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Mar 20 Thu 2008 20:14
Motor de passo www.tool-tool.com

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O solenóide do topo (1) esta ativado, atraindo o dente superior do eixo.

O solenóide do topo (1) é desativado, e o solenóide da direita (2) é ativado, movendo o quarto dente mais próximo à direita. Isto resulta em uma rotação de 3.6°.

O solenóide inferior (3) é ativado; outra rotação de 3.6° ocorre.

O solenóide à esquerda (4) é ativado, rodando novamente o eixo em 3.6°. Quando o solenóide do topo (1) for ativado novemante, o eixo terá rodado em um dente de posição, como existem 25 dentes, serão necessários 100 passos para uma rotação completa.

Um motor de passo é um tipo de motor elétrico que é usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou rotacionado em um ângulo exato.

Em um motor de passo, um ímã permanente, muito forte, é controlado por uma série de campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente. Desse modo, é uma mistura entre um motor de corrente contínua e um solenóide.

Motores de passo não usam escovas ou comutadores.

Os motores de passo possuem um número fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por revolução. Os motores de passo mais comuns possuem de 3 a 72 passos/revolução, significando que ele leva de 3 a 72 passos para completar uma volta. Controladores avançados de motores de passo podem utilizar modulação por largura de pulso para realizarem micropassos, obtendo uma maior resolução de posição e operação mais macia.

Os motores de passo são classificados pelo torque que produzem. Uma característica única deste tipo de motor é a sua habilidade de poder manter o eixo em uma posição segurando o torque sem estar em movimento. Para atingir todo o seu torque, suas bobinas devem receber toda a corrente marcada durante cada passo. Os seus controladores devem possuir circuitos reguladores de corrente para poderem fazer isto. A marcação de tensão (se houver) é praticamente sem utilidade.

O controle computadorizado de motores de passo é uma das formas mais versáteis de sistemas de posicionamento, particulamente quando digitalmente controlado como parte de um servo sistema. Os motores de passo são usados em drives de disquete, scanners planos, impressoras, injeção eletrônica nos automóveis e muitos outros dispositivos.

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Mar 20 Thu 2008 15:57
Stappenmotor www.tool-tool.com

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Stappenmotor

Omwille van de inductie van de wikkelingen, het opgenomen vermogen en temperatuurbeheersing zijn speciale schakelingen noodzakelijk, die de digitale sturing en de motor verbinden.

Verschillende configuratiedetails moeten beslist worden wanneer men een motor kiest. Bijna alles is combineerbaar

Een stappenmotor is een borstelloze, synchrone elektromotor, waarvan de hoekverdraaiing nauwkeurig te beheersen is, bijvoorbeeld in stappen van 1,8 graden. De rotor bevat permanente magneten; de stator is opgebouwd uit elektromagneten.

De hoge resolutie wordt bereikt door zowel de stator als de rotor van een hoog aantal polen te voorzien, zodanig dat zij geen gemeenschappelijke factor bezitten. Telkens als een wikkeling bekrachtigd wordt, komt een pool in de rotor recht tegenover een pool in de stator te staan, waardoor de rotor een klein stukje draait. Door middel van pulsbreedtemodulatie kan een nog hogere resolutie worden bereikt.

De belangrijkste karakteristieke eigenschap van een stappenmotor is het koppel dat hij kan leveren. De motor kan ook koppel leveren als hij stilstaat en kan daarom als standrem fungeren.

[bewerk] Types

[bewerk] Unipolaire type

De unipolaire stappenmotor bezit 2 wikkelingen met elk een middenaftakking en heeft dus 6 aansluitingen. De middenaftakkingen (common) worden permanent aan één kant van de voedingsspanning aangesloten. In sommige gevallen zijn beide common-aansluitingen samengenomen en heeft de motor 5 aansluitingen. De 4 andere aansluitingen worden door de besturing steeds wel of niet met het andere eind van de spanning verbonden. Op deze wijze worden hoogstens 2 halve wikkelingen tegelijk bekrachtigd, zodat op enig gegeven moment minstens de helft van de wikkelingen ongebruikt blijft. Daardoor is een compacte bouw niet mogelijk. Het voordeel is echter de relatief eenvoudige besturing; er zijn maar 4 vermogenstransistoren nodig. Met de komst van de hoog-geïntegreerde elektronica is dit echter niet langer een economisch voordeel; dit type motor raakt in onbruik.

[bewerk] Bipolaire type

De bipolaire stappenmotor bezit 2 wikkelingen zonder middenaftakking en heeft dus 4 aansluitingen. Tegenwoordig is dit het gangbare type. De wikkelingen worden in beide richtingen bekrachtigd en moeten daarom elk in een transistorbrugschakeling geplaatst worden.

[bewerk] Besturing

Net als een synchrone wisselspanningsmotor, wordt de stappenmotor in het ideale geval aangestuurd met zuivere sinusvormige stromen. Hierdoor wordt een vloeiende beweging mogelijk, maar dit is bezwaarlijk voor de besturing; een analoge vermogensschakeling geeft hoge verliezen. In de praktijk wordt vaak een digitale aansturing, die gebruik maakt van pulsbreedtemodulatie, gebruikt. Eenvoudiger besturingen maken slechts 1 puls per stap. Hierbij moet een stroombegrenzer de stroom binnen de perken houden.

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Mar 20 Thu 2008 15:46
ステッピングモーター www.tool-tool.com

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ステッピングモーター(Stepper motor)は、パルス電力に同期して動作する同期電動機である。したがってパルスモーター(Pulse motor)とも言われる。簡単な回路構成で、正確な位置決め制御を実現できるので、装置の位置決めを行なう場合などによく使われる。

特徴

運動量が駆動パルスの数に比例する。
デジタル制御回路との相性が良い。
フィードバック回路の必要性がない。
エネルギーの効率が悪い。
負荷が大きすぎたり、パルス周波数が高すぎると同期外れで制御が乱れる。
- この状態を「脱調した」と称する。加減速シーケンスを用いると改善することがある

回転子の種類

Permanent Magnet Type （PM型：永久磁石形）

回転子として、円周上にNSNS…と交互に着磁した磁性体を使用する。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。
Variable Reluctance Type （VR型：歯車状鉄心形）

回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。
Hybrid Type （HB型：複合形）

PM型とVR型の特徴を併せ持った構造である。PM型の場合は円周方向に着磁するが、HB型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を二枚の歯車状鉄心で挟み込む。この時、N極側とS極側の歯の凸凹が逆になるようにする。

停止時に位置保持のため電流を流さなければならないため、発熱、損傷の危険性がある。

固定子の巻線構成

ステッピングモーターは、固定子に複数の巻線を用意しておき、電流を流す巻線を切り替えることによって動作させる。巻線構成としては二相(二組の巻線)のものが一般的であるが、三相、五相といったものもある。

ステッピングモーターの動作原理

二相HB型を例にとって、動作原理を説明する。

固定子・回転子双方に、同じピッチの歯が刻まれている。N極側の回転子に対して、S極になるような電流を固定子巻線の一つに与える。
すると回転子側の歯の凸部と固定子側の凸部が互いに引き合って正対する位置に回転子が移動する。
もう一つの巻線が巻かれた固定子の歯は、回転子の歯と1/2ずれた位置になっている。
従って電流を流す巻線を切り替えると、回転子の歯の1/2の角度だけ回転を行う。
今度は最初の巻線に対してN極となるような逆電流を与える。
すると回転子側と固定子側が反発することによって、凸と凹が正対するようになる。
また巻線を切り替えてN極となるような逆電流を与える。
また1/2歯ずれて、凸と凹が正対する。

以上のように、電流を与える巻線と電流の方向を順番に切り替えることによって、一定の方向に回転する。

励磁モード

ステッピングモーターは、巻線への電流の与え方を変えることにより、特性を変えることができる。二相型のモーターについて以下に述べる。

一相励磁

常に巻線一相のみに電流を流す。位置決め精度は良いが、減衰運動が残りやすい。
二相励磁

二相に電流を流す。一相励磁の約2倍の出力トルクが得られる。
一-二相励磁

一相と二相を交互に切り替えて電流を流す。一相励磁・二相励磁の場合のステップ角度の半分にすることができるので、滑らかな回転を得られる。
マイクロステップ駆動(バーニア駆動)

巻線への電流を単純なON/OFFではなく、二つの巻線の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得る手法。

運動形態

一般的な回転形のモーターの他に、直進形のモーター(リニアステッピング)も存在する。

用途例

パチンコ・パチスロ・スロット

前述の特徴の通り、回転軸を指定された角度で停止させることが可能なことから、パチンコ、パチスロ機やスロットマシンのリールに使用されている。

パチンコ機においては、『フィーバーレクサスV』（SANKYO）で初めて採用された。以降のドラム型パチンコ機のほとんどに採用されているが、『CR熱血竜馬』（藤商事）のように、演出用としてドラムを持つパチンコ機など、一部ステッピングモーターを使用していない機種も存在する。

パチスロ機においては、初めて採用されたのは0号機の『パチスロパルサー』（山佐）、『アメリカーナ』（ユニバーサル販売）と諸説が分かれる。山佐パターンと呼ばれるテーブル制御による独特の大量リーチ目は、パルサーシリーズの定番となっている。出目決定用の基盤が制御装置に送るパルス符号よりこの機種名が付き、以後のブランド名となった。尚、通常時にリーチ目を狙っても停止角度が既に決まっているのでリーチ目は停止しない。

メータ

また、これらの特徴を活かして、自動車や二輪車の計器に使用される事があるが、これは正確さ等よりも演出を狙っての採用と言える。例としてはスバル・インプレッサやスバル・レガシィ、スズキ・バンディット1200S等では、エンジン始動で電源を入れると、指針が一旦ピークを示して、0位置に戻る。

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Mar 20 Thu 2008 15:38
Motore passo-passo www.tool-tool.com

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Motori passo-passo

I motori passo-passo, spesso chiamati anche step o stepper, sono considerati la scelta ideale per tutte quelle applicazioni che richiedono precisione nello spostamento angolare e nella velocità di rotazione, quali la robotica ed i servomeccanismi in generale. Tuttavia ultimamente, per le applicazioni high-end, vengano spesso sostituiti da motori brushless o da attuatori voice-coil.

Vantaggi dei motori passo passo [modifica]

Quelli costruiti con tecnologia comune hanno un costo non elevato, relativamente ad altri tipi di motore con analoghe prestazioni.
È possibile realizzare azionamenti di precisione controllati da computer in catena aperta, cioè senza utilizzare sensori di posizione o di velocità. Sono quindi utilizzabili con relativa semplicità e senza richiedere particolare potenza di calcolo.
Hanno un'elevata robustezza meccanica ed elettrica: infatti non esistono contatti elettrici striscianti e, se necessario, possono essere realizzati anche in ambiente completamente stagno.
È facile far compiere all'albero piccole rotazioni angolari arbitrarie in ambedue i versi e bloccarlo in una determinata posizione.
La velocità di rotazione può essere molto bassa anche senza l'uso di riduttori meccanici.
Hanno molto spesso momento d'inerzia piuttosto basso
Sono molto stabili nella posizione a rotore bloccato e non presentano pendolamenti come nei sistemi brushless
Se dimensionati bene non necessitano di alcuna taratura.

Difetti dei motori passo passo [modifica]

Richiedono sempre circuiti elettronici per il pilotaggio, in genere di tipo digitale.
Hanno un funzionamento a scatti e producono vibrazioni, soprattutto ai bassi regimi e se si adottano le tecniche di pilotaggio più semplici.
Il loro rendimento energetico dipende dalla tecnologia costruttiva adottata, la potenza meccanica espressa come coppia e misurata in Nm (Newton per metro), a parità di assorbimento in corrente, dipende spesso dal tipo di pilotaggio elettrico/elettronico adottato.
Permettono una velocità di rotazione massima intorno a 1000-1500 rpm. Esistono tuttavia motori che raggiungono i 4000-5000 rpm tramite sistemi di retroazione ad anello chiuso. La loro caratteristica di coppia tuttavia scende quasi esponenzialmente al crescere della velocità.

Il principio di funzionamento [modifica]

I motori passo-passo sono motori che, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare.

Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio.

È così possibile far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta semplicemente contando gli impulsi ed impostando la loro frequenza, visto che le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione.

La costruzione elettromeccanica [modifica]

I motori passo-passo si dividono tradizionalmente in tre grandi gruppi: motori a magnete permanente, motori a riluttanza variabile e motori ibridi; questi ultimi sono i migliori. In realtà la quasi totalità di quelli oggi reperibili sono proprio del terzo tipo.

Struttura di un motore passo-passo

Un motore ibrido è costituito da un rotore e da uno statore; nella fotografia a lato è riportato un esemplare non particolarmente recente ma in cui si vede chiaramente la struttura.

Il rotore appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all'albero (i "denti" sono chiamati coppette) costituite da un nucleo magnetico (le due ruote sono permanentemente magnetizzate, una come NORD, l'altra come SUD) e le coppette in materiale ferromagnetico. Il numero di denti è variabile ma 50 è in assoluto il più frequente. Tra le due ruote è presente uno sfasamento esattamente pari ad 1/2 del passo dei denti: il dente di una delle due sezioni corrisponde quindi alla valle dell'altra. Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa. In genere il rotore è montato su cuscinetti a sfera, anche nei modelli economici.

Lo statore appare come il classico insieme di avvolgimenti ed il circuito magnetico è costituito da 4 o, più frequentemente, 8 "espansioni polari" (otto in quello mostrato fotografia). All'interno dello statore sono presenti piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore o meglio, sono esattamente affacciati al rotore solo il gruppo di denti appartenenti ad una espansione polare e a quella opposta; le altre coppie sono sfalsate rispettivamente di 1/4, 1/2 e 3/4 del passo dei denti. Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore ci sono i fili che, opportunamente percorsi da corrente, generano il campo magnetico.

All'esterno sono evidentemente presenti le alimentazioni dei vari avvolgimenti; in pratica le fasi possono essere avvolte secondo due schemi:

Sono presenti due soli avvolgimenti (avvolti su più espansioni polari) e quindi all'esterno arrivano due sole coppie di fili: in questo caso si parla di motori bipolari in quanto la corrente dovrà percorrere le fasi nei due versi al fine di creare gli opportuni campi magnetici.
Sono presenti quattro avvolgimenti avvolti a coppie, in antiparallelo, sulle espansioni polari; all'esterno arrivano almeno cinque fili (spesso sono infatti presenti delle connessioni interne al motore tra le varie fasi). Si parla in questo caso di motori unipolari in quanto la corrente nella singola fase ha sempre lo stesso verso. È possibile creare due campi magnetici opposti semplicemente scegliendo in quale dei fili debba passare la corrente.

Una tipologia particolare di motore passo-passo è utilizzabile sia in configurazione unipolare che bipolare: si tratta di quelli a 6 o 8 fili.

Il numero di differenti posizioni di equilibrio presenti in una rotazione completa dell'albero è in genere indicato come passi per giro e dipende del numero dei denti del rotore e dai poli dello statore, non dal numero di fili uscenti o dal numero delle fasi, questo numero è spesso stampato sul contenitore ed espresso in gradi.

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Mar 20 Thu 2008 13:03
ねじの熱処理用語辞典www.tool-tool.com

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熱処理(H)
Heat Treatment 熱処理
JIS: 所用の性質を付与する目的で行う加熱と冷却のいろいろな組み合わせ。
鉄鋼に希望する性質を与える為の処理で、焼きならし､焼きなまし、焼き入れ、焼き戻しの区別あり。
調質(Q.T)
Thermal Refining JIS: 焼入れ後、比較的高い温度（約400°以上）に焼戻して、トルースタイト又はソルバタイト組織にする操作。
鋼の結晶粒子を細かくし材質を調整し、強い靱性を与える操作で、通常は　焼き入れー焼き戻しの熱処理のことをいう。
焼ならし(N)
Normalizing JIS: AC3点又はACcm点以上の適当な温度に加熱した後、通常は空気中で冷却する操作。その目的は、前加工の影響を除去し、結晶粒を微細化して、機械的性質を改善する事である。鉄鋼の焼ならし加工は、JIS B6911（鉄鋼の焼ならし及び焼なまし加工）に規定している。
変態点以上の適当な温度に加熱し、大気中で冷却する操作をいう。鉄鋼の前加工の影響を除いて機械的性質を向上させることを目的とする。
焼なまし(A)
Annealing JIS: 適当な温度に加熱し、その温度に保持した後、徐冷する操作。その目的は、残留応力の除去、硬さの低下、被削性の向上、冷間加工の改善、結晶組織の調整、所用の機械的、物理的、叉はその他の性質を得ることなどである。鉄鋼の焼なまし加工は、JIS B6911に規定している。
鉄鋼を適当な温度に加熱したあと、ゆっくり冷却する操作をいう。鉄鋼の内部応力の除去、結晶組織の調整等を目的とする。完全・低温･球状化・軟化・黒鉛化焼きなまし、その他目的により種類あり。
焼入れ(Q)
Quenching JIS: オーステナイト化温度から急冷して硬化させる操作。必ずしも硬化を目的とせず、単に急速に冷却する操作をいうこともある。なおオーステナイト状態でその後、圧延ライン上で直ちに行う焼入れもこれに含み、これを圧延後直接焼入れということがある。
鋼を硬くし、又は強さを増すために、変態点以上の適当な温度に過熱した後、水､油その他の冷却剤を用いて急冷する操作をいう。
焼戻し(T)
Tempering JIS: 焼入れで生じた組織を、変態又は析出を進行させて安定な組織に近づけ、所用の性質及び状態を与えるために、A1点以下の適当な温度に加熱、冷却する操作。焼きならしの後に用いることもある。
焼入れして硬くなると同時にもろくなった鋼に、靱性（粘り）を与える処理で、変態点以下の適当な温度に加熱した後、冷却する操作をいう。
浸炭
Carburizing JIS: 鋼の表面層の炭素量を増加させるため、浸炭剤中で加熱処理する操作。浸炭剤の種類によって固体浸炭及びガス浸炭に分けられる。なお、浸炭した鋼は焼入焼戻しを施して使用する事が普通である。この処理を肌焼き(Case Hardening)ということもある。
固溶化熱処理
Solution Treatment JIS: 鋼の合金成分を固溶体に溶解する温度以上に加熱して十分な時間保持し、急冷してその析出を阻止する操作。
窒化
Nitriding JIS: 鉄鋼の表面層に窒素を拡散させ、表面層を硬化する操作。処理方法には、アンモニア分解ガスによるガス窒化及び青酸塩による液体窒素がある。
脱炭鉄鋼を炭素と反応する雰囲気中で加熱するとき、表面から炭素が失われる現象。脱炭している層を脱炭層
といい、その深さを表示するには以下のような用語がある。
　・全脱炭層深さ
　・フェライト脱炭層深さ
　・特定残炭率脱炭層深さ
　・実用脱炭深さ
応力除去焼なまし鉄鋼を変態点以下の適当な温度に加熱保持して、鍛造、鋳造、機械加工、溶接などで生じた残留応力を除去する焼なまし。
球状焼なまし冷間加工性被削性叉は機械的性質を改善する目的で、鉄鋼中の炭化物を球状化する焼きなまし。
水焼入れ冷却に水を用いて行う焼入れ。
油焼入れ冷却に油を用いて行う焼入れ。
塩浴焼入れ溶融塩を用いる熱浴焼入れ。
真空焼入れ真空中で加熱し、ガス、油、叉は水などによって急冷する焼入れ。
時効急冷、冷間加工などの後、時間の経過に伴い鋼の性質（例えば硬さなど）が変化する現象。時効硬化を目的として行う操作の意味で用いることもある。焼入時効、ひずみ時効などがある。また室温についておこる時効などがある。また室温において起こる時効を自然時効、室温以上の適当な温度で加熱したときに起こる時効を人工時効という。
焼入性鉄鋼を焼入硬化させた場合の焼きの入りやすさ、すなわち、焼きの入る深さと硬さの分布を支配する性能。焼入性は、通常、焼きの入る深さの大小で比較するが、それには焼入性試験方法（JIS G 0561＜鋼の焼入性試験方法（一部焼入方法）＞を用いると便利である。
焼戻脆性焼入れした鉄鋼をある焼戻温度に保持した場合、叉は焼戻温度から徐冷した場合、脆性破壊が生じやすくなる現象。500°C前後の焼戻しで生じる一次焼戻脆性及び更に高い温度の焼戻し後の徐冷で生じる二次焼戻脆性を高温焼戻脆性といい、300°C前後の温度に焼戻した場合にみられる焼戻脆性を低温焼戻脆性という。
テンパカラー焼戻しの際に鉄鋼の表面に現れる酸化膜の色。
時効硬化急冷叉は冷間加工した鉄鋼が時効によって硬化する現象。
析出硬化過飽和固溶体から炭化物、金属間化合物などの異相が析出するために起こる硬化。
表面硬化処理鉄鋼の表面層を硬化するために行う浸炭焼入れ、窒化、高周波焼入れ、炎焼入れなどの操作。
高周波焼入れ高周波電流による誘導加熱作用で加熱して行う焼入れ。主に鉄鋼の任意の表面叉は部分を焼入れする場合に用いる。鉄鋼の高周波焼入焼戻加工は、JIS B 6912（鉄鋼の高周波焼入焼戻し加工）に規定されている。

