。

2．怎樣選擇切削淬火鋼的刀具材料？

合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據淬火鋼的切削特點，刀具材料不僅要有高的硬度、耐磨性、耐熱性，而且要有一定的強度和導熱性。

(1)硬質合金：為了改善硬質合金的性能，在選擇硬質合金時，應優先選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質合金。因為在WC-Co類硬質合金中，加入TaC以後，可將其原來的800℃高溫強度提高150～300 MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以後，高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以細化晶粒，提高硬質合金抗月牙窪磨損的能力。TaC還可以降低摩擦係數，降低切削溫度，增強硬質合金抗熱裂和熱塑性變形的能力，同時也將WC的晶粒細化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗彎強度可提高600～800 MPa，高溫硬度比一般硬質合金高。

常用來切削淬火鋼的硬質合金牌號有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

(2)熱壓復合陶瓷和熱壓氮化硅陶瓷：在Al₂O₃中加入TiC等金屬元素並採用熱壓工藝，改善了陶瓷的緻密性，提高了氧化鋁基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗彎強度可達到800～1200 MPa，耐熱性可達1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結和擴散磨損。其主要牌號有AG₂、AG₃、AG₄、LT₃₅、LT₅₅、AT₆等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金屬元素，其硬度為HRA93～94，抗彎強度為700～1100 MPa。其主要牌號有HS₇₃、HS₈₀、F₈₅、ST₄、TP₄、SM、HDM₁、HDM₂、HDM₃。這兩種陶瓷適用於車、銑、鏜、刨削淬火鋼。

(3)立方氮化硼復合片(PCBN)刀具：它的硬度為HV8000～9000，復合抗彎強度為900～1300 MPa，導熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中最高的。它十分適合於淬火鋼的半精加工和精加工。

綜上所述，切削淬火鋼最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是復合陶瓷，再其次是新牌號硬質合金。

作者：鄭文虎 張玉林 詹明榮

3．怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數？

切削淬火鋼時，光有好的刀具材料，而沒有合理的刀具幾何參數，也不能達到滿意的效果。所以要根據具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數，才能有效地發揮刀具材料應有的切削性能。

(1)前角：前角的大小對切削淬火鋼影響很大。由於淬火鋼的硬度、強度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。為了避免崩刃和打刀，前角應選零度和負值，一般γ₀=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續切削時，應選較大的負前角，γ₀=-10°～-30°。如果採用正前角可轉位刀片時，應磨出b_γ=0.5～1 mm寬，γ₀₁=-5°～-15°較大的負倒稜，以增強刀刃強度。

(2)後角：切削淬火鋼刀具的後角應比一般刀具的後角大一些，以減小後刀面的摩擦，一般α₀=8°～10°為好。

(3)主偏角和副偏角：為了增強刀尖強度和改善散熱條件，主偏角κ_r=30°～60°，副偏角κ』_r=6°～15°。

(4)刃傾角：刃傾角為負值時，可以增大刀尖強度。但負值太大時，會使Fp力增大，在工藝系統剛性差時，引起振動。所以在一般情況下，λ_s=-5°～0°；斷續切削時，λ_s=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λ_s=-30°。

(5)刀尖圓弧半徑：它的大小影響刀尖強度和已加工表面粗糙度。因工藝系統剛性的影響，刀尖圓弧半徑γ_ε=0.5～2 mm為宜。

切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數的基礎上，必須經過仔細刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質量，使刀具耐用度得到提高。

4．怎樣選擇切削淬火鋼時的切削用量？

切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件形狀、工藝系統剛性和加工餘量來選擇。在選擇切削用量三要素時，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量。

(1)切削速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達到400℃左右時，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時，充分利用上述這一特性，切削速度不宜選擇太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。從目前的經驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質合金刀具Vc=30～75 m/min；陶瓷刀具Vc=60～120 m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200 m/min。在斷續切削和工件材料硬度太高時，應降低切削速度，一般約為上面最低切削速度的1/2。在連續切削時的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。

(2)切削深度：一般根據加工餘量和工藝系統剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3 mm。

(3)進給量：一般為0.05～0.4 mm/r。在工件材料硬度高或斷續切削時，為了減小單位切削力，應當減小進給量，以防崩刃和打刀。

採用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高於硬質合金。用它來製造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高於YT05、643、YM052等硬質合金。

(1)充分發揮陶瓷刀具材料硬度和耐熱性比硬質合金高這一特點，選擇的切削速度應高於硬質合金切削淬火鋼的切削速度，一般高50％。如在切削速度50 m/min時，陶瓷刀具的後刀面磨損量與硬質合金接近。當切削速度增至95 m/min時，它的耐磨性遠遠高於YT05等硬質合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃銑刀，以102 m/min的切削速度銑完深5.2 mm、寬16 mm、長700 mm的淬火鋼鍵槽，刀具基本上無磨損。

(2)陶瓷刀具在切削中受衝擊載荷時，刀具應選擇小的主偏角、大的刀尖圓弧或採用圓形刀片，以增加刀尖強度，避免刀具損壞。如採用圓形陶瓷刀片作成的機夾端銑刀，銑削淬火鋼，Vc=120～150 m/min，Vf=230～290 mm/min，αp =1～2 mm。

(3)應採用負前角和負刃傾角，以利於增加刀刃和刀尖強度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小於0.4μm。

(4)切削時一般不用切削液，若要用，要自始至終充分供給，否則刀片會因熱脹冷縮而產生裂紋。

(5)陶瓷刀具的抗彎強度低於硬質合金的抗彎強度，為了減小刀具單位面積受力，切削時進給量要小一些，一般為f=0.08～0.15 mm/r。

6．怎樣使用立方氮化硼刀具切削淬火鋼？

立方氮化硼刀具(CBN)不僅是製造磨具的好材料，而且它容易修磨(可用金剛石磨輪刃磨)，也是用於製造車刀、鏜刀、銑刀、槍鑽、鉸刀、齒輪刀具等的好材料。CBN主要用來切削各種淬火鋼，也可用來切削其他難切削材料。它不僅有很高的金屬切除率，而且有很好的表面加工質量。切削各種淬火鋼可以有效地代替磨削，減少加工工序，提高生產率。現在市場上所銷售的CBN刀片，大都以它與硬質合金復合片的形式，作成可轉位刀片或刀具，其目的就是提高CBN刀片的抗彎強度。

由於CBN刀具的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時能允許以高於硬質合金幾倍的切削速度切削淬火鋼，而耐用度是硬度合金的幾倍到幾十倍。表面2-1為切削淬火鋼時CBN刀具與硬質合金刀具對比。

國內生產CBN刀片的廠家有成都工具研究所，生產的牌號為LDP—J；第六砂輪廠生產的DLS—F₁、DLS—F₂、DLS—F₃。還有不少廠家生產CBN可轉位刀片和焊接刀。LDP—J和DLS—F₁主要用於切削各種淬火鋼。DLS—F₂主要用於切削各種鑄鐵。DLS—F₃主要用於切削高溫合金和鈦合金。

CBN刀具不適於低速切削，CBN刀具靠切削時所產生的切削熱，在切削區微小的範圍內軟化工件材料來切削的。

在切削硬度為HRC55～65的材料時，CBN刀具的切削速度應在50～120m／min。銑削時的Vc=100～160 m/min，每分鐘進給量Vf=70～160 mm/min；鉸削時Vc=60～130 m/min，ap=0.1～0.2 mm，f=0.07～0.2 mm/r。CBN刀具主要用於淬火鋼的半精加工和精加工。其加工表面不會像磨削那樣產生燒傷現象，效率比磨削高十倍左右。

CBN刀具切削淬火鋼時的幾何參數是γ₀=-15°～-5°，α₀=α』₀=10°～15°，κ_r=30°～60°，κ』_r=5°～15°，λ_s=0°～10°，γ_ε=0.3～1 mm。

7．用CBN刀具切削淬火鋼時，在哪些情況下代替磨削最為有效？

(1)在數控機床上切削複雜的表面和幾個複雜的表面，代替磨削工序，可以減少1/3～2/3的勞動量，而且能保證很高的位置精度。

(2)形狀複雜的內孔或小孔。如採用磨削，要求砂輪的形狀也相應複雜，有的時候無法磨削，這時採用車削最為有利。

(3)一個零件幾個表面(外圓、內孔、端面、階台、溝槽)都需磨削，這時採用車削，一道工序即可完成，可減去磨削用的工裝。

(4)零件淬火後易變形和留余量小時易造成廢品，這時可留余量大一些，待淬火後，再用CBN刀具切除多餘余量，再磨削，以減少因變形大而產生的廢品。

(5)在加工載荷變動量很大的，困難條件下使用的表面高頻零件，採用CBN刀具加工，工件表面組織和物理力學性能較磨削時好，可以延長零件的使用壽命。

8．怎樣車削淬火鋼滾絲輪的螺紋？

淬火後滾絲輪的螺紋，一般都採用螺紋磨床磨削。但為了提高加工效率和解決沒有螺紋磨的困難，也可採用車削的方法加工。

(1)滾絲輪的技術要求：坯料材質為Cr₁₂MoV合金工具鋼，經淬火後硬度為HRC59，牙距為1.5mm，螺紋頭數為10頭，半角α/2＝30o±25′，牙深為0.922mm，牙尖高h₁＝(0.435±0.042)mm，牙根高h₂＝(0.487(＋0.010/－0.029)mm。