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Mar 20 Thu 2008 12:34
比較純鈦和鈦合金 www.tool-tool.com

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鈦金屬在1791年被克拉普羅斯（Klaproth）發現，在地球的含量僅次於鋁、鐵、鎂的金屬物質，其之所以命名為"鈦"，是以希臘神 (Titan，泰坦) 為名，鈦合金具有重量輕、強度大、彈性高、耐熱性強、耐低溫性能及耐腐蝕等優特性，因此鈦合金於1957年開始被廣泛的運用在太空及航空科技上，被譽為" 未來的金屬"，是具相當發展前途的工程材料。

純鈦具有可塑性，高純鈦的延伸率可達50-60%，但純鈦強度較合金鈦低。

鈦合金就是通過嚴格控制其中適當的雜質含量和添加合金元素而達到的。鈦中雜質的存在，對其機械性能影響極大，特別是間隙雜質 (氧、氮、碳) 可大大提高鈦的強度，但塑性會降低。鈦合金作為結構材料所具有的良好機械性能。

除此之外鈦合金可以運用在航海業、化工業、電子業、電鍍業、食品業、醫療設備、發電廠、海水淡化系統、鐘錶、電腦、廚具、藝品…都可看到鈦金屬之產品，甚至行動電話外殼亦有用到,另外還有像人工植齒/牙套、人工骨骼等等都可以利用鈦合金特性來製作成品。

鈦技術參數︰

鈦化學代號︰

Ti (Titanium)

鈦金屬密度︰

4.507g/cm3

鈦金屬熔點︰

1668℃

鈦金屬沸點︰

3000℃

鈦工業應用︰

鈦及其合金不但在航空、宇宙航行工業 ( 飛機、穿梭機、導彈、火箭等 ) 中有著十分重要的應用，而且已開始在化工、石油、冶金、發電、餐具、鐘錶、首飾等許多工業及消費產品中廣泛應用。

鈦材使用簡介︰

純鈦，鈦合金(Alpha-Beta)之原材料顏色為灰色，而Beat鈦則呈深灰色。

Beta鈦之材料抗拉強度比鈦合金(Alpha-Beta)好，而鈦合金(Alpha-Beta)之抗拉強度則較純鈦強。

Beta鈦具有相當的超彈性目前用於鈦合金自行車彈簧相較於目前重量約可輕於2/1，但延展性較鈦合金(Alpha-Beta)及純鈦為低4.由於鈦材吸入氧及氫容易引致易碎及脆弱，故鈦金屬自行車車架之焊接過程需用高純度之氬氣保護。

鈦的成份表

Material

牌號

N

C

H

Fe

O

Al

V

氮

碳

氫

鐵

氧

鋁

釩

Pure Titan
純鈦

(TA1-3)

<0.03

-

<0.0125

<0.30

<0.25

-

-

Titanium Alloy

Grade9

<0.02

<0.05

<0.0125

<0.25

<0.12

2.5-3.50

2-3.00

Beta Titan

-

<0.05

<0.10

<0.015

<1.00

<0.20

3.5-4.50

20-23.00

合金鈦
Ti-6al-4v

(TC4)

<0.05

<0.10

<0.015

<0.30

<0.20

5.5-6.8

3.5-4.5

合金鈦
(管材)

TI-3AL-2.5V

<0.02

<0.05

<0.013

<0.25

<0.12

2.5-3.5

2.0-3.0

TITANIUM AND TITANIUM ALLOY CHEMICAL COMPO SITIONS
Notes:Residual ,each0.1%,max. total:0.4% max

所以我們可以看到鈦金屬在其強度以及耐腐蝕上比純鈦來的好
所以如果你不介意廠牌的話~基本上鈦合金會是比較好的選擇喔!

1. 純鈦 -- 經過真空提煉的鈦元素，無其他雜質或氧化物。純鈦本身特性為質輕堅硬且耐腐蝕，本身並無保健功能，常用來取代人體的骨頭 (如人工關節、骨釘等)。市面上號稱的純鈦產品，主要以美觀為主 (事實上，鈦的顏色並不好看)，要有保健功能需添加其他物質 (仔細看他的規格就會發現)。

2.健康鈦 -- 將純鈦與其他元素化合，目的在使化合物具有保健功能。健康鈦絕對不可能是純鈦，因為純鈦本身並無保健功能。

3. 磁性產品 -- 任何產品只要加了磁石，就表示所號稱的功能是來自磁石，而非商家所稱的鈦、鍺等材料。因為鈦化合物的功能已經很強了，完全不需要再加那種完全沒有技術門檻的磁性物。會加磁性物只有一個可能，那就是其所用的鈦或是鍺，皆是沒有功能的。大家可以想想一部超級跑車，會去用回收的翻修胎嗎 ? 磁性材料完全沒有技術門檻，隨便找個小學生都會知道如何製造磁鐵。

4.液化鈦 -- 液化鈦產品並非液態，只是福田用來形容自己產品的製程用的。液化鈦產品只有日本福田有，任何人宣稱其產品是液化鈦，皆是仿冒的魚目混珠產品，也許功能相仿，但無法確定是否有任何副作用 ?

5. 碳化鈦 -- 碳化鈦產品只有日本的福田及加拿大的鈦博士有出。福田產品只有少量使用碳化鈦，鈦博士則全系列產品都使用碳化鈦。據實測發現碳化鈦材料功能強過液化鈦甚多，但是碳化鈦材料成本甚貴 (由皓康網頁查得:http://www.drtitan.com/powder.asp ，比黃金還貴)，所以福田才一直沒有全面採用。

6.短路生物微電流 -- 人體皆有微弱的生物電流在流動，佩戴金屬物在皮膚上 (隔著衣服沒關係) 會直接短路皮膚表面的生物微電流，所以長期來講是不利健康的。

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Mar 19 Wed 2008 18:34
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Askelmoottoreita

Askelmoottori on eräs sähkömoottorin tyyppi, jossa pyöriminen voidaan toteuttaa askelittain, parhaimmillaan jopa puoli astetta kerrallaan ilman takaisinkytkentää akselin asennosta. Askelmoottorin ohjaukseen tarvitaan erillinen ohjauspiiri. Askelmoottoria käytetään tarkkaa paikoitusta tarvittavissa kohteissa. Askelmoottorit voidaan jakaa kolmeen ryhmään toimintaperiaatteensa mukaan. Ryhmät ovat kestomagneettiaskelmoottorit, hybridiaskelmoottorit ja reluktanssiaskelmoottorit. Askelmoottorit jaetaan bipolaariseen ja unipolaariseen ohjauksen ja kytkennällisyyden mukaan.

Askelmoottoreita käytetään esimerkiksi kirjoittimissa ja yleensä sovelluksissa, joissa ei tarvita suurta momenttia tai voimaa pitämään järjestelmä paikoillaan, sillä askelmoottori jättää momentin kasvaessa riittävän suureksi askeleita väliin. Tällöin askelmoottoriohjaus menettää oikean asematietonsa. Tämän vuoksi teollisuusrobottijärjestelmissä käytetään servomoottoreita.

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool..com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

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弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

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弊社は各領域に供給できる内容は：

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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.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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Mar 19 Wed 2008 18:28
Samm-mootor www.tool-tool.com

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Samm-mootor on vahelduvvoolu sünkroonmootor, mille rootor pöörab ennast vastavalt juhtseadmest saadud pingeimpulssidele. Ehitus erineb mõnevõrra asünkroonmootorite omast (palju staatorimähiseid ja püsimagnetrootor), kusjuures nende iseärasuseks on pingeimpulssidega käitamine ning astmeline pöördliikumine. Kuna samm-mootori liikumine omab diskreetset (inkrementaalset) iseloomu on ta hõlpsasti juhitav digitaalseadmetega. Selliste mootorite juhtimise lihtsustamiseks on välja töötatud ka hulgaliselt spetsiaalseid integraallülitusi. Puuduseks on väike võimsus (teda saab kasutada suhteliselt väikeste koormuste liigutamiseks).

On olemas ka lineaarliikumise samm-mootorid, kuid nad on üpris kallid ning vajavad head jahutust.

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Mar 19 Wed 2008 11:53
壓鑄模損壞原因及預防措施www.tool-tool.com

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在壓鑄生產中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應力是導致模具損壞的主要原因。熱、機械、化學、操作衝擊都是產生應力之源，包括有機械應力和熱應力，應力產生於：

一．在模具加工製造過程中

1、毛坯鍛造質量問題
有些模具只生產了幾百件就出現裂紋，而且裂紋發展很快。有可能是鍛造時只保證了外型尺寸，而鋼材中的樹枝狀晶體、夾雜碳化物、縮孔、氣泡等疏鬆缺陷沿加工方法被延伸拉長，形成流線，這種流線對以後的最後的淬火變形、開裂、使用過程中的脆裂、失效傾向影響極大。
2、在車、銑、刨等終加工時產生的切削應力，這種應力可通過中間退火來消除。
3、淬火鋼磨削時產生磨削應力，磨削時產生摩擦熱，產生軟化層、脫碳層，降低了熱疲勞強度，容易導致熱裂、早期裂紋。對H13鋼在精磨後，可採取加熱至510－570℃，以厚度每25mm保溫一小時進行消除應力退火。
4、電火花加工產生應力。模具表面產生一層富集電極元素和電介質元素的白亮層，又硬又脆，這一層本身會有裂紋，有應力。電火花加工時應採用高的頻率，使白亮層減到最小，必須進行拋光方法去除，並進行回火處理，回火在三級回火溫度進行。

二．模具處理過程中

熱處理不當，會導致模具開裂而過早報廢，特別是只採用調質，不進行淬火，再進行表面氮化工藝，在壓鑄幾千模次後會出現表面龜裂和開裂。
鋼淬火時產生應力，是冷卻過程中的熱應力與相變時的組織應力疊加的結果，淬火應力是造成變形、開裂的原因，固必須進行回火來消除應力。

三．在壓鑄生產過程中

1、模溫
模具在生產前應預熱到一定的溫度，否則當高溫金屬液充型時產生激冷，導致模具內外層溫度梯度增大，形成熱應力，使模具表面龜裂，甚至開裂。
在生產過程中，模溫不斷升高，當模溫過熱時，容易產生粘模，運動部件失靈而導致模具表面損傷。
應設置冷卻溫控系統，保持模具工作溫度在一定的範圍內。
2、充型
金屬液以高壓、高速充型，必然會對模具產生激烈的衝擊和沖刷，因而產生機械應力和熱應力。在衝擊過程中，金屬液、雜質、氣體還會與模具表面產生複雜的化學作用，並加速腐蝕和裂紋的產生。當金屬液裹有氣體時，會在型腔中低壓區先膨脹，當氣體壓力升高時，產生內向爆破，扯拉出型腔表面的金屬質點而造成損傷，因氣蝕而產生裂紋。
3、開模
在抽芯、開模的過程中，當某些元件有形變時，也會產生機械應力。
4、生產過程
在每一個壓鑄件生產過程中，由於模具與金屬液之間的熱交換，使模具表面產生週期性溫度變化，引起週期性的熱膨脹和收縮，產生週期性熱應力。如澆注時模具表面因升溫受到壓應力，而開模頂出鑄件後，模具表面因降溫受到拉應力。當這種交變應力反覆循環時，使模具內部積累的應力越來越大，當應力超過材料的疲勞極限時，模具表面產生裂紋。

預防模具損傷的措施

1．良好的鑄件結構設計

鑄件壁厚盡可能均勻，避免產生熱節，以減少模具局部熱量集中產生的熱疲勞。鑄件的轉角處應有適當的鑄造圓角，以避免模具上有尖角位導致應力產生。

2．合理的模具結構設計

1）模具中各元件應有足夠的剛度、強度，以承受壓力而不變形。模具壁厚要足夠，才能減少變形。
2）澆注系統設計盡量減少對型芯衝擊、沖蝕。
3）正確選擇各元件的公差配合和表面粗糙度。
4）保持模具熱平衡。

3．規範熱處理工藝

通過熱處理可改變材料的金相組織，保證必要的強度、硬度、高溫下尺寸穩定性、抗熱疲勞性能和材料切削性能。
正確的熱處理工藝，才會得到最佳的模具性能，而鋼材的性能是受到淬火溫度和時間、冷卻速度和回火溫度控制。

4．壓鑄生產過程控制

1）溫度控制：模具的預熱溫度和工作溫度；合金澆注溫度，在保證成型良好前提下，用較低的澆注溫度。
2）合理的壓鑄工藝：比壓、充填速度。
3）調整機器的鎖模力，使模具受力均勻。注意清掃模具表面的殘削碎片，以免合模時這些多餘物使模具表面受力不均勻，引起變形。
4）對合金熔煉嚴格控制，減少金屬液中氣體。

5．模具的維護與保養

1）定期消除應力
2）模具修補

壓鑄件結構設計的注意事項

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Mar 19 Wed 2008 11:48
超硬材料薄膜塗層研究進展及應用 www.tool-tool.com

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摘要：CVD 和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬質薄膜塗層材料已經在工具、模具、裝飾等行業得到日益廣泛的應用，但仍然不能滿足許多難加工材料，如高硅鋁合金，各種有色金屬及其合金，工程塑料，非金屬材料，陶瓷，複合材料(特別是金屬基和陶瓷基複合材料)等加工要求。正是這種客觀需求導致了諸如金剛石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及納米複合膜等新型超硬薄膜材料的研究進展。本文對這些超硬材料薄膜的研究現狀及工業化應用前景進行了簡要的介紹和評述。

關鍵詞：超硬材料薄膜；研究進展；工業化應用
中圖分類號：TIM3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-1690(2004)04-0001-006

1 超硬薄膜

超硬薄膜是指維氏硬度在40GPa以上的硬質薄膜。不久以前還只有金剛石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能夠達到這個標準，前者的硬度為50- 100GPa(與晶體取向有關)，後者的硬度為50～80GPa。類金剛石膜(DLC)的硬度範圍視制備方法和工藝不同可在10GPa～60GPa的寬廣範圍內變動。因此一些硬度很高的類金剛石膜(如採用真空磁過濾電弧離子鍍技術制備的類金剛石膜(也叫Ta：C))也可歸人超硬薄膜行列。近年來出現的碳氮膜(CNx)雖然沒有像Cohen等預測的晶態β-C₃N₄那樣超過金剛石的硬度，但已有的研究結果表明其硬度可達10GPa～50GPa，因此也歸人超硬薄膜一類。上述幾種超硬薄膜材料具有一個相同的特徵，他們的禁帶寬度都很大，都具有優秀的半導體性質，因此也叫做寬禁帶半導體薄膜。SiC和GaN薄膜也是優秀的寬禁帶半導體材料，但它們的硬度都低於40GPa，因此不屬於超硬薄膜。

最近出現的一類超硬薄膜材料與上述寬禁帶半導體薄膜完全不同，他們是由納米厚度的普通的硬質薄膜組成的多層膜材料。儘管每一層薄膜的硬度都沒有達到超硬的標準，但由它們組成的納米復合多層膜卻顯示了超硬的特性。此外，由納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高達105GPa，創紀錄地達到了金剛石的硬度。

本文將就上述幾種超硬薄膜材料一一進行簡略介紹，並對其工業化應用前景進行評述。

2 金剛石膜

2．1金剛石膜的性質

金剛石膜從20世紀80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，並曾於20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球範圍的研究熱潮 (Diamond fever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外，還具有極其優異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩定性。大顆粒天然金剛石單晶(鑽石)在自然界中十分稀少，價格極其昂貴。而採用高溫高壓方法人工合成的工業金剛石大都是粒度較小的粉末狀的產品，只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)製品)。而採用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優異物理化學性能的可能性。經過20餘年的努力，化學氣相沉積金剛石膜已經在幾乎所有的物理化學性質方面和最高質量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表 1)。化學氣相沉積金剛石膜的研究已經進人工業化應用階段。

表 1 金剛石膜的性質
Table 1 Properties of chamond film

	CVD 金剛石膜	天然金剛石
點陣常數 (A)	3.567	3.567
密度 (g/cm³)	3.51	3.515
比熱 Cp(J/mol,(at 300K))	6.195	6.195
彈性模量 (GPa)	910-1250	1220^*
硬度 (GPa)	50-100	57-100*
縱波聲速 (m/s)		18200
摩擦係數	0.05-0.15	0.05-0.15
熱膨脹係數 (×10 ^-6 ℃ ^-1)	2.0	1.1^***
熱導率 (W/cm.k)	21	22^*
禁帶寬度 (eV)	5.45	5.45
電阻率 (Ω.cm)	10¹²-10¹⁶	1016
飽和電子速度 (×10⁷cms^-1)	2.7	2.7^*
載流子遷移率 (cm2/Vs)
電子	1350-1500	2200^**
空隙	480	1600^*
擊穿場強 (×105V/cm)		100
介電常數	5.6	5.5
光學吸收邊 (□ m)		0.22
折射率 (10.6 □ m)	2.34-2.42	2.42
光學透過範圍	從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )	從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )
微波介電損耗 (tan □)	＜ 0.0001

注:^*在所有已知物質中佔第一,^**在所有物質中佔第二,^***與茵瓦(Invar)合金相當。

2．2金剛石膜的制備方法

化學氣相沉積金剛石所依據的化學反應基於碳氫化合物(如甲烷)的裂解，如：
熱高溫、等離子體CH₄(g)一C(diamond)+2H₂(g) (1)

實際的沉積過程非常複雜，至今尚未完全明瞭。但金剛石膜沉積至少需要兩個必要的條件：(1)含碳氣源的活化；(2)在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。除甲烷外，還可採用大量其它含碳物質作為沉積金剛石膜的前驅體，如脂肪族和芳香族碳氫化合物，乙醇，酮，以及固態聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及鹵素等等。