(2)機床與刀具：機床是大連生產的8955型290mm鏟齒車床，機床附件為分度盤。刀具分粗車刀和精車刀，刀具材質為YM052硬質合金。刀具幾何參數為：γ。＝－3o，α。＝5o，α′＝0o～2o，ε_r＝60o20′，λ_s＝－5o，前刀面向螺旋方向傾斜3o。各角度在工具磨磨好後，用金剛石油石鐾研，並在主、副刀刃和刀尖處鐾出負倒稜。

(3)切削用量：切削速度26.2 m/min，粗車螺紋a_P＝0.1～0.15mm，精車a_P＝0.05～0.08mm。在車削中，每走一次刀，分一次頭，以保證每齒均勻地去除余量。

(4)注意事項：為了防止切入切出時刀尖崩刀，在螺紋的兩端各倒30o角。為了準確地控制每次吃刀深度，在橫向進刀放一百分表。

9.怎樣鑽取出在螺紋孔中折斷的絲錐？

用絲錐攻螺紋時，稍微不慎或攻難切削材料的螺紋，往往把絲錐扭斷在孔中，不易取出，使工件成為廢品。為了減少廢品，採用電火花把斷在孔中的絲錐打掉或用硬質合金鑽頭鑽掉。採用硬質合金鑽的辦法簡單，工人易掌握。

(1)刀具：用硬質合金圓棒，磨成如圖2-1所示的四稜鑽，材質為YG6X或YM052、813等。鑽頭直徑應大於絲錐心部直徑。

(2)操作注意事項：在校正好鑽頭和孔的位置後，要把鑽頭和工件固定好。斷在螺孔中的絲錐頭部不平整，開始鑽時一定要慢，以免傷了螺孔和把孔鑽歪。鑽時的切削速度為20～25m/min，要隨時觀察鑽削的情況，及時清除絲錐的碎塊和切屑，直到把斷在孔中的絲錐鑽掉。

10.怎樣用高速鋼鑽頭鑽削硬材料？

這裡所說的硬材料是指熱處理後，其硬度為HRC38～42的 材料，或在零件表面經過滲碳、氰化、鍍鉻後，有一層硬化層的表面。在這樣硬的材料或表面上鑽孔，十分困難，有時只能在表面上鑽出一個小坑，鑽頭就發出吱吱 叫聲，出現嚴重磨損。這時在沒有硬質合金鑽頭的情況下，可採用改變了幾何參數的高速鋼鑽頭，也能成功地鑽削上述硬材料。鑽硬材料群鑽參數見圖2-2。

為了增加刀刃強度，改善散熱條件，採用了減小前角、加大圓弧槽半徑和外緣刃的刀尖角的辦法。鑽頭的幾何參數如圖2-2所示。鑽孔時應選較短的鑽頭，以增強鑽頭的剛性。工件剛性不足時要增加輔助支承。鑽削用量一般選取νc＝2～5m/min，進給量f＝0.03～0.05mm/r或手動進給。切削液應選用切削油或極壓切削油。

11．用立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有哪些優點？

高速鋼是淬火鋼中有特殊用途的鋼種。立方氮化硼磨輪特別適用於磨削高速鋼。由剛玉砂輪磨削高速鋼，特別是磨高釩高速鋼時，磨削力大，磨削溫度高，易發生燒傷，磨粒磨損快，易堵塞，易脫粒，磨削困難。如用立方氮化硼磨輪磨削W18Cr4V、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V5SiNbA1、W6Mo5Cr4V5Co3SiNbA1、W10Mo4Cr4V3A1等5種高速鋼的試棒時，累計磨去17 mm，磨輪仍然很鋒利。又如用鍍銅的立方氮化硼磨粒的磨輪，磨削W6Mo5Cr4V5SiNbA1高速鋼拉刀，可磨150個刀齒，而用白剛玉砂輪一個刀齒也磨不動，單晶剛玉加微晶剛玉砂輪只能磨出7～8個刀齒。

立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的耐用度。它的磨損量是單晶剛玉的1/64，是綠色碳化硅的1/104，是白剛玉的1/99。

立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的磨削比。用它磨削高釩高速鋼(W12Cr4V5Co)的磨削比為140，而剛玉類砂輪是10，金剛石磨輪是16。用它磨削超硬高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8)的磨削比為660，而剛玉砂輪是10，金剛石磨輪是18。用它磨削鎢鉬高速鋼(W6Mo5Cr4V2)的磨削比為980，剛玉類砂輪為10，金剛石磨輪的磨削比為20。

立方氮化硼磨輪磨削高速鋼時可以避免燒傷。當用剛玉砂輪磨削高速鋼時，很快就磨損，如不及時修整，就會出現燒傷，影響磨削質量。而立方氮化硼磨輪，直到磨耗完也不需要修整，也不會出現燒傷。