常用的沉積方法有四種：(1)熱絲CVD；(2)微波等離子體CVD；(3)直流電弧等離子體噴射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中，改進的熱絲CVD(EACVD)設備和工藝比較簡單，穩定性較好，易於放大，比較適合於金剛石自支撐膜的工業化生產。但由於易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因，不適合於極高質量金剛石膜(如光學級金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無電極放電的等離子體增強化學氣相沉積工藝，等離子體與沉積腔體沒有接觸，放電非常穩定，因此特別適合於高質量金剛石薄膜(塗層)的制備。微波等離子體CVD的缺點是沉積速率較低，設備昂貴，制備成本較高。採用高功率微波等離子體CVD系統(目前國外設備最高功率為75千瓦，國內為5千瓦)，也可實現金剛石膜大面積、高質量、高速沉積。但高功率設備價格極其昂貴(超過100萬美元)，即使在國外願意出此天價購買這種設備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DC Arc P1asma Jet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由於電弧等離子體能夠達到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度，使其成為一種金剛石膜高質量高速沉積工藝。特殊設計的高功率JET可以實現大面積極高質量(光學級)金剛石自支撐膜的高速沉積。我國在863計劃 "75」和"95」重大關鍵技術項目的支持下已經建立具有我國特色和獨立知識產權的高功率De Are Plasma Jet金剛石膜沉積系統，並於1997年底在大面積光學級金剛石膜的制備技術方面取得了突破性進展。目前已接近國外先進水平。

2．3金剛石膜研究現狀和工業化應用

20 餘年來，CVD金剛石膜研究已經取得了非常大的進展。金剛石膜的內在質量已經全面達到最高質量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見表1)。在金剛石膜工具應用和熱學應用(熱沉)方面已經實現了，產業化，一些新型的金剛石膜高技術企業已經在國內外開始出現。光學(主要是軍事光學)應用已經接近產業化應用水平。金剛石膜場發射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基於金剛石膜的探側器和傳感器和金剛石膜的電化學應用等已經接近實用化。由於大面積單晶異質外延一直沒有取得實質性進展，n一型摻雜也依然不夠理想，金剛石膜的高溫半導體器件的研發受到嚴重障礙。但是，近年來採用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質外延技術取得了顯著進展，已經達到了研製芯片級尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導體芯片即將問世。

鑒於篇幅限制，及本文關於超硬薄膜介紹的宗旨，下面將僅對金剛石膜的工具(摩擦磨損)應用進行簡要介紹。

2．4金剛石膜工具和摩擦磨損應用

金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導率、極低摩擦係數、很高的機械強度和良好化學穩定性的異性能組合(見表1)使其成為最理想的工具和工具塗層材料。

金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜塗層工具。

2．4．1金剛石厚膜工具

金剛石厚膜工具採用無襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0．5mm～2mm)作為原材料。目前已經上市的產品有：金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。

金剛石厚膜焊接工具的製作工藝為：金剛石自支撐膜沉積→激光切割→真空釬焊→高頻焊接→精整。金剛石厚膜釬焊工具的使用性能遠遠優於PCD，可用於各種難加工材料，包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、複合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。採用金剛石厚膜工具車削加工的高硅鋁合金表面光潔度可達V12以上，可代替昂貴的天然金剛石刀具進行「鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用於拉制各種有色金屬和不銹鋼絲，由於金剛石膜是准各向同性的，因此在拉絲時模孔的磨損基本上是均勻的，不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會由於非均勻磨損(各向異性所致)而發生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用於機械製造行業，用作精密磨削砂輪的修整，代替價格昂貴的天然金剛石修整條。這些產品已經在國內外市場上出現，但目前的規模還不大。其原因是： (1)還沒有為廣大用戶所熟悉、瞭解；(2)面臨其它產品(主要是PCD)的競爭；(3)雖然比天然金剛石產品便宜，但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高，在和PCD競爭時的優勢受到一定的限制。

高熱導率(10W／em．K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極管陣列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(Power ICs)的封裝。在國外已有一定市場規模。
在國內，南京天地集團公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前後率先成立了北京天地金剛石公司，生產和銷售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產品。該公司大約在2000年左右渡過了盈虧平衡點，但目前的規模仍然不很大。國內其它一些單位，如北京科技大學、河北省科學院(北京科技大學的合作者)、吉林大學、核工業部九院、浙江大學、湖南大學等都具有生產金剛石厚膜工具產品的能力，其中有些單位正在國內市場上小批量銷售其產品。

2．4．2金剛石薄膜塗層工具

金剛石薄膜塗層工具一般採用硬質合金工具作為襯底，金剛石膜塗層的厚度一般小於 30lxm。金剛石薄膜塗層硬質合金工具的加工材料範圍和金剛石厚膜工具完全相同，在切削高硅鋁合金時一般均比未塗層硬質合金工具壽命提高lO～20倍左右。在切削複合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜塗層工具的性能與PCD相當或略高於PCD，但制備成本比PCD低得多，且金剛石薄膜可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積，PCD則只能制作簡單形狀的工具。金剛石薄膜塗層工具的另一大優點是可以大批量生產，因此成本很低，具有非常好的市場競爭能力。

金剛石薄膜塗層硬質合金工具研發的一大技術障礙是金剛石膜與硬質合金的結合力太差。這主要是由於作為硬質合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金剛石在Co上形核孕育期很長，同時Co對於石墨的形成有明顯的促進作用，因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長，導致金剛石膜和硬質合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數研究者曾為此嘗試了幾乎一切可以想到的辦法，今天，金剛石膜與硬質合金工具襯底結合力差的問題已經基本解決。儘管仍有繼續提高的餘地，但已經可以滿足工業化應用的要求。在20世紀後期，國外出現了可以用於金剛石薄膜塗層工具大批量工業化生產的設備，一次可以沉積數百隻硬質合金鑽頭或刀片，拉開了金剛石薄膜塗層工具產業化的序幕。一些專門從事金剛石膜塗層工具生產的公司在國外相繼出現。

目前，金剛石薄膜塗層工具主要上市產品包括：金剛石膜塗層硬質合金車刀、銑刀、麻花鑽頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看，銷售量最大的是端銑刀、鑽頭和銑刀。大量用於加工複合材料和汽車工業中廣泛應用的大型石墨模具，以及其它難加工材料的加工。可轉位金剛石膜塗層車刀的銷售情況目前並不理想。這是因為可轉位金剛石膜塗層刀片的市場主要是現代化汽車工業的數控加工中心，用於高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數控加工中心對刀具性能重複性的要求十分嚴格，目前的金剛石膜塗層工具暫時還不能滿足要求，需要進一步解決產品檢驗和生產過程質量監控的技術。

目前國外金剛石膜塗層工具市場規模大約在數億美元左右，僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司)，去年的銷售額就達2千多萬美元。

國內目前尚無金剛石膜塗層產品上市。國內不少單位，如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜塗層硬質合金工具的研發，目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質性進展。北京科技大學採用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題，所研製的金剛石膜塗層車刀和銑刀在加工Si-12％AI合金時壽命可穩定提高20-30倍。並已成功研發出「強電流直流擴展電弧等離子體 CVD"金剛石膜塗層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方式改為立體(空間)沉積，沉積空間區域很大，可容許金剛石膜塗層工具的工業化生產。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積範圍，因此特別適合於麻花鑽頭、端銑刀之類細長且形狀複雜工具的沉積。目前已經解決這類工具金剛石膜沉積技術問題，所制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭在加工碳化硅增強鋁金屬基複合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭最小直徑為lmin。目前正在和國內知名設備製造廠商(北京長城鈦金公司)合作研發工業化商品設備，生產能力為每次沉積硬質合金鑽頭(或刀片) 300只以上，預計年內可投放國內外市場。

3 類金剛石膜(DLC)

類金剛石膜 (DLC)是一大類在性質上和金剛石類似，具有8p2和sp3雜化的碳原子空間網絡結構的非晶碳膜。依據制備方法和工藝的不同，DLC的性質可以在非常大的範圍內變化，既有可能非常類似於金剛石，也有可能非常類似於石墨。其硬度、彈性模量、帶隙寬度、光學透過特性、電阻率等等都可以依據需要進行「剪裁」。這一特性使DLC深受研究者和應用部門的歡迎。

DLC的制備方法很多，採用射頻CVD、磁控濺射、激光澱積(PLD)、離子束濺射、真空磁過濾電弧離子鍍、微波等離子體CVD、ECR(電子迴旋共振)CVD等等都可以制備DLC。

DLC 的類型也很多，通常意義上的DLC含有大量的氫，因此也叫a：C—H。但也可制備基本上不含氫的DLC，叫做a：c。採用高能激光束燒蝕石墨靶的方法獲得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和較大的帶隙寬度，曾被稱為「非晶金剛石」(Amorphorie Diamond)膜。採用真空磁過濾電弧離子鍍方法制備的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。

DLC具有類似於金剛石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦係數(0．1一0．3)、可調的帶隙寬度(1_2eV～3eV)、可調的電阻率和折射率、良好光學透過性(在厚度很小的情況下)、良好的化學惰性和生物相容性。且沉積溫度很低(可在室溫沉積)，可在許多金剛石膜難以沉積的襯底材料(包括鋼鐵)上沉積。因此應用範圍相當廣泛。典型的應用包括：高速鋼、硬質合金等工具的硬質塗層、硬磁盤保護膜、磁頭保護膜、高速精密零部件耐磨減摩塗層、紅外光學元器件(透鏡和窗口)的抗劃傷、耐磨損保護膜、Ge透鏡和窗口的增透膜、眼鏡和手錶表殼的抗擦傷、耐磨摜保護膜、人體植入材料的保護膜等等。

DLC 在技術上已經成熟，在國外已經達到半工業化水平，形成具有一定規模的產業。深圳雷地公司在DLC的產業化應用方面走在國內前列。不少單位，如北京師范大學、中科院上海冶金所、北京科技大學、清華大學、廣州有色院、四川大學等都正在進行或曾經進行過DLC的研究和應用開發工作。

DLC的主要缺點是：(1)內應力很大，因此厚度受到限制，一般只能達到lum～21um以下；(2)熱穩定性較差，含氫的a：C-H薄膜中的氫在400℃左右就會逐漸逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大約500℃以上就會轉變為石墨。

4 立方氮化硼(c-BN)薄膜

立方氮化硼的硬度僅次於金剛石，但卻比金剛石具有更高的熱穩定性和化學穩定性，因此作為切削工具材料比金剛石更為優越，金剛石不能廂於加工鋼鐵材料，而立方氮化硼工具勝任包括鋼鐵材料在內的幾乎任何材料的加工。此外，立方氮化硼具有很大的禁帶寬度，熱導率很高，絕緣性好，容易摻雜成n型和p型半導體，和金剛石一樣具有從紫外到紅外寬廣範圍的良好光學透過性能，因此在光學應用及半導體應用亦有很好的應用前景。

立方氮化硼薄膜的制備方法也不少，採用濺射沉積、離子束輔助沉積、離子鍍、等離子體輔助CVD等物理和化學氣相沉積方法都可以制備立方氮化硼。這些制備方法的一個共同的特點是離不開離子的轟擊，所制備的立方氮化硼大都具有非晶態結構，應力非常大，與襯底的結合力很差。c-BN的制備在很多方面與DLC的制備相似。BN有兩種晶體形態，一為立方結構的e-BN(與金剛石結構和性能類似)，另一種為六方結構的h-BN(與石墨結構和性能類似)。目前的研究結果傾向於認為離子轟擊有利於c-BN的沉積，這和DLC的制備需要離子轟擊是類似的。文獻中曾報道採用電子輔助的熱絲CVD制備具有擇優取向的晶態c-BN 的研究結果，但其它研究者未能很好地重複這一結果。國外也有採用直流電弧等離子體噴射方法制備c-BN的研究報道，但所得到的薄膜是c-BN和h-BN的復相薄膜，不是純相的c-BN膜。

c-BN薄膜仍然處於研究階段，目前研究的焦點是尋求控制和降低c-BN薄膜內應力的技術途徑和制備高質量晶態c-BN薄膜的方法。

5 碳氮膜

自從Cohen等人在20世紀90年代初預言在C-N體系中可能存在硬度可能超過金剛石的β-C>₃N₄相以後，立即就在全球範圍內掀起了一股合成β-C₃N₄的研究狂潮。國內外的研究者爭先恐後，企圖第一個合成出純相的β-C₃N₄晶體或晶態薄膜。但是，經過了十餘年的努力，至今並無任何人達到上述目標。在絕大多數情況下，得到的都是一種非晶態的CNx薄膜，膜中N／C比與薄膜制備的方法和具體工藝有關。儘管沒有得到Cohen等人所預測超過金剛石硬度的β-C₃N₄晶體，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可達15GPa-50GPa，可與DLC相比擬。同時CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨損特性。在空氣中，cNx薄膜的摩擦因數為O.2-O.4，但在N₂，CO₂和真空中的摩擦因數為O.01-O.1。在N₂氣氛中的摩擦因數最小，為O．01，即使在大氣環境中向實驗區域吹氮氣，也可將摩擦因數降至0.017。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨損領域獲得實際應用。除此之外。CNx薄膜在光學、熱學和電子學方面也可能有很好的應用前景。

採用反應磁控濺射、離子束澱積、雙離子束濺射、激光束澱積(PLD)、等離子體輔助CVD和離子注人等方法都可以制備出CNx薄膜。在絕大多數情況下，所制備薄膜都是非晶態的，N／C比最大為45％，也即CNx總是富碳的。與C-BN的情況類似，CNx薄膜的制備需要離子的轟擊，薄膜中存在很大的內應力，需要進一步降低薄膜內應力，提高薄膜的結合力才能獲得實際應用。至於是否真正能夠獲得硬度超過金剛石的B-C3N4，現在還不能作任何結論。

6 納米複合膜和納米復合多層膜

以納米厚度薄膜交替沉積獲得的納米複合膜的硬度與每層薄膜的厚度(調製週期)有關，有可能高於每一種組成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度為2l GPa，NbN的硬度僅為14GPa，但TiN／NbN納米復合多層膜的硬度卻為5lGPa。而TiYN／VN納米復合多層膜的硬度競高達78GPa，接近了金剛石的硬度。最近，納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度達到了創記錄的105GPa，可以說完全達到了金剛石的硬度。這一令人驚異的結果曾經過同一研究組的不同研究者和不同研究組的反覆重複驗證，證明無誤。這可能是第一次獲得硬度可與金剛石相比擬的超硬薄膜材料。其意義是顯而易見的。

關於為何能夠獲得金剛石硬度的解釋並無完全令人信服的定論。有人認為在納米多層複合膜的情況下，納米多層膜的界面有效地阻止了位錯的滑移，使裂紋難以擴展，從而引起硬度的反常升高。而在納米晶粒複合膜的情況下則可能是在TiN薄膜的納米晶粒晶界和高度瀰散分佈的納米共格SiNx粒子周圍的應變場所引起的強化效應導致硬度的急劇升高。

無論上述的理論解釋是否完全合理，這種納米復合多層膜和納米晶粒複合膜應用前景是十分明朗的。納米復合多層膜不僅硬度很高，摩擦係數也較小，因此是理想的工具(模具)塗層材料。它們的出現向金剛石作為最硬的材料的地位提出了嚴峻的挑戰。同時在經濟性上也有十分明顯的優勢，因此具有非常好的市場前景。但是，由於還有一些技術問題沒有得到解決，目前暫時還未在工業上得到廣泛應用。

可以想見隨著技術上的進一步成熟，這類材料可能迅速獲得工業化應用。雖然鈉米多層膜和鈉米晶粒複合膜已經對金剛石硬度最高的地位提出了嚴峻的挑戰，但就我所見，我認為它們不可能完全代替金剛石。金剛石膜是一種用途十分廣泛的多功能材料，應用並不局限於超硬材料。且金剛石膜可以做成厚度很大(超過2mm)的自支撐膜，對於納米復合多層膜和納米複合膜來說，是無論如何也不可能的。

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個人分類：學術研究

Mar 19 Wed 2008 11:41
塗層納米功能材料 www.tool-tool.com

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摘要：納米材料復合塗層的結構和特性是納米科技中的重要研究課題，本文重點討論了製造技術的新觀念，納米材料的完美定律，塗層材料的發展前景，納米場發射特性等。進而，討論重要的物理理論研究的熱點-電子強關聯體系和軟凝聚態問題。展現了塗層材料科學與技術的深刻理論內容和重要的發展前景。
關鍵詞：納米塗層；場發射；電子強關聯；軟凝聚態物質
中圖分類號：TB43；TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1002-0322(2004) 04-0021-06

2003年在國際和中國都發生了具有突發性的災難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達到了人民幣11.6萬億元，其中第二產業貢獻4萬多億元。中國現今的第二產業主要領域是冶金、製造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優勢是中國的勞動力廉價，這個優勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關的產品中，我們的生產效率是國際發達國家的5％，能耗是3倍，環境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價。不論形勢如何嚴峻，21世紀是中華民族振興的機遇期，製造業絕對是一個極其重要的領域，是個急速發展變化的領域。2003年3月國際真空學會執委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為「表面工程專委會」，當時也考慮了另一個名字「塗層專委會」，我想用塗層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀70年代曾經說成是塑料年代，此後塑料科技和工業迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網、計算機網、萬維網、智能網，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個時代是高速發展的時代，技術和觀念都在與時俱進地改變著。

本世紀初興起了納米科技，促進其到來的是由於微電子小型化的發展趨勢，推動科技發展進入納米時代^[1]，不僅電子學將進入納電子學領域，物理學進入介觀物理領域，各類科技，包括生物醫學等都在探索納米結構與特性。塗層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內容，這是一種低維材料的製造和加工科技，將是製造技術的主流，將迅速地改變傳統製造技術的方法、理論和觀念，作為現今國際上的製造大國，世界加工廠，我們更應該注意研究製造技術的發展和未來。

1 突破傳統製造技術的觀念

納米科技研究的內容主要是在原子、分子尺度上構造材料和器件，測量表徵其結構和特性，探索、發現新現象、新規律和應用領域。與我們熟悉傳統的相比，納米材料和器件具有顯著的維數效應和尺寸效應。近幾年來，在納米材料製造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的製造，以及材料結構和特性測量、表徵上取得了顯著成果^[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究^[8～14]，出現了一些成功有效的製造方法，發現了一些驚人的結構和特性。在此基礎上，發展了納米複合材料的研究，展現了非常有希望的應用前景^[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎上挑戰某些產品的傳統加工技術，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報道了快速加工鋁(Al)組件的新方法^[18]，這個方法的主要特徵是用快速成型技術先形成樹脂鍵合件，然後在氮氣氛中分解其鍵和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結構。與傳統製造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以製造任何複雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結構細節的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時，這個結構基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環狀結構的光學顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結構。(c)是燒結的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5 mm 其密度和強度都達到了傳統鑄造技術的水平。他們還製作了公斤重量多種結構的樣品。這是一種冶金技術的探索，開闢了一種新的冶金和製造技術途徑。

2 納米材料的完美定律

描述材料結構的常用術語是原子結構和電子結構。原子結構的主要參量是晶格常數、鍵長、鍵角；電子結構的主要參量是能帶、量子態、分佈函數。對於我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數，但對於納米體系，多數參量隨著原子數量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特徵，它決定了納米材料的多樣性。其中有個重要規律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：「存在是完美的，完美的才能存在」。它包括了納米晶粒的魔數規則，即含有13、55、147…等數量原子的原子團是穩定的，對於富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對於碳59或碳71等結構體系根本不存在。這就是為什麼斯莫利(Smmolley)他們當初能在大量的富勒烯中首先發現碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對於一維納米結構，包括納米管和納米線，存在類似的規則。可以模型上認為是由殼層構成的，每個殼層中更精細的結構稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結構，再外殼層為11股的，表示為11-7-1 結構，等等，構成最穩定的結構，這是一維納米結構的魔數規則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發產生，完全破壞二維晶態結構。上述這些低維結構特徵是完美定律的具體表述，進步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論塗層材料的出發點，因為納米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量製造。在製造過程中，方法簡單、產額高、成本低是最有競爭力的。可以想像，製造成本很高的材料和器件能有市場，一定是不計成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時，首先考慮的應是滿足完美定律的技術，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術^[1]，電化學沉積法制備金屬納米線陣列技術^[19]，以及電爐燒結法製造氧化物納米帶技術^[20]等等。

3 塗層納米材料將給我們帶來什麼?

塗層納米材料是納米科技領域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結構，或者是低維納米材料填充的復合結構。兩者都比傳統材料有驚人的結構和特性。如新型高效光電池^[21]、各向異性結構材料^[19]、新型面光源材料^[22]等，這裡舉例介紹基於熱電效應的新型納米熱電變換材料。

熱電效應器件的代表是熱電偶，即利用不同導體接觸的溫差電現象進行溫度測量的器件。基於熱電效應可以製成兩類器件：熱產生電和電產生溫差。前者可以用於製造焦電器件，即用熱直接發電，如將焦電材料塗於內燃機缸表面，利用缸體溫度高於環境幾百度的溫差發電，將餘熱變作電能回收。後者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優點，但塊體材料製成器件的效率低，限制了它的應用。納米科技興起以後，人們探索利用納米晶或納米線結構能否解決熱電效應的效率問題。認為用量子點超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由於納米材料顯著的能級分裂，有利於載流子的共振輸運和降低晶格熱傳導，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人^[23]報告了量子點超晶格結構的熱-電效應器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結構，用其製造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結構和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11 mm ，長5 mm ，厚0.104 mm ，n-型的TE片，一端置於熱槽，另一端置於冷槽，為了減小冷槽熱傳導而形成這同結接觸，用一根細金屬線與熱槽連接。當如圖2(a)所示加電流源時，將致冷降溫。對於這種納米線超晶格結構，由於量子限制效應，發生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實驗點標明▲為熱與冷端溫差(△T )與電流(I )關係，電流坐標表示相應通過器件的電流。■為熱端溫度T_h與電流I 的關係，其溫度對於流過器件的電流不敏感。◆為冷端溫度T_c與電流I 的關係，其溫度對於電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7 K，B是塊體(Bi，Sb)₂(Se，Te)₃固溶合金TE材料最大溫差，30.8 K。從圖中可以看出，在較大電流時，冷端溫度趨於飽和。採用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應的逆過程的應用就是焦電器件，即利用熱源與環境的溫差發電。對於內燃機、鍋爐、致冷器高溫熱端等設備的熱壁，塗上超晶格納米結構塗層，利用剩餘熱能發電，將是人們利用納米材料和組裝技術研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環境監測等塗層功能材料，將給家電產業帶來革命性的影響，將會極大地改變人類的生活方式和觀念。

4 含鐵碳納米管薄膜場發射

碳納米管陣列或含碳納米管塗層場發射被廣泛研究，以其為場發射陰極做成了平板顯示器。研究結果表明碳管的前端有較強的場發射能力，因此碳管塗層膜中多數碳管是平放在基底上的，場電子發射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側向有更大的場發射能力，有利於用塗層法製造平板場發射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發生顯著改變。(b)是碳管場發射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發射曲線，有最強的場發射能力。根據此結果，將含鐵的碳納米管用作塗層場發射陰極，有利於研製平板顯示器。

5 電子強關聯體系和軟凝聚態物質

上面所講到的塗層納米功能材料和器件是當今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產品進入市場。當我們在討論這個納米科技中的重要方向時，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠的發展前景。這就涉及到物理學的重要理論問題，即電子強關聯體系(electron strong correlation system)與軟凝聚態物質(soft condensation matter)。

在量子力學出現之前，金屬材料電導的來源是個謎，20世紀初量子力學誕生後，解決了金屬導電問題。基於Bloch假設：晶體中原子的外層電子，適應晶格週期調整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導電問題，Phillips和他的同事以「難以琢磨的Bose金屬」為題重新討論了金屬導電問題^[24]。當計入電子間的相互作用時，可能產生的多體態，超導和巨磁阻就是這種狀態。晶體中的缺陷破壞了完善導體，導致電子局域化。電子與核作用的等效結果表現為電子間的吸引作用，導致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導的充分條件。當所有Cooper對都成為單量子態時，才能觀察到超導性。這樣，對於費米子由於包利(Paulii)不相容原則，不可能產生宏觀上的單量子態。Cooper對的旋轉半徑小於通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現單量子態，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子範圍內，超導性可能認為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現今被很多人接受。從20世紀初至今，對於基本粒子的量子統計有兩種，一是Fermi統計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態物質中有兩個基態：即共有化Bose子呈現超導態，局域化Bose子呈現絕緣態。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導體和絕緣體之間直接轉換。經分析認為這是玻色金屬態，參與導電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態，這個現象在銅氧化物超導體中得到了驗證。

軟凝聚態物質研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現的粘稠物質形態，稱為軟凝聚態。至今，人類對於晶體和原子存在強相互作用的固體已經知道得相當透徹了，但對軟凝聚態的很多科學問題還沒有深入研究，21世紀以來，引起了科學家的極大興趣。軟凝聚態物質包括流體、離子液體、復合流體、液晶、固體電解、離子導體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由於在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當清楚的一種。其他軟凝聚態結構和特性的科學問題和應用前景是目前被關注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機半導體、有機陶瓷、流體類導體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復合，統稱為分子調控材料(materials of molecular manipulation)。其主要特徵是原子結構的多變性和柔性，研究材料的設計、製造、結構和特性的測量、表徵，追求特殊功能；理論上探討原子結構的穩定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關於軟凝聚態物質，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處於初期階段。科學的發展和應用的需求促進深入的理論研究，判斷體系穩定存在的依據是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對於軟凝聚態物質體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的複雜行為，更多的電子強關聯，不再是單粒子統計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統計理論。多樣性是這個體系的突出特徵，因此其理論涉及廣泛、複雜問題。

物理學是探索物態結構與特性的基礎學科，是認識自然和發展科技的基礎，其中以原子間有較強作用的稠密物質體系為主要研究對象的凝聚態物理近些年有了迅速進展，研究範圍不斷擴大，從固體結構、相變、光電磁特性擴展到液晶、複雜流體、聚合物和生物體結構等。幾乎每一二十年就有新物質狀態被發現，促進了人類對自然的認識和對其規律把握能力，推動了科學和技術的發展。21世紀仍有一些老的科學問題需要深入研究，一些新科學問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀80年代出現的介觀物理，後來發展成為納米科技所涉及的學科領域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規則和結論有些不再有效，適用於低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統問題的描述和表徵，將會有更多的新現象、新效應、新規律被發現。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表徵，涉及有機材料、無機／有機複合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學研究的範圍和深度。涉及的重大科學前沿問題和重點發展方向有①強關聯和軟凝聚態物質，及其他新奇特性凝聚態物質；②低維量子限域體系的結構和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結構和特性；③粒子物理，描述物質微觀結構和基本相互作用的粒子物理標準模型和有關問題，以及複雜系統物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結構、等離子體、新物理現象和核物質新形態等；⑤生命活動中的物理問題，物理學的基本規律、概念、技術引入生命科學中，研究生物大分子體系特徵、DNA、蛋白質結構和功能等，其研究關鍵將在於定量化和系統性，必然是多學科的交叉發展，成為未來科學的重要領域。

6 結論

本文討論了納米線塗層的結構和特性，重點是納米線的復合塗層和其電學特性、光電特性。其中包括製造技術新觀念，納米材料的完美定律，納米塗層的熱-電效應，碳納米管的側向場發射，以及電子強關聯體系和軟凝聚態物質，展示了塗層科學與技術的發展前景。

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個人分類：學術研究

Mar 19 Wed 2008 11:34
H13熱作模具鋼的化學成分及其改進和發展的研究www.tool-tool.com

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應用鋼的強韌化設計和金屬學原理的相關理論,本文相當詳盡地分析了H13鋼的化學成分及其對鋼的組織結構和性能的影響,同時闡明瞭近年來國內外對H13鋼成分的改進和發展方面的工作,旨在促進人們能更進一步開展開發、製造和處理H13鋼的研究。

關鍵詞:H13鋼,化學成分,顯微組織,工具鋼設計

On the Chemical Composition of H13 Hot Work Tool Steel and It’s Development
PAN Xiaohua, ZHU Zuchang

Astract:
In this paper the authors apply relative theories of alloy steel design for strengthening and toughening and principles of physical metallurgy to the analyses in some detail of the chemical compositions of H13 hot work tool steel and the effects of the ones upon the microstructures and properties. In the next place we explain the improvement and development on the chemical composition in recent years. The purpose is in order to better prompt an investigation into the development, manufacture as well as heat treatment of H13 steel.

Keyword: h13 steel, chemical composition, microstructure, tool steel design

1．前言

　　熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性能等。在美國,熱作模具鋼分為三種：鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼,都冠以H字母,分別表示為H10~H19、H21~H26和H42、H43等。其中前兩種鋼的含碳量在 (0.30~0.50)﹪範圍,後種鋼的含碳量在(0.50~0.70)﹪範圍內,三種鋼的Cr、W、Mo和V合金元素的總含量在(6~25)﹪範圍。

　　H13鋼是使用最廣泛和最具代表性的熱作模具鋼種,它的主要特性是[1]：（1）具有高的淬透性和高的韌性；（2）優良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；（3）具有中等耐磨損能力，還可以採用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度，但要略為降低抗熱裂能力；（4）因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差；（5）在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高於540℃（1000℉）硬度出現迅速下降（即能耐的工作溫度為540℃）；（6）熱處理的變形小；（7）中等和高的切削加工性；（8）中等抗脫碳能力。更為令人注意的是,它還可用於製作航空工業上的重要構件。

　　航空及宇航工業發展要求其構件採用具有高強度、高韌度和高屈強比的材料,人們已經知道[2],鋼鐵材料要能與鈦合金相競爭,其拉伸強度必須達到1600～1700MPa,其斷裂韌度KIC125MPa√m 的水平。對飛行器,隨飛行速度與音速的比值(稱為馬赫數,Ma,)的增加,要求構件能承受500℃或更高溫度的能力,為此須採用具有二次硬化能力的鋼材。人們正是從熱作模具鋼受到啟發,將之作為一種超高強度鋼加以應用和開展相當類型的超高強度鋼的研究。

　　本文將結合鋼的強韌化理論和金屬學原理來對H13鋼的化學成分進行分析,並闡明目前在國際上其發展的概況。由於篇幅所限,關於本文中涉及的更詳盡技術資料可以登陸我們公司網站 www.hefchina.com.cn 搜索。

2. H13鋼的化學成分的分析

　　H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應用極其普遍,同時各國許多學者對它進行了廣泛的研究,並在探究化學成分的改進。鋼的應用廣泛和具有優良的特性,主要由鋼的化學成分決定的。當然鋼中雜質元素必須降低,有資料表明,當Rm在1550MPa時,材料含硫量由0.005%降到0.003%,會使衝擊韌度提高約13 J^[2]。十分明顯,NADCA 207-2003標準就規定:優級(premium)H13鋼含硫量小於0.005%,而超級(superior)的應小於0.003%S和0.015%P。下面對H13鋼的成分加以分析。

　　2．1 碳：美國AISI H13，UNS T20813，ASTM（最新版）的H13和FED QQ-T-570的H13鋼的含碳量都規定為（0.32~0.45）%，是所有H13鋼中含碳量範圍最寬的。德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為（0.37~0.43）%，含碳量範圍較窄，德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為（0.36~0.42）%^[3]。日本SKD 61的含碳量為（0.32~0.42）%[3,4]。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量為（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISI H13相同。特別要指出的是：北美壓鑄協會NADCA 207-90[5]、207-97^[6]和207-2003^[7]標準中對H13鋼的含碳量都規定為（0.37~0.42）%。

　　鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關係曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右^[8]。對工具鋼而言，鋼中的碳一部分進入鋼的基體中引起固溶強化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物。對熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外，還要求它在回火過程中在淬火馬氏體基體上瀰散析出產生兩次硬化現象。從而由均勻分佈的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來決定熱作模具鋼的性能。由此可見，鋼中的含C量不能太低。

　　含5%Cr的H13鋼應具有高的韌度，故其含C量應保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt 和Krauss^[9]指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,H13鋼的位置在奧氏體A和（A+M3C+M7C3）三相區的交界位置處較好。相應的含C量約0.4%(見圖1)^[9]。圖上還標出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2鋼以作比較。另外重要的是,保持相對較低的含C量是使鋼的Ms點取於相對較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹為340℃左右)，使該鋼在淬冷至室溫時獲得以馬氏體為主加少量殘餘A和殘留均勻分佈的合金C化物組織，並經回火後獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過多殘餘奧氏體在工作溫度下發生轉變影響工件的工作性能或變形。這些少量殘餘奧氏體在淬火以後的兩次或三次回火過程中應予以轉變完全^[2]。這兒順便指出，H13鋼淬火後得到的馬氏體組織為板條M+少量片狀M+少量殘餘A。經回火後在板條狀M上析出的很細的合金碳化物的照片可見圖2^[9]，國內學者也作了一定工作^[14]。
　　
　

圖1 Fe-Cr-C系870℃水平截面部分相圖

圖2 H13鋼淬火回火的TEM組織

　　眾所周知，鋼中增加碳含量將提高鋼的強度，對熱作模具鋼而言，會使高溫強度、熱態硬度和耐磨損性提高，但會導致其韌度的降低。學者在工具鋼產品手冊文獻[11]中將各類H型鋼的性能比較很明顯證明了這個觀點。通常認為導致鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們在鋼合金化設計時遵循下述原則:在保持強度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強度達1550MPa以上時,含C量在0.3%-0.4% 為宜^[2]。H13鋼的強度Rm，有文獻介紹為1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。

　　查閱FORD和GM公司資料^[12，13]推薦的TQ-1、Dievar和ADC3等鋼中的含C量都為0.39%和0.38%等，相應的韌度指標等列於表1，其理由可由此管窺所及。

　　對要求更高強度的熱作模具鋼，採用的方法是在H13鋼成分的基礎上提高Mo含量或提高含碳量，這將在後面還會論及，當然韌度和塑性的略為降低是可以預料的。

表1 FORD、 GM公司推薦的部分H13鋼

　　2.2 鉻：鉻是合金工具鋼中最普遍含有的和價廉的合金元素。在美國H型熱作模具鋼中含Cr量在2%~12%範圍。在我國合金工具鋼（GB/T1299）的37個鋼號中,除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對鋼的耐磨損性、高溫強度、熱態硬度、韌度和淬透性都有有利的影響，同時它溶入基體中會顯著改善鋼的耐蝕性能，在H13鋼中含Cr和Si會使氧化膜緻密來提高鋼的抗氧化性。再則以Cr對0.3C-1Mn鋼回火性能的作用來分析，加入﹤6% Cr對提高鋼回火抗力是有利的，但未能構成二次硬化；當含Cr﹥6%的鋼淬火後在550℃回火會出現二次硬化效應。人們對熱作鋼模具鋼一般選5%鉻的加入量。

　　工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強化作用，另一部分與碳結合,按含鉻量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而來影響鋼的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用影響，如當鋼中含鉻、鉬和釩時，Cr>3%^{[14]< /sup>時，Cr能阻止V4C3的生成和推遲Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C是提高鋼材的高溫強度和抗回火性的強化相<>[14]}，這種交互作用提高該鋼耐熱變形性能。

　　鉻溶入鋼奧氏體中增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr一樣是增加鋼淬透性的合金元素。人們習慣用淬透性因子加以表徵,一般國內現有資料[15]還只應用Grossmann等的資料,後來Moser和Legat[16,22]的更進一步工作提出由含C量和奧氏體晶粒度決定基本淬透性直徑Dic和合金元素含量確定的淬透性因子(示於圖3中)來計算合金鋼的理想臨界直徑Di,也可從下式作近似計算:
Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)
(1)式中各合金元素以質量百分數表示。由該式，人們對Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影響鋼淬透性有相當明確的半定量瞭解。

圖3 鋼中常用合金元素的淬透性因子

Cr 對鋼共析點的影響，它和Mn大致相似，在約5%的含鉻量時，共析點的含C量降到0.5%左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入更顯著降低共析點含 C量。為此可以知道：熱作模具鋼和高速鋼一樣屬於過共析鋼。共析含C量的降低，將增加奧氏體化後組織中和最後組織中的合金碳化物含量。

鋼中合金C化物的行為與其自身的穩定性有關，實際上，合金C化物的結構、穩定性與相應C化物形成元素的d電子殼層和S電子殼層的電子欠缺程度相關 [17]。隨著電子欠缺程度下降，金屬原子半徑隨之減小，碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增加，合金C化物由間隙相向間隙化合物變化，C化物的穩定性減弱，其相應熔化溫度和在A中溶解溫度降低，其生成自由能的絕對值減小，相應的硬度值下降。具有面心立方點陣的VC碳化物，穩定性高，約在 900~950℃溫度開始溶解，在1100℃以上開始大量溶解（溶解終結溫度為1413℃）[17]；它在500~700℃回火過程中析出，不易聚集長大，能作為鋼中強化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和簡單六方點陣，它們的穩定性較差些，亦具較高的硬度、熔點和溶解溫度，仍可作為在500~650℃範圍使用鋼的強化相。M23C6(如 Cr23C6等)具有複雜立方點陣，穩定性更差，結合強度較弱，熔點和溶解溫度較低（在1090℃溶入A中），只有在少數耐熱鋼中經綜合合金化後才有較高穩定性（如（CrFeMoW）23C6,可作為強化相。具有複雜六方結構的M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)的穩定性更差，它和Fe3C類碳化物一樣很易溶解和析出，具有較大的聚集長大速度，一般不能作為高溫強化相 [17]。

　　我們仍從Fe-Cr-C三元相圖可以簡便瞭解H13鋼中的合金碳化物相。按Fe-Cr-C系700℃[18~20]和 870℃[9]三元等溫截面的相圖,對含0.4%C鋼中,隨Cr量增加會出現（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意在870℃圖上,只有含Cr量大於11%才會出現M23C6）。另外根據Fe-Cr-C三元繫在5%Cr時的垂直截面,對含0.40%C的鋼在退火狀態下為α相（約固溶1% Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。當加熱至791℃以上形成奧氏體A和進入（α+A+M7C3）三相區,在795℃左右進入（A+M7C3）兩相區,約在970℃時,（CrFe）7C3消失,進入單相A區。當基體含C量﹤0.33%時,在793℃左右才存在（M7C3+M23C6和A）的三相區, 在796℃進入（A+M7C3）區（0.30%Ｃ時），以後一直保持到液相。鋼中殘留的M7C3有阻止A晶粒長大的作用。Nilson提出，對1.5%C -13%Cr的成分合金，欠穩定（CrFe）23C6不形成[20]。當然,單以Fe-Cr-C三元系分析會有一些偏差,要考慮加入合金元素的影響。

　提醒注意：國內有些作者對於這點的看法尚有不足[21]。

　對H13改進型熱作模具鋼，含Cr成分有兩種範圍：低Si高Mo的 Cr5.0%型和Cr2.6%型，下面還會論述。

　順便提一下，較高含鉻的鋼淬火並在550～450℃回火後慢冷會具有第二類回火脆性，所以對回火後的冷卻要予以充分注意。

　　2.3 Mn：幾乎所有商業用鋼都含一定數量的Mn。鋼中含有Mn可以改變鋼在凝固時所形成的氧化物的性質和形狀。同時它與S有較大的親合力,可以避免在晶界上形成低熔點的硫化物FeS，而以具有一定塑性的MnS存在,從而消除硫的有害影響,改善鋼的熱加工性能[18]。在美國熱作模具鋼中H21~26和 H41~43的含錳量均在(0.15~0.40)%範圍內,H10~19的含錳量高於該範圍。