立方氮化硼磨輪有很高的切削能力，單位磨削功率比剛玉砂輪小2/3～5/6。

12.切削淬火鋼的實例有哪些？

淬火鋼的切削，是難切削材料最有代表性的一種。以前人們認為它硬度高，只能磨削。現在由於切削技術的進步，以車削、銑削、刨削和鑽削代替磨削也習以為常了。

(1)車冷鐓軸承滾子模具頂桿，材質為合金工具鋼Crl2MoV，淬火後硬度為HRC62～66。由於工件細長，怕淬火，變形大，留了2 mm的余量，給磨削帶來困難，改為車削。採用LT55的陶瓷車刀，刀具幾何參數是：γ。＝－8o，α。＝8o，κ_r＝75o，κ′_r＝15o，γ_ε＝0.5mm。切削用量是：ν_c＝35 m/min，a_P＝0.3～0.5mm，f＝0.1～0.2mm/r。刀具耐用度為25min，表面粗糙度為R_a＝3.2～1.6μm。

(2)刨淬火後的高速鋼，材質為W18Cr4V，硬度為HRC64，工件尺寸120mm×40mm。刀具材料為YM052硬質合金。刀具幾何參數是：γ。＝－10o，α。＝6o～8o，κ_r＝45o，κ′_r＝15o，γ_s＝－10o，γ_ε＝1mm。切削用量是：ν_c＝8 m/min，a_P＝0.5～0.8mm，f＝0.1～0.15mm/行程，刀具耐用度為21min，表面粗糙度為R_a＝3.2μm。

(3)用立方氮化硼刀具車削淬火後的軸承鋼(GCrl5)，硬度為HRC62。工件為軸承外環。刀具幾何參數是：γ。＝－6o，α。＝8o，κ_r＝45o，κ′_r＝45o，γ_ε＝1.2mm，λ_s＝0o。切削用量是：ν_c＝115 m/min，a_P＝0.3mm，f＝0.1～0.2 mm/r。刀具耐用度為55min，表面粗糙度為R_a＝1.6μm。

(4)鑽鉸淬火鋼小孔，工件材質為GCrl5，淬火後的硬度為HRC58～60。鑽孔直徑為聲ψ4(＋0.03,0)mm，深為10mm。此孔是產品改進後加鑽的。鑽頭和鉸刀的材質為YG6X硬質合金，鑽頭形式為非標準麻花鑽，鉸刀為雙刃鉸刀，採用鑽鉸兩道工序，使用的機床是台式鑽床。切削速度為ν_c＝15.5 m/min，手動進給。刃磨一次鑽頭可鑽100多個孔，鉸孔200個以上，質量完全符合工藝要求。

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摘 要：采用Gleeb1500热模拟实验机对F40MnV非调质钢进行实验研究，根据经典应力-位错关系和动态再结晶动力学方程分别对加工硬化-动态回复和 动态再结晶两阶段建立流动应力模型，然后统一表示为完整的F40MnV结构钢高温流动应力模型。根据实验结果计算拟合了模型中各参数。采用建立的流动应力 模型计算实验条件下的流动应力，计算结果与实验结果吻合较好。并将所建立的流动应力模型用于F40MnV非调质钢热塑性成形数值模拟分析。
关键词：F40MnV；非调质钢；流动应力；动态回复；动态再结晶；
中图分类号：TG142文献标识码:A

Research on Flow Stress Model of F40MnV Non-quenched and Tempered Steel During Hot Forming
WANG Jin, CHEN Jun, ZHAO Zhen, RUAN Xue-yu
(National Die & Mold CAD Engineering Research Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030;)
Abstract: Hot compression test of F40MnV non-quenched and tempered steel is finished on Gleeble 1500 to determine the flow stress model for F40MnV steel, and the flow stress models are approximated for work harding-dynamical recovery period and dynamical recrystallization period based on classical stress-dislocation relation and the kinematics of the dynamic recrystallization, respectively, which consist the flow stress model for the whole forming process. All parameters used in the flow stress models are calculated based on the testing data, and the flow stress model is suitable to be used for the hot forging process numerical simulation.
Key Words: F40MnV；non-quenched and tempered steel；dynamical recovery; dynamical recrystallization

随 着计算机的发展，运用有限元数值模拟对金属塑性加工过程进行仿真得到了越来越多的应用。如何得到准确的预测结果一直以来都是塑性加工过程数值模 拟关注的焦点。合理，准确的金属流动应力模型的建立是得到准确预测结果的基础。然而，高温变形条件下影响金属塑性流动的因素较多，如何建立既符合金属变形 微观机理同时符合宏观实验的流动应力模型，很多学者进行了大量的研究[1-6]。

非调质钢因为其高温成形后不需要进行后续的热处理，简化工序、节省成本而受到广泛的关注，在诸多领域内逐渐得到应用[7-10]。本文以非调质钢F40MnV为研究对象，建立其高温流动应力模型用于并用于塑性加工过程仿真。

1 实验材料与方法

实 验所使用F40MnV非调质钢的质量分数为C：0.39%， Mn：1.4%，Si：0.4%，V：0.08%，Cr:0.07%，Ni:0.07%，Ti：0.01%。热压缩试样取自热轧空冷棒材，试样直径 10mm,长度为15mm。在Gleeb1500热模拟实验机上进行等温压缩。试样变形速率分别为0.1s-1、1s-1和10s-1，变形温度分别为 950℃、1000℃、1100℃和1200℃。试样以10℃/s的速度加热至1250℃保温3min，然后以10℃/s冷却至变形温度，保温30s以消 除温度梯度后开始压缩。为防止试样表面氧化，采用氩气保护。变形完后，立即淬火。

2 实验结果与讨论

2.1 高温流动应力模型的建立

如 图1所示为F40MnV非调质钢的高温流动应力的示意图。高温条件下，实验所得到的钢的流动应力曲线弹性变形阶段往往不明显，在坐标轴中从应力 位置开始，被定义为初始应力，或是屈服应力。采用Laasraoui和Jonas的方法[1]，变形过程可以分为两个阶段：1）加工硬化－动态回复阶段。 变形初始阶段，加工硬化和动态回复相互作用，流动应力随着变形迅速上升，如图1所示流动应力曲线前部分。2）动态再结晶阶段。随着变形的进行，当变形量达 到临界值应变量后，材料发生动态再结晶，应力随变形的增加速度变缓。变形继续，随着动态再结晶晶粒的增多，应力到达峰值应力后开始下降，最后趋于稳态，通 常被称为稳态应力。假如不发生动态再结晶，变形过程中材料内部加工硬化和动态回复软化机制相互作用最终达到平衡，流动应力曲线将按照图1中所示虚线轨迹趋 于饱和，被称为饱和应力。

图1 高温流动应力曲线示意图
Fig.1 Illustration of flow stress during hot work

式中U表示加工硬化，Ω表示由于动态回复而产生的软化的量。

引入经典应力-位错关系[15]，式可以表示为下式：

图2 峰值应力和应变、绝对温度关系（a）σp-ε（b）σp-T
Fig .2 Relationships between peak stress and strain rate and absolute temperature

图3 模型计算值和实验值比较（a）ε＝0.1s-1 （b）ε＝1s-1
Fig.3 Cmpared prediction result with test data

图4 F40MnV非调质钢连杆热锻数值模拟结果 (a)等效应变 （b）等效应力
Fig.4 Simulation result of hot forging F40MnV steel connecting rod

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问题补充：谢谢回答，因为彻底外行，另外问一下，新买来的钻的刃都是这么磨出来的吗？我买过Titex 0.05mm的钻，就是理解不了那种刃是怎么做出来的。显然钻本身硬度就很高了。有没有可能是先磨好刃再通过热处理提高钻的硬度？？？


手工磨标准麻花钻头.......
一、平整的砂轮一台。
二、从刃口往后磨，防止钻头退火,逐渐压低钻尾，呈旋转的手法。
三、后角不可过大
四、钻头顶角118度，两刃要对称。

没有图，不好说清楚，后角过大，钻头的横刃肯定长，不利于切削。而且横刃长，和新钻头比较，一定不顺眼。没有后角就不能钻进。钻头磨的水平，主要就反映在后角上。
标准麻花钻还有很多改进磨法，如”倪志福钻头“。

直径在5－6毫米以上的钻头用手工磨，还比较好掌握。如果钻头太小就只有用工具磨床磨钻头，0.2毫米的钻头，一般是见不着，手工也磨不了，只能是使用工具磨床了。

根據BW公司刀具研磨技術、在研磨0.2mm鑽頭分為： 1.在研磨0.2mm鑽頭是不可能用手工研磨、因為會震動。 2.通常研磨0.2mm鑽頭砂輪偏擺會引響、刀具的品質。 3.CUTTING EDGES orWEB交接要細膩。 4.WEB THCKNESS AFTER NOTCHING在研磨時距離要非常細小。 5.POINT ANGLE （NCLUDED）角度可由CNC設定幾可。 請不要小看鑽頭好壞差很多、還有很多技術要克服、不是那樣容易。

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。

一、A冷却C曲线 转变温度与转变时间之间关系的曲线。

1. 等温冷却C曲线 将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。

2.连续冷却C曲线 将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却

共析碳钢等温转变图（C曲线）

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摘要：本文针对几种含铌高强度低合金钢（HSLA）研究了再加热温度、粗轧变形道次的应变和温度对精轧变形道次后应变诱导析出动力学的影响。通过对轧制实 验或平面压缩试验进行的第二次精轧变形产生的强化效果曾证实了应变诱导析出。利用薄膜电子显微（镜）技术也曾观察到析出。发现降低再加热温度/粗轧温度和 增大粗轧变形均明显地加速析出，这种加速析出归功于固溶铌的聚集。