　　Mn具有固溶強化作用,從而提高鐵素體和奧氏體的強度和硬度,雖然其固溶強化效果不及碳、磷和硅,但其對鋼的延展性幾乎沒有影響。在鐵素體-珠光體型鋼中Mn是唯一可使屈服強度增加又使冷脆轉變溫度變化最小的合金元素。

　　錳是弱碳化物形成元素,它可溶入滲碳體中形成合金滲碳體(Fe,Mn)3C,其形成可降低系統的自由能,即取於更穩定狀態（注意Fe3C中的Fe可全部為Mn所取代,而Cr只可在Fe3C中固溶18%~20%(原子分數)）。

　　錳溶入奧氏體中能強烈增加鋼的淬透性,同時強烈減低鋼的Ms點。Andrewn[9]提出的Ms(℃)公式(適用於～0.6%C,～4.9%Mn,～5%Cr,～5%Ni和～5.4%Mo鋼)為:
Ms(℃)=539-423C-30.4Mn-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo (2)

　　關於淬透性的提高,已在前節作了說明。降低Ms點和增加淬火鋼中的殘餘奧氏體量相聯繫,從而為設計微變形鋼提供途徑。有報道,高精度冷作模具鋼CrMn2SiWMoV中Mn的量為(2.10~2.40)%。

　　Mn加入鋼中使Ac1、Ac3、Ar1和Ar3降低，這與細化鐵素體和珠光體相聯繫，又會減薄碳化物片, 對F-P型鋼的強化起積極作用。同時有資料介紹Mn和Ni類似有提高鋼的韌度的作用。

　　H13型二次硬化型模具鋼，其含Mn量在(0.20～0.60)%範圍。對改進型熱作模具鋼（如QRO90 super,Super Me和HOTVAR）含Mn在0.75%，處於較高的水平,與低Si高Mo型H13型鋼Mn含量在(0.40~0.55)%範圍(如ASSAB公司的 Dievar鋼)成明顯對照。

　　2.4 Si: 硅是一個對鐵素體進行置換固溶強化非常有效的元素,僅次於磷，但同時在一定程度上降低鋼的韌度和塑性。一般都將Si限制在鋼脫氧需要的範圍內。如果將Si作為合金元素加入鋼中,其量一般≮0.40%。

　　置換固溶強化一般引起鐵的球面對稱畸變,它能與刃形位錯產生彈性交互作用，一般不與螺形位錯產生交互作用而阻止其運動。這樣它與C、N原子的間隙固溶強化相比屬於弱強化。人們已經知道：置換固溶的抗拉強度增值ΔRm為[17]：
ΔRm = K×（X）n (3)
　　式中 X為溶質原子的質量百分數，n為係數，一般n≈0.75，K為強化係數，它反映合金元素的強化能力，對Si Ksi=75850 MPa；而KMn=48260MPa；KMo=61190MPa。

　　Si的固溶使鐵素體基體的點陣常數變小，其原子半徑0.118nm，α-Fe為0.126nm，由此可見，使點陣常數縮小的固溶合金元素具有較有效的強化作用。

　　Si也為提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在鐵素體中的擴散速度，使回火時析出的碳化物不易聚集，增加回火穩定性。另外，Si雖然不推遲ε 碳化物的生成，但它可固溶於ε碳化物，並提高其穩定性，延遲ε→θ轉變。第一類回火脆性與ε→θ轉變和沿馬氏體條間界分佈形成連續薄膜有關，延遲ε→θ轉變便意味著提高第一類回火脆性發生溫度或抬高回火溫度-硬度曲線，可使回火馬氏體的ε碳化物與基體保持共格和均勻分佈，使回火馬氏體保持有良好的強韌性配合[17]。有資料表明，含1%Si相應可提高回火溫度30～50℃，對0.45C-5Cr-2Mn鋼，Si量從0.07%提高至1.0%可在 (550~650)℃回火時獲得較高硬度。但是，Si加入量過多，會使碳化物聚集的過時效速度增大，以至於難以控制，這樣，其加入量限制在0.75%是比較合適的。

　　另外，Si易使鋼呈現帶狀組織，使鋼的橫向性能比縱向性能差，也使鋼的脆性轉折溫度升高；Si還具有促進鋼的脫碳敏感性；但Si有利於高溫抗氧化性的提高。

　　美國H型熱作模具鋼中H21~26和H41~43以及H19的Si含量最大為0.40%或略高，而H10~14鋼的含Si量為（0.80～1.25）%，屬含較高Si量的鋼。

　　2.5 Mo：Mo溶於Fe中也具固溶強化的作用，Mo溶解於A中能提高鋼的淬透性，這在前面已有論述。

　　這兒應明確指出，Mo明顯推遲珠光體轉變，但對貝氏體轉變的影響不大，具體表現為：在鋼中只要加入0.25~1.0%的Mo量，便足以使珠光體轉變和貝氏體轉變的區域分開，（Cr﹥ 2%和 V﹥ 0.5%也有相類似的作用）。

　　Mo是作為使鋼具有二次硬化的主要合金元素加入的，現在普遍認為，這是由於在回火時馬氏體中析出Mo2C造成。Mo可與C形成Mo2C和MoC 合金碳化物，還可隨回火溫度升高轉變為M6C。具有密排六方點陣的Mo2C在馬氏體板條內，亞晶界上以平行的細針狀（二維為層片狀）析出，顯然，這種析出必須按單獨形核機制（separate nucleation）。TEM研究指出，析出的位向關係為：（1102）Mo2C∥（010）α，[1101]Mo2C∥[100]α,[1120] Mo2C∥[001]α 。Mo2C和基體共格，從而導致二次硬化。Honeycombe認為，Mo2C形成初期是Mo和C原子沿馬氏體的﹛100﹜面偏聚，形成象Al-Cu合金時效時出現的G-P區相似的組織[2]。鋼中加入W和V形成W2C，VC的合金碳化物，也會具有二次硬化作用。另外再加入Cr和Co可以強化二次硬化效應。但要注意，為使鋼中W和V的碳化物溶解進入A中，需要採用較高的奧氏體化溫度，易引起奧氏體晶粒粗化而帶來不良影響。所以常以優選Mo為最佳的二次硬化合金化元素。一般為了產生二次硬化效應，要求Mo的加入量不低於1.0%，加入3%Mo時可取得接近極值的效果。當加入量為2.0%～2.5%時，可獲得最合經濟和有效的效果[17]。Mo具有比Cr更強烈的碳化物形成傾向，在5%Cr的熱作模具鋼中，Mo2C先於Cr7C3形成。前已述，M7C3不能作為二次硬化的高溫強化相，而且它在回火馬氏體中的形成是以原位析出（in-situ）機制，不會發生瀰散析出。為此，Mo的二次硬化的硬化強度和其最大硬化強度對應的溫度皆高於Cr的相應值，同時，Mo2C的過時效速度亦較低（即不易聚集長大）。這三個條件是衡量二次硬化有效性的三個主要指標。

　　Mo會提高鋼的脫碳氧化敏感性，一般認為含3% Mo是使鋼發生脫碳敏感的臨界加入量。

　　對含（2~3）% Mo的鋼，為了提高鋼的淬透性，常常還得加入（1～2）%的鉻。

　　2.6 V：V是置換固溶強化鐵素體和形成奧氏體圈的元素。它和C，N的親和力強。人們已知過渡族金屬與C的親和力因為其d電子殼層電子未填滿，碳原子將其價電子填入過渡族金屬d電子殼層。對VC，rc/rm =0.57（ ﹤0.59），形成間隙相化合物，具有FCC點陣結構，但在點陣的正八面體間隙並不都有碳原子，即存在碳原子缺位，這樣，碳化釩並不嚴格按化學式，一般表示為V4C3（VC0.98～0.75），所以其點陣常數和硬度在一定範圍內變化。VC的ΔG298O為‐83.7kJ∕mol[25]，熔點為 2830℃,硬度為2400HV，其殘留在鋼內將有利於耐磨性提高。其全部溶於A的溫度為1413℃。

　　V在工具鋼中的主要作用是細化鋼的晶粒和組織，增加鋼的回火穩定性和增強二次硬化效應。一般介紹，V加入0.05%可細化晶粒，隨加入量增加，細化效果加強。因為既使溫度趨近700℃ ，V的碳化物穩定性仍高，仍能保持細小,所以V是有效阻止A晶粒粗化的元素，也是在高溫下服役的鋼的重要合金化元素,下文還有論述。

　　 V和Mo，W一樣溶入基體中提高 α–Fe的自擴散激活能，另外它偏聚在位錯線附近形成氣團，與位錯產生交互作用阻止其滑移，阻止位錯網絡的重新排列形成胞狀亞結構，增加馬氏體的回復再結晶抗力，增加回火穩定性。再則，加入0.5%V，依籍V4C3的沉殿亦可產生二次硬化效應，且隨V量增加有向高溫推移的趨勢，硬化強度提高，過時效速度亦較低，但要使V4C3溶入A中，加熱溫度要較高,(有介紹對含V的低合金及微合金低碳F-P型鋼在950 ℃奧氏體化後正火便能產生有效的沉殿硬化和在1150℃正火顯示最佳的沉殿硬化，這點可籍以參考)。需要採用高的奧氏體化溫度會引起A晶粒粗化，及鋼的缺口衝擊韌度降低，如V在0.5%附近時。在2%Mo鋼中加入0.5%V尚不足構成V4C3，而V會固溶於Mo2C。V原子半徑為0.135nm（Mo為 0.145nm），不增大點陣錯配度，但因為V和C的親和力大，會提高Mo2C的穩定性，即增加二次硬化的有效性，使二次硬化的峰值溫度提高。

　　V的碳化物形成為小的細片,起始片寬﹤5nm，厚不大於1nm，在550~650℃ 範圍析出於F晶粒內的位錯線上，產生明顯的二次硬化作用，在550℃ 早期沉殿階段，碳化物與基體共格，在<010>α 和<110>vc之間的錯配度僅為3%，位向關係為｛100｝VC∥｛110｝α（Baker/Nutting）然而在700℃回火，碳化物片迅速粗化和開始球化，但馬氏體片仍保持著，待700℃長時間回火後才變為等軸狀鐵素體晶粒[22]。

　　在鋼中加入高於0.5％ V可形成穩定V4C3,並引起二次硬化,其峰值溫度約為(600～625)℃,（Mo的二次硬化峰值溫度約為570℃～580℃）,對0.40％C- 2Cr-2Mo-0.5V鋼的回火，由於Mo量較高最終會形成M6C（如Fe3Mo3C）,M6C為原位形核機制析出,二次硬化作用不明顯。

3. H13鋼的發展

　　由上面的分析，人們對0.4％C-5％Cr-1％Mo-1％Si-V的H13鋼的化學成分會有較明確的認識，同時也對目前國際上對其成分向低Si高Mo的發展有進一步瞭解。

　　日本田部博輔[4]明確指出SKD61（相當於H13鋼）的發展的第一階段是對該鋼由常規熔煉方法向真空脫氣，爐外精煉和電渣重熔(ESR)發展，並採用均勻化處理方法來改善鋼材內部質量，減少偏析，致在追求H13鋼材質和性能的提高；同時在熱處理方法上改進來提高工具和模具製品的性能和減少變形，採用真空高壓氣淬（如10bar 氮氣）和油冷或階段淬火等防止晶界C化物的析出和發生貝氏體轉變以求得韌度的改善。發展的第二階段是對SKD61鋼進行成分改進，其主要是向低Si高Mo 方向發展。低Si化方向最初是從對大型鋼塊內部偏析大大改善的低Si-VCD煉鋼技術受到啟發；另一方面高Mo化方向是由德國X40CrMoV5-3 （1.2367）和3Cr型SKD61鋼具有優良的高溫強度和淬透性來確定的。在這兩種技術背景下進行研究開發低Si（＜0.25％）高Mo （2～3.5％）的H13改進的熱作模具鋼。

　　對於Si量降低的作用有：1)ˇ形或Λ形偏析減輕；2)宏觀組織均勻化；3)微觀凝固組織的樹枝晶細化；4)減少凝固時凝固界面上的成分過冷；5)共晶碳化物的減少6)奧氏體結晶細化；7)塑性和韌度提高；8)高溫疲勞裂紋擴展速度減小； 9)蠕變裂紋擴展速度減低；10)淬火冷卻抑制貝氏體轉變；11)抗熱裂性提高，但帶來的不足是切削性能降低，有關改良的方法在繼續研究中。

　　對於高Mo的優點有：1)提高淬透性，抑制晶界碳化物的析出和貝氏體轉變；2)提高回火抗力；3)提高高溫強度和高溫蠕變強度；4)提高抗熱裂能力；5)提高韌度；6)共晶碳化物細化和碳化物分佈均勻。關於抑制貝氏體轉變有資料報道，對610×203×500mm的H13模塊經3bar（約 3atm）氮氣氣淬後心部和表面的貝氏體量達70％和40％，而對低Si高Mo SKD61鋼相應僅有2％和1％。

　　共晶碳化物的細化和碳化物分佈均勻與Mo加入鋼中可降低鋼的結晶溫度以及使鋼的凝固溫度區間變窄有關，這與W高速鋼改成Mo高速鋼不出現魚骨狀共晶C化物和鍛後可獲得滿意的碳化物分佈很相似。
鋼凝固中液相線與固相線之間溫度區間的變窄能減小凝固時液固界面上的成分過冷。對合金凝固中的液固相界面前沿處不出現成分過冷的臨界溫度梯度Gc可用下式表示[23]：
Gc＝（-mR／D）（1-Ko）（CL）x （3）

　　式中D為液相中溶質原子的擴散係數，m為液相線斜率，R為液固界面移動速度，Ko為x處固相和液相中溶質的濃度Cs和CL的比值，即Ko= （Cs／CL）x，稱為平衡分配係數，Cs和CL可以從平衡相圖上查得，如果Cs＜CL則Ko＜1，對Fe-Si和Fe-Mo相圖均屬於Ko＜1的情況 [24]，這時液相線和固相線的斜率均為負數。因為要瞭解低Si高Mo型H13鋼的液相線和固相線區間變窄對凝固組織和偏析的影響，我們在這兒可假設認為原H13鋼和低Si高Mo H13鋼的液相線斜率和 CL 值相差不大，又將 R 看作為近似相等，僅只考慮變化的是 Ko 。由上述已知（Cs）Ⅱ＞（Cs）Ⅰ，則KoⅡ＞KoⅠ，按式（3）可知（Gc）Ⅱ＜（Gc）Ⅰ，其中Ⅰ和Ⅱ分別表示原H13型鋼和低Si高Mo H13型鋼相應的液固相凝固情況。人們已經知道，Gc小的話，這種合金在凝固時液固相界面附近不易出現成分過冷。根據這一觀點顯然可以推知：低Si高Mo 的H13型鋼在凝固時不易出現成分過冷現象。它和原H13型鋼的Gc和成分過冷範圍的比較示意表示於圖4中。液固界面上成分過冷區很小，則不易出現樹枝晶或會出現胞狀柱晶，當然就可避免嚴重的枝晶偏析，而胞狀晶的偏析程度是較輕微的。

圖4 H13鋼（Ⅰ）和低Si高MoH13鋼(Ⅱ)凝固時的成分過冷示意圖

　　以合金元素Cr，Mo和V加入鋼中，對鋼二次硬化峰值溫度來看，相應為500℃，(570～580)℃和(600～625)℃。為此，為了讓 H13鋼的使用溫度進一步提高，必須以V進行合金化，讓原來以Mo2C引起的二次硬化作用改變為以V4C3引起的二次硬化。但前面的分析已明確指出，雖然高於0.5％V可形成高穩定性的V4C3合金碳化物，依賴V4C3在回火馬氏體基體上的共格瀰散析出產生明顯的二次硬化，但要讓V4C3合金碳化物溶入A 中，需採用1050℃以上的奧氏體化溫度，這會導致A晶粒的粗化，不利於工件的塑性和韌度的提高。為了克服A晶粒粗化的弊病，必定要使鋼內存在穩定性更高的細小顆粒的碳化物來足以阻止A晶界的遷移。這樣，人們自然想到了Nb和Ti，依靠穩定性比V4C3高的NbC和TiC。又由於Ti有一定的弊病，面心立方結構的NbC就作為首選，這是國內學者合金化設計的主要思路。俞德剛[17]指出：Nb的加入量達0.04％便表現出有效的晶粒細化能力。NbC合金碳化物的有效程度首先取決Nb在奧氏體中的溶解度，Nb在奧氏體化溫度下的溶解度用下式表示：
log〔Nb〕×〔C〕＝2.96－7510／T ⑷

奧氏體中NbC的溶解度比VC和TiC低。
其次取決於NbC的低的形成自由能值，我們可以查得NbC的形成標準自由能ΔG2980＝-139.2KJ／mol[25]。由金屬學原理知道，隨ΔG的降低（絕對值的增大），均勻形核r*或非均勻形核的臨界核心尺寸r*非變小[23]：

r*非＝-2γ／ΔGv ⑸

　　式中γ為界面能，ΔGv這兒可看作為碳化物的形成自由能。請注意r*值小是瀰散析出強化的前提要求。有報導，質點直徑達10-10m數量級會有制止變形後亞結構的恢復和奧氏體再結晶的作用[26]。同時NbC在奧氏體中的溶解終結溫度為2876℃，即說明NbC在一般的奧氏體化溫度（如 1070℃）是不會全溶解掉的，能確實起到制止A晶粒粗化的作用。

　　我國早在上世紀80年代開展研究，並列入航空部標準的 3Cr3Mo3VNb鋼[27]中加入V的量為（0.60～0.80）％，加入Nb的量約 (0.08~0.15)%。該鋼具有降低加熱時的過熱敏感性,高溫強度高,熱穩定性高,塑性韌度高,耐冷熱疲勞性好和耐熱磨損性優良特點,可用於製作鋁合金、銅合金壓鑄模、不銹耐熱鋼和高溫合金精鍛模具等。我們認為，上述的分析將提供了有力的說明。李麟和吳曉春[28]對新型模具鋼合金成分設計中也考慮加入鈮，指出4Cr5Mo3SiVNb鋼在650℃回火時仍保持45HRC硬度和能進一步提高綜合機械性能。

　　 Uddeholm公司為了開發耐溫度達650℃時具有高壽命的熱作模具鋼，提出含碳含硅較高的低Cr高Mo的HOTVAR專利鋼。該鋼同時兼具優良的耐熱磨損性、高溫強度和熱態硬度，特別適用於製作易於在熱磨損或塑性變形條件下失效的模具。這些模具有鋁管擠壓模具，熱彎曲、熱校正模，進級鍛打、擺鍛、滾鍛和溫鍛（在650℃~950℃範圍內鍛造）條件下工作的模具等。該鋼相應的化學成分為：0.55C-1.0Si-0.75Mn-2.6Cr -2.25Mo-0.85V[29]。這也是具有特色的工作。

　　本文相當詳盡從鋼的強韌化設計和金屬學原理相關理論出發分析H13鋼的化學成分及其對鋼的組織結構和性能的影響,闡明近年來國內外H13鋼的成分改進和發展,以使人們能更好研究開發、製造和處理H13鋼,並生產出高質量、低成本的模具製成品,走向國際,創建名牌。為了更進一步提高模具使用壽命,對模具的表面進行改性[30],已愈來愈得到人們的青睞。