Influence of roughing rolling passes on kinetics of strain induced precipitation of Nb(C,N)

英国谢菲尔德大学 E.Valdes and C.M.Sellars

Abstract

The effects of reheating temperature and of the strain and temperature of roughing deformation passes on the kinetics of strain induced precipitation after a finishing deformation pass have been investigated for several niobium high low alloy (HSLA) steels. Strain induced precipitation was detected via its strengthening effect on a second finishing deformation carried out either by eperimental rolling or by plane strain compression tests. Precipitates were also observed using thin foil electron microscopy. Decreasing reheating roughing temperature and increasing roughing strain were found to significantly accleerate precipitation - this acceleration is attributed to clustering of niobium in solution.

前 言

众所周知，含铌高强度低合金钢（HSLA）的应变诱导析出的存在对阻止钢板在精轧道次控制轧制中奥氏体再结晶起决定作用，因此，研究其析出动力学具有重要的实用价值。

在 最近一篇关于Nb(C,N)应变诱导析出动力学的分析中(1)，利用大量的实验研究数据得出结论：即使考虑不同实验观测技术所产生的波动，测量 的析出时间仍存在显著地差别，这种差别主要是由随后保温时产生诱导析出的精轧变形前热力学历史引起的。特别是，与从再加热温度直接冷却后进行类似的精轧变 形过程相比较，粗轧变形道次使加速了精轧变形后的这种析出加速了五倍左右。

本研究目的是建立精轧前热力学历史是否对析出有显著影响和确定过程变量的影响。

试验过程

本 研究钢种的化学成分见表1所示，X70钢是来自Dutta和Sellars以前一篇研究报道中(2)厚28mm的商品钢板。为制备实验研究用 钢，在具有放热型保护气氛的加热炉中将这种板坯的小坯加热到1200℃并均热30分钟，然后将其在1道次内轧制成23.5mm或2道次内轧制成 14.3mm，并空冷至室温。利用Dutta和Sellars(2)描述的方法，研究粗轧对Nb(C,N)应变诱导析出动力学的影响。

式中：ε和Z分别是在等温T处应变诱导析出前精轧变形的应变和Zener-Hollomon参数。通过比较公式（6）和（7）中本试验5种钢的精轧变形条件（ε＝0.188，Z＝5exp(400000/1228R)=5.3×10¹⁷s^-1）和T=1173K和回想早期的结论（），公式（7）中的A值由下式给出：

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1.1 低合金钢由来

中 国钢产量已突破1亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持 发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术 含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了 解。

按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合 金元素Mn、 Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂 质和有害元素加以控制的另一类钢。

原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量 低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金 钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳 素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。

① 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。

② 国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金 建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普 通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着 国家、企业和作者而异。

③ 低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在3%以下， 屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然，在技术发展进程中， 低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经有了很大的变化。

在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接 高强度钢，还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低 温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。

1.2 早期低合金钢的发展

低 合金钢的出现可以追溯到19世纪的1870年，一种碳含量0.64～0.9%和铬含量0.54～0.68%、抗拉强度685Mpa、弹性极限 410Mpa钢，第一次被采用于工程结构，建造了跨度158.5m的拱形桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的，需要轧后热处理，难以机械加工，耐蚀性又不 良。随后的1个多世纪的时间，世界各国不断探索，大体上可以把低合金钢区划为三个不同特征的发展阶段，在20世纪20年代以前，20～60年代及60年代 以后。前两个阶段姑且合称为传统的低合金钢发展阶段，后一阶段可以称为现代低合金钢发展阶段（后面我们称它为微合金钢Microalloyed Steel）。

前一时期低合金钢的重大发展有三个标志：

① 由单一元素合金化向多元素合金化发展

1895 年曾采用0.40～0.56%C和3.5%Ni的钢建造了俄国的“鹰”级驱逐舰，该钢的加工性比初期的铬钢要好得多，屈服强度在 355Mpa。20世纪初还用8000多吨含镍的钢建造了跨度为448m的桥梁，美中不足的是这种钢的合金资源有限，成本又高。此后开发了1.25%Si 的低合金钢，建造了横渡大西洋的船舶和跨度110m的桥梁，俄国利用铁铜混生矿源，曾开发了0.7～1.1%Cu的低合金钢用于造船、建桥，这种钢导电性 好，抗腐蚀性优良。

长达30多年的生产和应用经验的积累，发现多元合金化的低合金钢综合性能更佳，经济上更划算，开发了二元合金化的Ni -Cr、Cr-Mn、Mn- V低合金钢，和三元复合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金钢。用途上也扩大到了锅炉、容器、建筑和铁塔等方面。20世纪 20年代全世界的低合金钢产量达到200万吨。

② 赋予低合金钢的第一特征：低碳、可焊接

在工程结构广泛采用焊接技术 之后，给低合金钢发展带来深远的影响。为减小焊接热影响区硬化和开裂、焊接接头延性恶化，把低合金钢的碳含量由 0.6%降到0.4%，随后又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳当量的可焊性判据。为了获得高强度钢不断增高的强度需求，出现了 两条发展途径，一个是提高合金含量，另一个是热处理手段，各有利弊，至今屈服强度高于600Mpa的钢仍采用热处理，E级和F级船板仍规定正火状态使用， 再如铁路钢轨仍有合金化轨和全长淬火轨的两种生产方式。

③ 注意到钢的冷脆倾向性和时效敏感性

二次世界大战期间大量 “自由”轮在运行中断裂及许多锅炉、容器的失效，注意到了钢冷脆倾向与钢的粗晶结构和有害元素P、S的含量有关，而钢的时效 倾向是由钢中N所致，从而采取了降硫、铝细晶化和控制终轧温度等优化工艺。为了钢结构的安全使用和寿命，同时还开发了低温夏氏V型缺口冲击、温度梯度双重 拉伸、零塑性转折落锤及BDWTT落锤撕裂等试验方法及制订了相应的断裂韧性判据。

20～60年代间，工业发达国家的低合金钢开发带来了经济的繁荣和现代化。据不完全统计，全世界成熟的低合金钢钢种牌号有2000余个，形成了5大合金成分系列：

(1) 以德国St52钢为代表的C-Mn钢系列，日本的SM400、我国的16Mn属于这类钢。

(2) 以美国Vanity钢为代表的Mn-V-（Ti）钢系列，构成了现代微合金化的先驱。

(3) 美国的含P-Cu钢系列，代表钢种有Corten和Mariner钢，具有良好的耐大气和海水腐蚀性。

(4) Ni-Cr-Mo-V钢系列，如美国开发的淬火回火状态T-1钢板成功用于压力容器的建造。

1.3 我国低合金钢的发展

50 年代原冶金工业部钢铁研究院刘嘉禾为首的一批冶金学专家率先研制成功了16Mn钢和15MnTi钢，开创了中国低合金钢领域，在此基础上制定 了命名为低合金高强度钢的第一个标准(YB13—58)，列入12个钢种牌号。1963年易名为低合金结构钢(YB13—63)，纳入的钢种牌号除Mn系 列外，包括了结合我国富产资源所开发的V、Ti、Nb及稀土的低合金钢，并由此派生出了桥梁、造船、容器、汽车大梁、矿用等专用钢标准。其后修改的 YB13—69，改为普通低合金钢（简称普低钢），强调“普通”的意思在说明生产低合金钢就像生产普通碳素钢一样，不需要特别的生产手段，简便容易，即可 取得1吨顶1.3～1.5吨的经济效益，此后长达20年难以消除它的负面影响，至今全国行业钢材品种结构调整时，还往往注意到低合金钢高附加值的一面，而 忽视了低合金钢的高技术含量一面。1988年升级为国标时（GB—1591—88），回归到了低合金结构钢的名称，1994年颁布的现行标准更名为低合金 高强度结构钢，（GB／T1591—94），包括了屈服强度295—460Mpa 5个强度等级和A～E 5个质量等级，新标准的积极意义在于努力向国际规范靠拢。由于我国低合金钢基础研究日趋深入和生产规模日益扩大，在北京已连续召开了4届（1985、 1990、1995及2000年）国际低合金高强度钢会议，无疑这是对中国低合金钢领域科技进步的肯定。

我国低合金钢发展历程可以划分为4个阶段：

1957～1969年

是低合金钢开发的初创阶段，第一个低合金钢16Mn钢与普碳钢相比，具有高强度、高韧性、抗冲击、耐腐蚀等特性，它的开发适应了各行业产品大型化、轻型化的趋势，采用16Mn钢所建造的的“东风”万吨轮，显示了节省钢材、节约能源和延长产品寿命的优越性。

1966年召开了全国规模的第一次低合金钢推广应用会议，在计划经济条件下宏观指导低合金钢的发展。当年低合金钢产量为141万吨，据不完全统计，研制钢号达345个，其中有54个钢号纳入了11个有关标准中。

1970～1974年

全力进行了钢种整顿工作，及时总结了开发中有益的经验，收集了大量的试验研究数据，合并和淘汰了一批无法组织批量生产或性能达不到预定指标的钢号，化费四年时间的钢种整顿工作是十分有益的，减少了开发盲目性和无序状态，完善了富有中国特色的低合金钢体系。