4. 結束語

　　H13熱作模具鋼屬於具有二次硬化效應的超高強度鋼。應用鋼的強韌化設計和金屬學原理相關理論可以相當完善的分析和確定H13鋼的化學成分,並瞭解化學成分對鋼的組織結構和性能的影響。在此基礎上,國內外很多學者正在努力探究和拓展H13鋼,以獲得具有較低冶煉成本、合金化最合理的、又具有最佳組織結構和優良性能的鋼種。現在,低Si高Mo的合金化途徑和加入Nb合金化的方法是H13鋼成分設計上的兩種趨勢。經合理合金化的高性能材料,採用優化的熱處理方法和表面改性方法,一定能確保製造出高服役壽命的模具。

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Mar 19 Wed 2008 11:00
模具 www.tool-tool.com

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模具是能生产出具有一定形状和尺寸要求的零件的一种生产工具。也就是通常人们说的模子，比如电视机、电话机的外壳、塑料桶等商品，是把塑料加热软件注进模具冷却成型生产出来的。蒸饭锅也是由金属平板用模具压成这样的形状。任何商品都是用模具制造出来的。可以说没有模具就没有产品的生产。

模具是在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。

模具具有特定的轮廓或内腔形状，具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离，即进行冲裁；内腔形状可以使坯料获得相应的立体形状。

模具一般分为两个部分：动模和定模，或凸模和凹模，它们可分可合。分开时装入坯料或取出制件，合拢时使制件与坯料分离或成形。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、压制和压塑过程中，分离或成形所需的外力通过模具施加在坯料上；在挤压、压铸和注塑过程中，外力则由气压、柱塞、冲头等施加在坯料上，模具承受的是坯料的胀力。

模具除其本身外，还需要模座、模架、导向装置和制件项出装置等，这些部件一般都是制成通用型，以适用于一定范围的不同模具。

模具的应用极为广泛，大量生产的机电产品，如汽车、自行车、缝纫机、照相机、电机、电器、仪表等，以及日用器具的制造都应用大量模具。

模具基本上是单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。模具的及时供应及其质量，直接影响产品的质量、成本和新产品研制。因此，模具生产的水平是机械制造水平的重要标志之一。

加工金属的模具按所采用的加工工艺分类，常用的有：冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、翻孔模、缩孔模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸模。用于加工非金属和粉末冶金的模具，则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和粉末冶金模等。

冲压模是用于板料冲压成形和分离的模具。成形用的模具有型腔，分离用的模具有刃口。最常用的冲压模只有一个工位，完成一道生产工序。这种模具应用普遍，结构简单，制造容易，但生产效率低。为提高生产率，可将多道冲压工序，如落料、拉深、冲孔、切边等安排在一个模具上，使坯料在一个工位上完成多道冲压工序，这种模具称为复合模。

另有将落料、弯曲、拉深、冲孔和切边等多工序安排在一个模具的不同工位上，在冲压过程中坯料依次通过多工位被连续冲压成形，至最后工位成为制件，这种模具称为级进模，又称连续模。

冲压模的特点是：精度高，尺寸准确，有些冲裁模的凸模与凹模的间隙近于0；冲压速度快，每分钟可冲压数十次至上千次；模具寿命长，有些硅钢片冲裁模寿命在几百万次以上。

煅模是用于热态金属模锻成形的模具。模锻时，坯料往往经过多次变形才能制成锻件，这就需要在一个模块上刻有几个型腔。金属依次送至各个型腔，并在型腔内塑性流动，最后充满型腔，制成锻件。在模锻成形中，坯料很难与终锻时的型腔体积相等，为了避免废品，常选用稍大一些的坯料。为此，在终锻模的上、下模分界面的型腔四周设有飞边槽，以存贮多余的金属，成形后将飞边切去。

锻模的技术特点是：有多个形式复杂的型腔；工作条件恶劣，1000℃以上炽红的钢在模具型腔内变形和流动冲刷；模具要承受锻锤的高速冲击或重负载的压下；在使用过程中常处于急冷、急热和冷热交变状态。因此，模具材料应具有很高的强度、韧性和耐磨性。热锻时还须有较高的温度强度和硬度，并经过强韧化热处理。

挤压模是用于将金属挤压成形的模具。正挤压模有一个静止的凹模和放置坯料的挤压筒，以及对坯料施加压力的冲头。反挤压模的挤压筒为凹模，冲头为凸模。由于金属需要在很大的压强下才能从凹模挤出成形，因此，挤压筒和反挤压的凹模需要有很高的强度，故常采用多层预应力组合结构。冲头和凸模的工作长度宜短，避免在高的压应力下发生不稳和弯曲。

压铸模是安装在压铸机上的，能够将液态金属在高压下注入型腔，并保压至金属凝固、成形的模具。它主要用于铝、锌、铜件，也可用于钢件。压铸模的结构与塑料注射模类似，它由动模与定模构成型腔，用型芯做铸件的孔腔。金属在型腔内冷却、凝固后抽出型芯，分开模具。

压铸件一般壁薄中空，有众多台、筋，形状结构复杂，尺寸要求较精确，表面较光洁。由于金属在熔融的高温下成形，因此压铸模需要采用耐高温的材料制造。

塑料模是用于塑料成形的模具。随着塑料工业的发展，塑料模需求量日益增多，其产量已占各类模具产量的首位。常用的塑料模有注射模、压塑模和挤塑模等。

塑料模工作时，所承受的压力、温度都不高，但制件数量很大，表面要求特别光洁。为此，模具材料可选用预淬硬钢，即先对模具进行热处理，达到一定硬度后再进行切削加工，以防止热处理后变形，最后再进行抛磨加工，以提高表面质量。

橡胶模是主要用于轮胎、汽车蓄电池壳、鞋底等橡胶产品成形的模具。一般是将橡胶材料夹入模具内，经蒸汽加热成形，也有与塑料注射模相似的橡胶注射模。

粉末冶金模是将固体金属粉末压制成形的模具。工作时，将金属粉末定量地倒入下模，然后上模压下、闭合、成形，再用顶料装置顶出预制坯，并送入烧结炉内烧结，遂制成粉末冶金零件。

一般粉末冶金件的空隙很大，占总体积的15％左右，成形压力不大，模具结构较简单，精度、表面粗糙度要求一般，所以对模具无特殊要求。为了减少空隙、提高密度和强度，对烧结后的坯件，再进行一次热锻，通称粉末锻造，所用的模具与模锻模相似。

由于模具是进行成型加工的工具，所以要求尺寸精确、表面光洁、结构合理、生产效率高、易于自动化；并且还要制造容易、寿命高、成本低；另外还要考虑到设计符合工艺需要，经济合理等。

模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素，模具上的易损件应容易更换。对于塑料模和压铸模，还要考虑合理的浇注系统、熔融塑料或金属流动状态，以及进入型腔的位置与方向。为了提高生产率、减少流道浇注损失，可采用多型腔模具，即在一模具内能同时完成多个相同或不同的制品。

模具的生产一般为单件、小批生产，在制造要求严格、精确。因此多采用精密的加工设备和测量装置。按结构特点，模具一般分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。

平面冲裁模可用电火花加工初成形，再用成形磨削、坐标磨削等方法进一步提高精度。坐标磨床一般用于模具的精密定位，以保证精密孔径和孔距。也可用计算机数控连续轨迹坐标磨床，磨削任何曲线形状的凸模和凹模。

型腔模主要用于立体形状工件的成形，因此在长、宽、高三个方向都有尺寸要求，形状复杂，制造难度较大。象冷挤压模、压铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型腔模，型腔模多用仿形铣床加工、电火花加工和电解加工。将仿形铣加工与数控联合应用，和在电火花加工中增加三向平动头装置，都可提高型腔的加工质量。

计算机数控多轴铣床、坐标磨削和加工中心机床，是型腔模加工的重要设备。型腔的表面研磨和抛光一般采用电动或风动工具，配以各种研磨、抛光轮和研磨膏粉，或采用超声波研磨、挤压珩磨、化学抛光等方法。三坐标测量机和光学投影比较仪是模具制造中常用的精密测量设备。

模具是精密工具，价格昂贵，必须尽量提高使用寿命。模具的正常失效形式主要有磨损、塌陷断裂、粘合等，不同用途的模具失效形式也各不相同。提高模具寿命的途径主要是根据应用条件，合理选用模具钢和确定热处理规范。

选用在使用温度下强度高的材料可防止塌陷；提高模具硬度可以减少磨损率；较高的韧性和抗疲劳性能，以及消除电加工的硬化层及加工残余应力，可以阻碍裂纹的产生和发展，防止裂断。

表面处理、润滑和选用抗粘合性能好的模具材料，是延长模具寿命的重要措施。模具工作表面和基体的要求差异很大，很难用一种材料完全合理地满足，但可以在工作部位用镶块、堆焊、喷镀和局部强化的办法提高其综合性能。此外，合理的操作使用，是消除非正常失效、减缓正常失效的另一途径。

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Mar 19 Wed 2008 10:52
炭素鋼とは？www.tool-tool.com

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炭素鋼とは、”たんそこう”と読み（英文では carbon steel）、鉄（元素記号：Fe）と炭素（元素記号：C）の合金（英文では”Alloy”といい、複数の金属元素又は金属元素と非金属元素からなる金属様のもの）のことです。

炭素鋼は、含まれる合金元素のうち、炭素含有量（C含有量）が、最低で0.02％から最大で2.14％まで含有されている合金の一種になります。

鉄鋼材料としては、最も一般的に広く利用されている材料であり、普通鋼とも言われる場合があります。

炭素鋼に限ったことではありませんが、炭素鋼には含まれる合金元素として、炭素（C）のほかに、珪素（Si）、マンガン（Mn）、りん（P）、硫黄（S）があります。

これらの元素は、意図的に成分として入れたものではなく、炭素鋼製造時に不純物として製造時に残ったものです。

炭素鋼は、焼入れ・焼戻し・焼なまし・焼ならしなどの熱処理を施すことによって、耐力・引張強さ・伸び・絞り・硬さなどの機械的性質を大幅に改良・改善することができます。

また、炭素鋼は一般に炭素（C）含有量が多くなると、引張強さや硬さがを大きくすることができますが、その反面、伸びや絞りが減少して、切削性などに劣る性質になります。

炭素鋼は、含まれる炭素含有量（C含有量）の多い・少ないにより、以下のように分類されて呼ばれる場合があります。

低炭素鋼（C含有量：0.3％以下）
中炭素鋼（C含有量：0.3％を超え0.7％未満）
高炭素鋼（C含有量：0.7％以上）

上記のように分類されるそれぞれの炭素鋼の特徴・性質などは以下のようになります。

低炭素鋼の特徴・性質: 低炭素鋼は切削性、冷間加工性、溶接性が良好。
中炭素鋼の特徴・性質: 冷間加工性、溶接性、は低炭素鋼よりやや劣るが、焼入れ・焼戻しを行うことで強度及び靭性を兼ね備えた強靭性が得られる。
高炭素鋼の特徴・性質: 焼入れ硬化性が低炭素鋼・中炭素鋼より更に大きくなるため、工具類の材料などとして使用される。特に炭素含有量（C含有量）1％以上の鋼は炭素工具鋼（SK材）として別に規定されている。

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Mar 19 Wed 2008 10:47
炭素鋼鋼管｜炭素鋼管の種類一覧及び規格の概要www.tool-tool.com

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鋼管・パイプの種類うち、鋼管の材料・材質が炭素鋼鋼管で製造される鋼管・パイプのJIS規格を、英文（英語名）のタイトルとその規格の概要とともに以下にリストアップします。