1975～1983年

我国低合金钢开发生产和应用等各方面存在的问题很多，积重难返，显示出了与客观需求的不适应，合金资源优势未能转化为产品优势，产品质量明显低于国外同类同级产品的实物水平，16Mn、20MnSi、U71Mn 3个钢号占低合金钢总产量90%以上。

1984～2000年

这是一个中国低合金钢的转型期，从“六五”至“九五”期间，基本上实现了4个转变。

(1) 按国外先进标准生产低合金钢
(2) 引进国外发展成熟的低合金钢钢号
(3) 按国外低合金钢基础研究成果，改造我国原有的传统观念设计的低合金钢钢号
(4) 跟上新型低合金高强度钢(微合金钢)的发展趋势。

我国低合金钢发展面貌有了极大的变化，大大缩小了与国外低合钢先进水平的差距。

1.4 现代低合金钢的重大进展

自20 世纪70年代以来，世界范围内低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度 钢即微合金化钢的新概念。进入80年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。在钢的化学成分—工艺 —组织—性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合金设 计。

低合金钢的现代进展有哪些呢？主要表现有：

(1) 微合金化钢基础研究的新成就。

首先，对微合金 化元素，尤其是Nb、V、Ti、及Al的溶解一析出行为的研究取得显著的成果，这些元素的碳化物和氮化物的形成及其数量、尺寸、分 布取决于冷却过程的形变温度和形变量，而加热过程中碳、氮化物的存在及其特性表现在回火的二次硬化、正火的晶粒重结晶细化、焊接热循环作用下晶粒尺寸的控 制3个主要方面。

其二、重视含Nb微合金化钢、Nb-V和Nb-Ti复合微合金钢的开发，据统计几乎占有近20年来新开发微合金化钢全部 牌号的75%和微合金化钢 总产量的60%。近几年注意到了微量Ti（≤0.015%）十分有益的作用，Ti的微处理不仅改变钢中硫化物的形态，而且TiO2或Ti2O3成为奥氏体 晶内铁素体晶粒生核的质点，Nb-Ti复合微合金化构成超深冲汽车板IF钢的冶金基础，还显著改善了Nb钢连铸的裂纹敏感性。

其三，对低 碳钢强化的Hall-Petch关系式进行了系统总结，对加速冷却原理作了更深入的研究。人们十分有兴趣采用分阶段加速冷却工艺的应 用，前期加速冷却用于抑制铁素体转变，后期加速冷却目的在于控制中、低温产物的晶粒尺寸和精细结构的组成，从而达到在较宽范围内调整钢的强度和强度／韧性 匹配。

350MPa级高强度钢：微合金化+热机械处理，机制为晶粒细化+析出强度。

500MPa级高强度钢：铁素铁+贝氏体、马氏体，强化机制为晶粒细化、并晶界强化和位错强化。

700MPa级高强度钢：淬火回火组织，机制为相变强化+析出强化。

(2) 工艺技术的进步

顶底复吹转炉冶炼，钢的碳含量可控制在0.02～0.03%，精炼的应用可生产出碳含量在0.002～0.003%，杂质含量达到＜0.001%S、＜0.003%P、＜0.003%N，2～3ppm［0］和＜1ppm［H］的洁净钢。

连铸的成功经验是低的过热度、缓流浇注和适宜的二次冷却，采用低频率、高质量的电磁搅拌，可以得到均匀的等轴的凝固区。

在再结晶控轧的基础上，应变诱导相变和析出的非再结晶控轧，以及（g+a）两相区形变，已成为目前控轧厚钢板生产主要方向。薄板坯连铸连轧流程和薄带连铸工艺的实用化，使低合金钢生产进入了又一个新境界。

(3) 低合金钢合金设计新观点

首先是钢的低碳化和超低碳趋势，例如60年代X60级管线钢碳含量为0.19%，70年代为0.10%，80年即使 X70和X80级管线钢碳含量降至0.03%以下。

根据微合金化元素在钢中的基本作用和次生作用，提出了“奥氏体调节”的概念，有意识地控制加入微合金化元素，使钢适于一定的热机械处理工艺，以发展新的性能更好的钢种。

传统控制轧制的合金设计：微合金化的重要目的是提高再结晶停止温度，利用非再结晶区的形变诱导相变和析出，Nb是最理想的微合金化元素。

再 结晶控制轧制的合金设计：它的目的是尽量降低再结晶停止温度，并形成阻碍晶粒粗化的系统。其中一种办法是以TiN为晶粒粗化阻止剂，以V （CN）作为铁素体强化。另一种方案是Nb-Mo的微合金化，具有较宽阔的可以加工的窗口。这种工艺特别适合于不能进行低温轧制的低功率的老旧轧机生产。

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