JIS A 5525 鋼管ぐい: Steel pipe piles
概要：
土木・建築などの構造物の基礎に使用する溶接鋼管ぐいについて。
地すべり抑止用のくいを含み、地すべり抑止用の継目無鋼管及び遠心力鋳鋼管には、それぞれ、JIS G 3444 及び JIS G 5201 がある。
くいの種類には、SKK400とSKK490 の2種類がある。
種類の記号、くいの構成及び各部の呼び名、化学成分、機械的性質、溶接材料及び付属品、形状・寸法・質量・及びその許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS A 5530 鋼管矢板: Steel pipe sheet piles
概要：
土留め、締切り、構造物の基礎などに使用する鋼管矢板について。
鋼管矢板の種類には、SKY400とSKY490 の2種類がある。
鋼管矢板の記号、鋼管矢板の構成及び各部の呼び名、化学成分、機械的性質、溶接材料並びに継手・連結継手及び付属品、形状・寸法・質量・及びその許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS F 3993 作業船用船外排送管: Discharge pipes for dredger
概要：
主としてポンプしゅんせつ船に用いる船外排送管について。
船外排送管には、沈設管（海中に布設するもの）、海上管（海上に布設するもの）、陸上管（陸上に布設するもの）の3種類がある。
船外排送管の管部の材料には、呼び径400以下のものは、JIS G 3444（一般構造用炭素鋼鋼管）又はJIS G 3452（配管用炭素鋼管）に規定するSGPが用いられ、呼び径400を超えるものは、JIS G 3101（一般構造用圧延鋼材）のSS400が用いられる。
JIS G 3442 水配管用亜鉛めっき鋼管: 英文（英語名）：
Galvanized steel pipes for ordinary piping
概要：
水道用及び給水用以外の水配管（空調、消化、排水などをいう）に用いる亜鉛めっき鋼管について。
配管用炭素鋼鋼管（SGP）を原管とし、亜鉛めっきを施して耐食性を増した鋼管。亜鉛の付着量は配管用炭素鋼鋼管（SGP）の白管より多い。静水頭100m以下で上水道以外の空調，消火、排水、工業用水等の水配管に幅広く使用される。
水配管用亜鉛めっき鋼管の記号は、『SGPW』で表される。
種類及び記号、材料及び製造方法、亜鉛めっき試験特性、寸法・寸法許容差及び質量、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3444 一般構造用炭素鋼鋼管: Carbon steel tubes for general structural purposes
概要：
土木、建築、鉄塔、足場、支柱、地すべり抑止ぐい、その他の構造物に使用する炭素鋼鋼管について。
ここで規定する一般構造用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管及び外径318.5mm未満の溶接鋼管に限るものであり、外径318.5mm以上の溶接鋼管の基礎ぐい及び地すべり抑止ぐいには適用しない。
構造物の基礎ぐい及び地すべり抑止ぐいには、JIS A 5525（鋼管ぐい）、遠心力鋳鋼管の地すべり抑止ぐいには、JIS G 5201（溶接構造用遠心力鋳鋼管）がある。
一般構造用炭素鋼鋼管の種類は3種類とし、その記号は以下の通り。
・STK290
・STK400
・STK490
・STK500
・STK540
上記の一般構造用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管、電気抵抗溶接鋼管、鍛接鋼管或いは自動アーク溶接鋼管のいずれかの方法によって製造される。
種類及び記号、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3445 機械構造用炭素鋼鋼管: Carbon steel tubes for machine structural purposes
概要：
機械、自動車、自転車、家具、器具、その他の機械部品に使用する炭素鋼鋼管について。
ここで規定する一般構造用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管及び外径318.5mm未満の溶接鋼管に限るものであり、外径318.5mm以上の溶接鋼管の基礎ぐい及び地すべり抑止ぐいには適用しない。
構造物の基礎ぐい及び地すべり抑止ぐいには、JIS A 5525（鋼管ぐい）、遠心力鋳鋼管の地すべり抑止ぐいには、JIS G 5201（溶接構造用遠心力鋳鋼管）がある。
一般構造用炭素鋼鋼管の記号の種類は以下の種類が規定されている。
・STKM11A（1種A）
・STKM12A（12種A）
・STKM12B（12種B）
・STKM12C（12種C）
・STKM13A（13種A）
・STKM13B（13種B）
・STKM13C（13種C）
・STKM14A（14種A）
・STKM14B（14種B）
・STKM14C（14種C）
・STKM15A（15種A）
・STKM15C（15種C）
・STKM16A（16種A）
・STKM16C（16種C）
・STKM17A（17種A）
・STKM17C（17種C）
・STKM18A（18種A）
・STKM18B（18種B）
・STKM18C（18種C）
・STKM19A（19種A）
・STKM19C（19種C）
・STKM20A（20種A）
上記の一般構造用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管、電気抵抗溶接鋼管、鍛接鋼管或いは自動アーク溶接鋼管のいずれかの方法によって製造されるが、必要な場合には鋼管に適切な熱処理を施してもよい。
種類及び記号、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3452 配管用炭素鋼管: 英文（英語名）：
Carbon steel pipes for ordinary piping
概要：
使用圧力の比較的低い蒸気、水（上水道用を除く）、油、ガス、空気などの配管に用いる炭素鋼管について。
流体の輸送用、SGPを原管としたプラスティックライニング鋼管（上水道用）、耐溝状腐食電縫鋼管（電気抵抗溶接鋼管の溶接部に発生する恐れのある溝状腐食の防止対策を施したもの）などとしても利用される。
一般に、SGPと呼ばれ広く利用されている炭素鋼鋼管。
SGP配管用炭素鋼管は、亜鉛めっきの有無によって、黒管（亜鉛めっきを行わないパイプ）と白管（亜鉛めっきを行ったパイプ。SGP-ZNと表記して黒管と区別する場合がある。）に区分される。
配管用炭素鋼管（SGP）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、亜鉛メッキの均一性、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3454 圧力配管用炭素鋼鋼管: 英文（英語名）：
Carbon steel pipes for pressure service
概要：
350℃程度以下で使用する圧力配管に用いる炭素鋼鋼管について。
ただし、高圧配管用炭素鋼鋼管は、JIS G 3455 による。適用する外径の標準寸法は、10.5mm～660.4mmの範囲とする。
圧力配管用炭素鋼鋼管の種類は2種類とし、その記号は以下の通り。
・STPG370
・STPG410
SGP配管用炭素鋼管と同様、亜鉛めっきの有無により、それぞれ黒管と白管とがある。
圧力配管用炭素鋼鋼管（STPG）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、亜鉛メッキの試験特性、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3455 高圧配管用炭素鋼鋼管: 英文（英語名）：
Carbon steel pipes for high pressure service
概要：
350℃以下で使用圧力が高い配管に用いる炭素鋼鋼管について。
高圧配管用炭素鋼鋼管の種類は3種類とし、その記号は以下の通り。
・STS370
・STS410
・STS480
高圧配管用炭素鋼鋼管（STS）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
この規格の対応国際規格は以下となる。
・ISO 9329-2:1997 Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Unalloyed and alloyed steels with specified elevated temperature properties
JIS G 3456 高温配管用炭素鋼管: 英文（英語名）：
Carbon steel pipes for high temperature service
概要：
350℃を超える温度で使用する配管に用いる炭素鋼管について。
高温配管用炭素鋼管管の種類は3種類とし、その記号は以下の通り。
・STPT370
・STPT410
・STPT480
高温配管用炭素鋼管（STPT）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差水圧試験特性又は非破壊検査特性、、外観、試験、検査、表示など。
この規格の対応国際規格は以下となる。
・ISO 9329-2:1997 Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Unalloyed and alloyed steels with specified elevated temperature properties
・ISO 9330-2:1997 Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified elevated temperature properties
JIS G 3457 配管用アーク溶接炭素鋼鋼管: 英文（英語名）：
Arc welded carbon steel pipes
概要：
使用圧力の比較的低い蒸気、水、ガス、空気などの配管に用いるアーク溶接炭素鋼鋼管について。
配管用アーク溶接炭素鋼鋼管の種類は1種類であり、STPY400 の記号で表される。
配管用アーク溶接炭素鋼鋼（STPY400）の種類及び記号、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3460 低温配管用鋼管: 英文（英語名）：
Steel pipes for low temperature service
概要：
氷点以下の特に低い温度で用いる配管用鋼管について。
低温配管用鋼管の種類は3種類とし、その記号は以下の通り。
・STPL380（炭素鋼鋼管）
・STPL450（ニッケル鋼鋼管）
・STPL690（ニッケル鋼鋼管）
低温配管用鋼管（STPL）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
この規格の対応国際規格は以下となる。
・ISO 9329-3:1997 Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Unalloyed and alloyed steels with specified low temperature properties
・ISO 9330-3:1997 Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified low temperature properties
なお、JIS G 3459（配管用ステンレス鋼管）及びJIS G 3468（配管用溶接大径ステンレス鋼管）に規定するオーステナイト系ステンレスパイプは、低温配管用鋼管として使用することができる。
JIS G 3461 ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管: Carbon steel boiler and heat exchanger tubes
概要：
配管の内部流体と外部との間で熱の授受を行うための熱交換用鋼管（熱伝達用鋼管）の炭素鋼鋼管、例えば、水管、煙管、過熱器、空気予熱器や、化学工業・石油工業・環境プラントなどの熱交換器、コンデンサ管、触媒管などに使用される炭素鋼鋼管について。
ただし、JIS G 3467（加熱炉用鋼管）とJIS G 3464（低温熱交換器用鋼管）には適用されない。
ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管の種類は以下の3種類が規定されている。
・STB340
・STB410
・STB510
ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管又は電気抵抗溶接鋼管のいずれかの方法によって製造され、それぞれの鋼種に適した熱処理（焼ならし、低温焼なまし焼ならし又は完全焼なましなど）が施される。
ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管（STB）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3464 低温熱交換器用鋼管: Steel heat exchanger tubes for low temperature service
概要：
氷点以下の特に低い温度で配管の内部流体と外部との間で熱の授受を行うための熱交換用鋼管（熱伝達用鋼管）の炭素鋼鋼管、例えば、熱交換器、コンデンサ管、触媒管などに使用される鋼管について。
低温熱交換器用鋼管の種類には3種類があり、炭素鋼鋼管としては、以下の1種類が規定されている。
・STBL380（炭素鋼鋼管）
その他の2種類は以下の合金鋼鋼管（ニッケル鋼鋼管）がある。
・STBL450（ニッケル鋼鋼管）
・STBL690（ニッケル鋼鋼管）
低温熱交換器用鋼管は、STBL380とSTBL450は継目無鋼管又は電気抵抗溶接鋼管のいずれかの方法によって製造され、焼ならし、焼ならし後焼戻し、又は焼入れ焼戻しの熱処理が施される。
STBL690は継目無鋼管として製造され、2回焼ならし後焼戻し、又は、焼入れ焼戻しの熱処理が施される。
低温熱交換器用鋼管（STBL）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3466 一般構造用角形鋼管: Carbon steel square and rectangular tubes for general structure
概要：
土木・建築その他の構造物に用いる角形鋼管について。
角形鋼管の種類は以下の2種類が規定されている。
・STKR400
・STKR490
角形鋼管は、溶接鋼管（電気抵抗溶接、鍛接又は自動アーク溶接のいずれか）又は継目無鋼管を角形に成形して製造するか、又は鋼帯を角形断面若しくは一対の溝形断面に成形し、連続的に電気抵抗溶接又は自動アーク溶接によって製造される。通常は熱処理を行わない。
種類及び記号、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3467 加熱炉用鋼管: 英文（英語名）：
Steel tubes for fired heater
概要：
主に石油精製工業、石油化学工業などの加熱炉においてプロセス流体加熱のために用いる炭素鋼鋼管、合金鋼鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼鋼管及びニッケルクロム鉄合金管について。
加熱炉用鋼管の種類は19種類とし、炭素鋼鋼管としては、以下の1種類が規定されている。
・STF410（炭素鋼鋼管）
その他の18種類は以下の合金鋼鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼鋼管及びニッケルクロム鉄合金管がある。
・STFA12（モリブデン鋼鋼管）
・STFA22（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA23（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA24（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA25（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA26（クロムモリブデン鋼鋼管）
・SUS304TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS304HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS309TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS310TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS316TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS316HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS321TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS321HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS347TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS347HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・NCF800TF（ニッケルクロム鉄合金管）
・NCF800HTF（ニッケルクロム鉄合金管）
加熱炉用鋼管の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、オーステナイト結晶粒度、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3469 ポリエチレン被覆鋼管: Polyethylene coated steel pipes
概要：
ガス、油、水などの輸送に用いるもので、主に地中埋設用の外面ポリエチレン被覆鋼管について。
外面ポリエチレン被覆鋼管の原管は、呼び径15A～2000Aの直管の材料として、JIS G 3452（配管用炭素鋼管）、JIS G 3454（圧力配管用炭素鋼鋼管）又は JIS G 3457（配管用アーク溶接炭素鋼鋼管）に規定する炭素鋼鋼管が用いられる。
これ以外の原管が必要な場合は、受渡当事者間の協定による。
JIS G 3472 自動車構造用電気抵抗溶接炭素鋼鋼管: Electric resistance welded carbon steel tubes for automobile
概要：
自動車構造用に使用する電気抵抗溶接炭素鋼鋼管について。
適用する外径の標準寸法は、15.9mm～101.6mm。
自動車構造用電気抵抗溶接炭素鋼鋼管の種類は以下の11種類が規定されている。
・STAM290GA（G種：自動車構造用一般部品に用いる管）
・STAM290GB（G種：同上）
・STAM340G（G種：同上）
・STAM390G（G種：同上）
・STAM440G（G種：同上）
・STAM470G（G種：同上）
・STAM500G（G種：同上）
・STAM440H（H種：自動車構造用のうち特に降伏強度を重視した部品に用いる管）
・STAM470H（H種：同上）
・STAM500H（H種：同上）
・STAM540H（H種：同上）
自動車構造用電気抵抗溶接炭素鋼鋼管は、電気抵抗溶接鋼管として製造され、製造のままとするか、それぞれの鋼種に適した熱処理が施される。
記号及び種類、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3473 シリンダチューブ用炭素鋼鋼管: Carbon steel tubes for cylinder barrels
概要：
内面を切削又はホーニング加工を行ってピストン形の油圧シリンダのシリンダチューブを製造するのに用いる炭素鋼鋼管について。
適用する内径の推奨寸法は、32.0mm～200.0mmの範囲とする。
シリンダチューブ用炭素鋼鋼管の種類は以下の7種類が規定されている。
・STC370（切削用）
・STC440（ホーニング用）
・STC510A（切削用及びホーニング用）
・STC510B（ホーニング用）
・STC540（切削用及びホーニング用）
・STC590A（ホーニング用）
・STC590B（切削用）
シリンダチューブ用炭素鋼鋼管は、継目無鋼管又は電気抵抗溶接鋼管として製造され、製造のままとするか、それぞれの鋼種に適した熱処理（応力除去焼なまし）が施される。
記号及び種類、製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3474 鉄塔用高張力鋼管: High tensile strength steel tubes for tower structural purposes
概要：
主として送電鉄塔用に用いる高張力鋼管について。
鉄塔用高張力鋼管の種類は以下の2種類が規定されている。
・STKT540
・STKT590
高張力鋼管の炭素当量は、0.40％以下とする。
鉄塔用高張力鋼管は、電気抵抗溶接鋼管又はアーク溶接鋼管（ストレートシーム）として製造され、原則として熱処理は行われない。
記号及び種類、製造方法、化学成分、機械的性質、炭素当量、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3475 建築構造用炭素鋼管: Carbon steel tubes for building structure
概要：
主に建築構造物に用いる炭素鋼管管について。
構造物の基礎くいは、JIS A 5525（鋼管ぐい）による。
建築構造用炭素鋼管の種類は以下の3種類が規定されている。
・STKN400W
・STKN400B
・STKN490B
建築構造用炭素鋼管の炭素当量は、STKN400W及びSTKN400Bは0.36％以下、STKN490Bは0.44％以下とする。
建築構造用炭素鋼管は、継目無鋼管、電気抵抗溶接鋼管、鍛接鋼管又はアーク溶接鋼管（ストレートシーム）として製造され、製造のまま（熱間又は温間又は冷間成形）、又はこれに適当な熱処理を行うものとする。
記号及び種類、製造方法、化学成分、炭素当量又は溶接割れ感受性組成、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 5201 溶接構造用遠心力鋳鋼管: Centrifugally cast steel pipes for welded structure
概要：
圧延鋼材、鍛鋼品又は他の鋳鋼品との溶接構造に用いる特に溶接性の優れた、管の厚さ8mm以上150mm以下の溶接構造用遠心力鋳鋼管について。
溶接構造用遠心力鋳鋼管の種類の記号は以下の通り。
・SCW410-CF
・SCW480-CF
・SCW490-CF
・SCW520-CF
・SCW570-CF
種類の記号、化学成分及び炭素当量、機械的性質、形状及び寸法、外観、健全性、製造方法、試験、検査、表示など。
JIS G 5202 高温高圧用遠心力鋳鋼管: 英文（英語名）：
Centrifugally cast steel pipes for high temperature and high pressure service
概要：
主として高温で使用される遠心力鋳鋼管について。
高温高圧用遠心力鋳鋼管の種類の記号は以下の通り。炭素鋼鋼管としては、SCPH1-CFとSCPH2-CF の2種類がある。
・SCPH1-CF（炭素鋼）
・SCPH2-CF（炭素鋼）
・SCPH11-CF（0.5％モリブデン鋼）
・SCPH21-CF（1％クロム0.5％モリブデン鋼）
・SCPH32-CF（2.5％クロム1％モリブデン鋼）
化学成分、機械的性質、オーステナイト結晶粒度、水圧試験特性又は非破壊検査特性、寸法許容差、外観、製造方法、試験、検査、表示など。
JIS G 7215 機械構造用プレーンエンド継目無鋼管（ＩＳＯ仕様）: Plain end seamless steel tubes for mechanical application (ISO specifications)
概要：
機械工業及び一般工業用の熱間仕上げ継目無鋼管の特性について。
機械構造用プレーンエンド継目無鋼管は、製造したまま又は更に機械加工を行った後に使用することを意図している。
機械構造用プレーンエンド継目無鋼管の種類の記号は以下の通り。
・TS1
・TS4
・TS9
・TS18
・C35
材料、製品の製造、受渡時の製品状態、化学成分、機械的性質及び技術的性質、外観、寸法及び寸法許容差、試験、検査文書、表示など。
JIS G 7216 プレーンエンドの継目無精密鋼管－技術的受渡条件（ＩＳＯ仕様）: Plain end seamless precision steel tubes -- Technical conditions for delivery (ISO specifications)
概要：
R28、R33、R37、R44 及び R50 の記号の種類から製造され、精密寸法許容差をもち、かつ、本規格の寸法表に示す ISO 4200 から選択された寸法のプレーンエンドの継目無鋼管の技術的受渡条件について。
この規格による鋼管は、寸法精度及び必要な場合、薄肉で表面仕上げが重要となる用途に主に使用する。
この種の鋼管を、水配管用設備に使用する場合は、必ず焼なまし又は焼ならし状態で使用しなければならない。
JIS G 7217 プレーンエンドの溶接精密鋼管－技術的受渡条件（ＩＳＯ仕様）: Plain end welded precision steel tubes -- Technical conditions for delivery (ISO specifications)
概要：
R28、R33、R37、R44 及び R50 の記号の種類から製造され、精密寸法許容差をもち、かつ、本規格の寸法表に示す ISO 4200 から選択された寸法のプレーンエンドの溶接鋼管の技術的受渡条件について。
この規格による鋼管は、寸法精度及び必要な場合、薄肉で表面仕上げが重要となる用途に主に使用する。
この種の鋼管を、水配管用設備に使用する場合は、必ず焼なまし又は焼ならし状態で使用しなければならない。
JIS G 7218 プレーンエンドの溶接及び定径精密鋼管－技術的受渡条件（ＩＳＯ仕様）: Plain end as-welded and sized precision steel tubes -- Technical conditions for delivery (ISO specifications)
概要：
溶接後サイジングされ、R28、R33、R37、R44 及び R50 の記号の種類から製造され、精密寸法許容差をもち、かつ、本規格の寸法表に示す ISO 4200 から選択された寸法のプレーンエンドの溶接鋼管の技術的受渡条件について。
この規格による鋼管は、寸法精度及び必要な場合、薄肉で表面仕上げが重要となる用途に主に使用する。
この種の鋼管を、水配管用設備に使用する場合は、必ず焼なまし又は焼ならし状態で使用しなければならない。
JIS G 7219 圧力用継目無鋼管－技術的受渡条件－第１部：室温用炭素鋼管（ＩＳＯ仕様）: Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 1: Unalloyed steels with specified room temperature properties (ISO specifications)
概要：
室温用炭素鋼から製造され、円形断面をもつ継目無鋼管に関する技術的受渡条件について。
これらの室温用炭素鋼管は、圧力下での流体の輸送を含む圧力下での使用を前提としている。
適用規格及び規定によっては、これらの室温用炭素鋼管の使用を350℃まで許容する。
室温用炭素鋼管の種類の記号は以下の通り。
・TS360
・TS410
・TS430
・TS500
記号及び用語、製造工程、治金特性、寸法、質量及び許容差、外観及び健全性、検査及び試験、表示、保護など。
JIS G 7220 圧力用継目無鋼管－技術的受渡条件－第２部：高温用炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Unalloyed and alloyed steels with specified elevated temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、高温特性が規定された円形断面をもつ継目無鋼管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、高温下、例えば、蒸気発生装置の製造、連結配管などで使用されるもので、高圧下での使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格は、非円形断面をもつ鋼管の製造に対しても、基本規格として使用してもよい。
この場合、この規格に規定されている化学成分及び機械的性質の規定値は適用してもよいが、そのほかの規定値については、受渡当事者間の協定による。
この規格に規定されている炭素鋼管の種類の記号には以下がある。
・PH23
・PH26
・PH29
・PH35
JIS G 7221 圧力用継目無鋼管－技術的受渡条件－第３部：低温用炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Unalloyed and alloyed steels with specified low temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、低温じん性特性が規定された円形断面をもつ継目無鋼管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、低温配管システムの使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格は、非円形断面をもつ鋼管の製造に対しても、基本規格として使用してもよい。
この場合、この規格に規定されている化学成分及び機械的性質の規定値は適用してもよいが、そのほかの規定値については、受渡当事者間の協定による。
この規格に規定されている炭素鋼管の種類の記号には以下がある。
・PL21
・PL23
・PL25
・PL26
JIS G 7223 圧力用溶接鋼管－技術的受渡条件－第１部：室温用炭素鋼管（ＩＳＯ仕様）: Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 1: Unalloyed steel tubes with specified room temperature properties (ISO specifications)
概要：
室温要炭素鋼から製造され、円形断面をもつ溶接管の技術的受渡条件について。
これら鋼管は、圧力下での流体の輸送を含む圧力下での使用を前提としている。
適用規格及び規定によっては、これらの室温用炭素鋼管の使用を350℃まで許容する。
室温用炭素鋼管の種類の記号は以下の通り。
・TW320
・TW360
・TW410
・TW430
・TW500
記号及び名称、製造工程、治金特性、寸法、質量及び許容差、外観及び健全性、検査及び試験、表示、保護など。
JIS G 7224 圧力用溶接鋼管－技術的受渡条件－第２部：高温用電気抵抗溶接炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified elevated temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、高温特性が規定された円形断面をもつ厚さが16mm以下の電気抵抗（Electric resistance and induction）溶接管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、高温下、例えば、蒸気発生装置の製造、連結配管などで使用されるもので、高圧下での使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格に規定されている炭素鋼管の種類の記号には以下がある。
・PH23
・PH26
・PH27
・PH35
JIS G 7225 圧力用溶接鋼管－技術的受渡条件－第３部：低温用電気抵抗溶接炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified low temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、低温じん性特性が規定された円形断面をもつ厚さが16mm以下の電気抵抗（Electric resistance and induction）溶接管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、低温配管システムの使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格に規定されている炭素鋼管の種類の記号には以下がある。
・PL21
・PL23
・PL25
・PL26

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Mar 19 Wed 2008 10:30
合金鋼とは？www.tool-tool.com

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.

まず、合金鋼とはどんなものでしょうか。

合金鋼とは、”ごうきんこう”と読み（英文では alloy steel 或いは alloyed steel）、鋼（炭素鋼）の性質を改善向上させるため、或いは鋼に所定の性質をもたせるために、クロム（Cr）やニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）などの合金元素を1種類以上添加して焼き入れ熱処理の効果を高めるなどの改善を施した鋼種のことです。

なお、特殊鋼という言葉が使われる場合がありますが、特殊鋼は合金鋼と同じ意味合いで使われる場合が多いようです。

合金鋼に添加される合金元素の含有量の基準は、ISOや関税協力理事会（Customs Co-operation Council）で若干異なりますが、それぞれ、以下のように各々の元素添加量の化学成分の下限（最低含める量）が定められています。

合金鋼における合金元素の化学成分の含有量下限値（％）：ISOの場合: Al （アルミニウム）： 0.1
B （ホウ素）： 0.0008
Co （コバルト）： 0.1
Cr （クロム）： 0.3
Cu （銅）： 0.4
La （ランタン）： 0.05
Mo （モリブデン）： 0.08
Nb （ニオブ）： 0.06
Ni （ニッケル）： 0.3
Pb （鉛）： 0.4
Se （セレン）： 0.1
Te （テルル）： 0.1
Ti （チタン）： 0.05
V （バナジウム）： 0.1
W （タングステン）： 0.1
Zr （ジルコニウム）： 0.05
合金鋼における合金元素の化学成分の含有量下限値（％）：関税協力理事会の場合: Al （アルミニウム）： 0.3
B （ホウ素）： 0.0008
Cr （クロム）： 0.3
Co （コバルト）： 0.3
Cu （銅）： 0.4
Pb （鉛）： 0.4
Mn （マンガン）： 1.65
Mo （モリブデン）： 0.08
Ni （ニッケル）： 0.3
Nb （ニオブ）： 0.06
Si （ケイ素）： 0.6
Ti （チタン）： 0.05
W （タングステン）： 0.3
V （バナジウム）： 0.1
Zr （ジルコニウム）： 0.05
その他 S（硫黄）、P（りん）、C（炭素）、N（窒素）を除く： 0.1

加えられる合金元素の化学成分が上記の値に満たない鋼は、一般には合金鋼ではなく、炭素鋼に分類されます。

合金鋼は、これらの合金元素の含有量の合計量の多い・少ないにより、便宜上、以下のように分類されて呼ばれる場合があります。

低合金鋼（合金元素の合計量：5％以下）
中合金鋼（合金元素の合計量：5％を超え10％未満）
高合金鋼（合金元素の合計量：10％以上）

主な合金鋼には以下などがあります。

クロム鋼
ニッケルクロム鋼
クロムモリブデン鋼（クロモリ）
マンガンモリブデン鋼
ニッケルクロムモリブデン鋼
高速度工具鋼（ハイス又は高速度鋼）
熱間又は冷間工具鋼
高張力鋼（ハイテン又は高抗張力鋼）
マルテンサイト系ステンレス鋼
珪素鋼（電磁鋼：無方向性鋼板、方向性鋼板）

合金鋼の用途としては、切削用ほか各種の工具材料をはじめ、冷間・熱間金型、プレス型、ダイキャスト型、プラスチック型、シャフト、ボルト、ギア、軸類、ピン、歯車、金属刃物、機械部品一般など、幅広く利用されています。

合金鋼は、JIS規格においては、”機械構造用合金鋼鋼材”として、以下のJISに規定されています。

JIS G 4053 機械構造用合金鋼鋼材

※かつては合金鋼の鋼種ごとに、以下のJIS規格がそれぞれ規定されていましたが、最近になって以下のJIS規格は旧規格となり上記の JIS G 4053（機械構造用合金鋼鋼材）に統合されています。
・JIS G 4102 ニッケルクロム鋼鋼材
・JIS G 4103 ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材
・JIS G 4104 クロム鋼鋼材
・JIS G 4105 クロムモリブデン鋼鋼材
・JIS G 4106 機械構造用マンガン鋼鋼材及びマンガンクロム鋼鋼材

JIS G 4053（機械構造用合金鋼鋼材）では、熱間圧延・熱間鍛造など熱間加工によって作られたもので、通常更に鍛造・切削・冷間引抜きなどの加工と焼入れ・焼戻し、焼ならし、浸炭焼入れなどの熱処理を行い、主として機械構造用に使用される合金鋼鋼材として、以下の39種類の記号で表される合金鋼が機械構造用合金鋼鋼材として規定されています。

SMn420（マンガン鋼）
SMn433（マンガン鋼）
SMn438（マンガン鋼）
SMn443（マンガン鋼）
SMnC420（マンガンクロム鋼）
SMnC443（マンガンクロム鋼）
SCr415（クロム鋼）
SCr420（クロム鋼）
SCr430（クロム鋼）
SCr435（クロム鋼）
SCr440（クロム鋼）
SCr445（クロム鋼）
SCM415（クロムモリブデン鋼）
SCM418（クロムモリブデン鋼）
SCM420（クロムモリブデン鋼）
SCM421（クロムモリブデン鋼）
SCM425（クロムモリブデン鋼）
SCM430（クロムモリブデン鋼）
SCM432（クロムモリブデン鋼）
SCM435（クロムモリブデン鋼）
SCM440（クロムモリブデン鋼）
SCM445（クロムモリブデン鋼）
SCM822（クロムモリブデン鋼）
SNC236（ニッケルクロム鋼）
SNC415（ニッケルクロム鋼）
SNC631（ニッケルクロム鋼）
SNC815（ニッケルクロム鋼）
SNC836（ニッケルクロム鋼）
SNCM220（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM240（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM415（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM420（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM431（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM439（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM447（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM616（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM625（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM630（ニッケルクロムモリブデン鋼）
SNCM815（ニッケルクロムモリブデン鋼）

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Mar 19 Wed 2008 10:24
合金鋼鋼管｜合金鋼管の種類一覧及び規格の概要www.tool-tool.com

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鋼管・パイプの種類うち、鋼管の材料・材質が合金鋼鋼管で製造される鋼管・パイプのJIS規格を、英文（英語名）のタイトルとその規格の概要とともに以下にリストアップします。

JIS G 3429 高圧ガス容器用継目無鋼管: Seamless steel tubes for high pressure gas cylinder
概要：
JIS B 8230（小形継目なし鋼製高圧ガス容器）及び JIS B 8241（継目なし鋼製高圧ガス容器）に規定する鋼製高圧ガス容器の製造に用いる継目無鋼管について。
高圧ガス容器用継目無鋼管の種類には、以下の5種類の記号で表される鋼管がある。
・STH11（マンガン鋼鋼管）
・STH12（マンガン鋼鋼管）
・STH21（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STH22（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STH31（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼管）
種類及び記号、製造方法、化学成分、水圧試験特性又は非破壊検査特性、寸法及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3441 機械構造用合金鋼鋼管: Alloy steel tubes for machine purposes
概要：
機械、自動車その他の機械部品に使用する合金鋼鋼管について。
機械構造用合金鋼鋼管の種類には、以下の7種類の記号で表される鋼管がある。
・SCr420TK（クロム鋼）
・SCM415TK（クロムモリブデン鋼）
・SCM418TK（クロムモリブデン鋼）
・SCM420TK（クロムモリブデン鋼）
・SCM430TK（クロムモリブデン鋼）
・SCM435TK（クロムモリブデン鋼）
・SCM440TK（クロムモリブデン鋼）
上記の機械構造用合金鋼鋼管は、継目無く製造するか、又は電気抵抗溶接によって製造する。
通常、製造のまま、又は冷間仕上げのまま、若しくは焼なましを施すものとする。ただし、必要な場合には、注文者は焼なまし以外の適切な熱処理を指定してもよい。
種類及び記号、製造方法、化学成分、寸法及び寸法許容差、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3458 配管用合金鋼鋼管: Alloy steel pipes
概要：
主に高温度の配管に用いる合金鋼鋼管について。
配管用合金鋼鋼管の種類は7種類とし、その記号は以下の通り。
・STPA12（モリブデン鋼鋼管）
・STPA20（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STPA22（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STPA23（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STPA24（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STPA25（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STPA26（クロムモリブデン鋼鋼管）
配管用合金鋼鋼管（STPA）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
この規格の対応国際規格は以下となる。
・ISO 9329-2:1997 Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Unalloyed and alloyed steels with specified elevated temperature properties
JIS G 3460 低温配管用鋼管: Steel pipes for low temperature service
概要：
氷点以下の特に低い温度で用いる配管用鋼管について。
低温配管用鋼管の種類には3種類があり、合金鋼鋼管としては以下の記号で表される2種類がある。
・STPL450（ニッケル鋼鋼管）
・STPL690（ニッケル鋼鋼管）
上記の合金鋼鋼管のほか、以下の炭素鋼鋼管も規定されている。
・STPL380（炭素鋼鋼管）
低温配管用鋼管の製造方法（STPL）、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
この規格の対応国際規格は以下となる。
・ISO 9329-3:1997 Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Unalloyed and alloyed steels with specified low temperature properties
・ISO 9330-3:1997 Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified low temperature properties
なお、JIS G 3459（配管用ステンレス鋼管）及びJIS G 3468（配管用溶接大径ステンレス鋼管）に規定するオーステナイト系ステンレスパイプは、低温配管用鋼管として使用することができる。
JIS G 3462 ボイラ・熱交換器用合金鋼管: Alloy steel boiler and heat exchanger tubes
概要：
配管の内部流体と外部との間で熱の授受を行うための熱伝達用鋼管の合金鋼鋼管、例えば、ボイラの水管、煙管、過熱器、空気予熱器や、化学工業・石油工業・環境プラントなどの熱交換器、コンデンサ管、触媒管などに使用される合金鋼鋼管について。
ただし、JIS G 3467（加熱炉用鋼管）とJIS G 3464（低温熱交換器用鋼管）には適用されない。
ボイラ・熱交換器用合金鋼管の種類に以下の8種類の合金鋼鋼管が規定されている。
・STBA12（モリブデン鋼鋼管）
・STBA13（モリブデン鋼鋼管）
・STBA20（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STBA22（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STBA23（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STBA24（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STBA25（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STBA26（クロムモリブデン鋼鋼管）
ボイラ・熱交換器用合金鋼管は、継目無鋼管又は電気抵抗溶接鋼管のいずれかの方法によって製造され、それぞれの鋼種に適した熱処理（低温焼なまし、等温焼なまし、完全焼なまし、焼ならし又は焼ならし後焼戻し、完全焼なまし又は焼ならし後焼戻し）が施される。
ボイラ・熱交換器用合金鋼管（STBA）の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3464 低温熱交換器用鋼管: Steel heat exchanger tubes for low temperature service
概要：
氷点以下の特に低い温度で配管の内部流体と外部との間で熱の授受を行うための熱交換用鋼管、例えば、化学工業、冷凍用熱交換器などに使用される鋼管について。
低温熱交換器用鋼管の種類には3種類があり、合金鋼鋼管としては以下の記号で表される2種類がある。
・STBL450（ニッケル鋼鋼管）
・STBL690（ニッケル鋼鋼管）
上記の合金鋼鋼管のほか、以下の炭素鋼鋼管も規定されている。
・STBL380（炭素鋼鋼管）
低温熱交換器用鋼管は、継目無鋼管又は電気抵抗溶接鋼管のいずれかの方法によって製造され、それぞれの鋼種に適した熱処理（STBL380 及び STBL450は、焼ならし、焼ならし後焼戻し、又は焼入れ焼戻し、STBL690は2回焼ならし後焼戻し又は焼入れ焼戻し）が施される。
低温熱交換器用鋼管の製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 3467 加熱炉用鋼管: Steel tubes for fired heater
概要：
主に石油精製工業、石油化学工業などの加熱炉においてプロセス流体加熱のために用いる炭素鋼鋼管、合金鋼鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼鋼管及びニッケルクロム鉄合金管について。
低温配管用鋼管の種類には19種類があり、合金鋼鋼管としては、モリブデン鋼鋼管及びクロムモリブデン鋼鋼管として以下の記号で表される6種類がある。
・STFA12（モリブデン鋼鋼管）
・STFA22（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA23（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA24（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA25（クロムモリブデン鋼鋼管）
・STFA26（クロムモリブデン鋼鋼管）
そのほかの低温配管用鋼管としては、炭素鋼鋼管、オーステナイト系ステンレス鋼鋼管及びニッケルクロム鉄合金管として、以下の種類の記号で表される13種類の鋼管がある。
・STF410（炭素鋼鋼管）
・SUS304TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS304HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS309TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS310TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS316TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS316HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS321TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS321HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS347TF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・SUS347HTF（オーステナイト系ステンレス鋼鋼管）
・NCF800TF（ニッケルクロム鉄合金管）
・NCF800HTF（ニッケルクロム鉄合金管）
製造方法、化学成分、機械的性質、寸法・質量及び寸法許容差、オーステナイト結晶粒度、水圧試験特性又は非破壊検査特性、外観、試験、検査、表示など。
JIS G 7220 圧力用継目無鋼管－技術的受渡条件－第２部：高温用炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Unalloyed and alloyed steels with specified elevated temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、高温特性が規定された円形断面をもつ継目無鋼管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、高温下、例えば、蒸気発生装置の製造、連結配管などで使用されるもので、高圧下での使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格は、非円形断面をもつ鋼管の製造に対しても、基本規格として使用してもよい。
この場合、この規格に規定されている化学成分及び機械的性質の規定値は適用してもよいが、そのほかの規定値については、受渡当事者間の協定による。
この規格に規定されている合金鋼管には14種類の合金鋼管があり、他に4種類の炭素鋼管も規定されている。
JIS G 7221 圧力用継目無鋼管－技術的受渡条件－第３部：低温用炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Seamless steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Unalloyed and alloyed steels with specified low temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、低温じん性特性が規定された円形断面をもつ継目無鋼管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、低温配管システムの使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格は、非円形断面をもつ鋼管の製造に対しても、基本規格として使用してもよい。
この場合、この規格に規定されている化学成分及び機械的性質の規定値は適用してもよいが、そのほかの規定値については、受渡当事者間の協定による。
この規格に規定されている合金鋼管には6種類の合金鋼管があり、他に4種類の炭素鋼管も規定されている。
JIS G 7224 圧力用溶接鋼管－技術的受渡条件－第２部：高温用電気抵抗溶接炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 2: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified elevated temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、高温特性が規定された円形断面をもつ厚さが16mm以下の電気抵抗（Electric resistance and induction）溶接管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、高温下、例えば、蒸気発生装置の製造、連結配管などで使用されるもので、高圧下での使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格に規定されている合金鋼管には3種類の合金鋼管があり、他に4種類の炭素鋼管も規定されている。
JIS G 7225 圧力用溶接鋼管－技術的受渡条件－第３部：低温用電気抵抗溶接炭素鋼管及び合金鋼管（ＩＳＯ仕様）: Welded steel tubes for pressure purposes -- Technical delivery conditions -- Part 3: Electric resistance and induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified low temperature properties (ISO specifications)
概要：
炭素鋼及び合金鋼から製造され、低温じん性特性が規定された円形断面をもつ厚さが16mm以下の電気抵抗（Electric resistance and induction）溶接管の技術的受渡条件について。
ここでの鋼管類は、低温配管システムの使用を前提としている。
使用者は、使用に際して、適切な適用規格及び国内の法的関連規定の要求事項を考慮しなければならない。
この規格に規定されている合金鋼管には4種類の合金鋼管があり、他に4種類の炭素鋼管も規定されている。

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Mar 19 Wed 2008 03:51
对钢材性能产生影响的元素www.tool-tool.com

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钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量．
　　（ 1 ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．
　　（ 2 ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．
　　（ 3 ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
　　（ 4 ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．
　　（ 5 ）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．
　　（ 6 ）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．
　　（ 7 ）铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．
　　（ 8 ）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．
　（ 9 ）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力．
　　（ 10 ）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．
　　（ 11 ）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力．
　　（ 12 ）硼；当钢中含有微量的（ 0.001 － 0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．
　　（ 13 ）铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效．提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等．
　　（ 14 ）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显．

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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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.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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個人分類：學術研究

Mar 19 Wed 2008 03:13
在切削之外考虑www.tool-tool.com

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曾经堆满了工作任务的制造厂家们如今却开始努力，并且这种努力随着大量制造业作业转向国外比较廉价的资源而变得愈发困难。

这种对美国制造商们的总体论断对与硅谷相关的半导体行业甚至更加突出。位于加利福尼亚州Fremont的FM Industries-NGK的一家子公司-正是从事这种行业。

David Miller是FM Industries的总裁。他说，他发现那些国外制造商们一直在填补技术方面的缺口。他说：“唯一的防御措施是提高效率和生产力。”对他的公司而言，这一点意味着不仅是加速，同时还要集成。

该公司主要为半导体生产中所用的处理腔体制造水蒸汽小管。组装是在Fremont工厂中心的一间净化间完成的。

为了对其产品需求下降这种情况作出响应，公司探索了增加客户业务份额的途径。公司自问：如果FM Industries不仅生产内部组件，同时生产成套腔体模块会是什么样的情景？

这种变化将简化客户供应链。还将扩充FM Industries作为重要技术技能资源的作用。而公司意识到这方面的主要挑战，不仅存在于洁净间，同时存在于CNC机加工车间。

该工厂认为接触式测头是刀库中最重要的工具。采用测头进行测量，
可以少用限制性的工夹，从而可以进行金属去除率较高的铣削而不至于使零件变形
本体零件

工厂必须着手加工这些成套腔体的本体。

这些零件，由实心铝材弯曲而成，不仅制作精巧，同时还规格较大。典型的腔体本体尺寸为30英寸见方，14英寸厚。它具有大量复杂的细节，从一个腔体到另一个腔体存在很大差别。为了成为一个外协式腔体制造商，FM Industries要求自己的工厂不仅要在经济实惠的情况下加工这些具有挑战意味的零件，同时还要将生产时间控制在很短的范围内-这是半导体供应链中一种典型的现象。

第一步是获得正确的设备。该公司内部没有足够大的机床可以加工这些零件。它购买了一个马扎克（Mazak）Palletech单元，包括10个托盘和两台CAT-50#锥度、50马力、主轴转速为15,000 rpm的加工中心。

第二步比较困难。工厂必须开发一种可以高效使用该设备的工艺。

在第一个加工腔体本体的机会到来时，该工厂从其功率较低的机床上借用了高速加工技术。工程主任Mark Filice说，结果没有发挥新设备的潜力。尽管满足了客户的最后交货日期连同其它要求，但Filice先生和其他人都明白如果公司要成功成为腔体供应商，则必须将腔体本体加工的时间减少到这次加工时间的几分之一。

该工厂意识到，50#锥度机床可以调用它自己的所有高速加工工艺。这种发现使得公司大大更改了工艺以获得更加高效的生产。公司最近借调的Kurt Sanfilippo先生在切割加工时间降低到一半之后也投入了这种努力过程。现任马扎克中心经理的Sanfilippo先生正用他自己在50#锥度方面所拥有的一些经验来进一步促进工艺改善，从而将剩余的加工时间再降低2/3。

他指出，该工艺工程很多都是在切削以外发生的。

他说，在切削内，优化加工很可能发生在最高主轴转速以下。这是高功率和低功率机床之间最大的一个差异。

转速与金属去除率的对比

比切削速度更重要的是金属去除率。这也正是Sanfilippo先生关注的方面。

他说，在40#锥度机床上，生产率最高的切削很可能发生在最高转速上。但是在50#锥度机床上，特别是在功率为50马力的机床上，最高金属去除率可能发生在功率曲线上功率保持较高的某个点上。尽管该工厂一般确实采用最高转速用1英寸刀具进行精加工，但在粗加工或采用较大刀具时，该工厂更有可能采用 10,000 r/min的速度。低速使得该车间可以更多地利用主轴功率。通过对刀具和高速切削过程中的刀具路径进行战略性的选择，该工厂可以实现较高的进给速度，对每单元主轴功率，实现6立方英寸/分钟的金属去除率。

但是用如此之快的速度去除如此多的材料存在工件表面质量差的风险。随着材料的内部应力释放，存在变形的危险。因此，在高功率切削过程中，该工厂没有将太多的加工集中在一个部位，而是小心让刀具频繁离开工件，让它在零件上距离远的特征之间跳动。通常刀具在两个对立面之间前后移动。

为了让刀具以这种方式从一个地方移到另一个地方，要对CAM软件自动产生的刀具路径进行严格的控制。它还对工件所保持的方式具有影响。

工夹

至今为止，腔体本体是用墓碑式夹具夹持到位的。也就是说，它们的夹持方式与卧式加工中心上大多数零件的夹持方式一样。

但是墓碑式夹具限制了刀具的接近，因此限制了工厂获得更高金属去除率的能力。墓碑式夹具使得刀具无法达到零件的“后”面，即使托盘可以在B轴分度也是如此。刀具在单次循环中唯一可以接触的两个对立面是两个“侧”面，在实践中墓碑式夹具甚至还会妨碍这两个面。因此，墓碑式夹具使得车间无法实现刀具在零件周围区域之间频繁移动这样一种铣削策略。

因此该工厂现在转而采用这样一种过程，其中零件在底部固定，让零件四个面可以自由接近。完成该功能的工夹采用公司自己开发的一种特殊设计。工夹不仅允许进行高金属去除率加工，同时还减少了装夹次数。以前需要10道工序的加工现在只需要5道。所采用的托盘数也减少，从每个零件8个降低到了4个。

但是夹紧零件并非墓碑式夹具所完成的所有工作。它还将零件精确定位在三维空间内。例如，顶着墓碑式夹具的方形面夹紧零件可以确保零件定位准确。而对于诸如腔体本体这样的弯曲件，在将被加工掉的原材料区域内钻的夹紧孔等会使原材料尺寸方面的差异不那么重要。该车间通过什么方式保证对大零件仅通过其底边而实现同样精确的定位？

Sanfilippo先生说这个问题的答案来自测量。腔体本体的加工循环包括大量测量过程。他说：“测头是我们最重要的工具。”

测量

采用测头通过消除错误节省了时间。安装在机床主轴上的雷尼绍（Renishaw）接触式测头可以验证装入了正确的托盘，托盘上装的是正确的工件，工件已经正确定位。甚至进行频繁移动来证实测头本身在进行正确测量。

测量还减少了装夹时间，因为操作员无须对零件的定位保证如此精准。无须操作员时刻移动和调节零件以配合加工程序的某些固定坐标系，CNC可以移动该坐标系而配合由测头测出的工件位置。如果零件与托盘旋转轴相比定位偏心，则CNC可以用同样的量将其坐标系移动偏心，甚至补偿在托盘转动时产生的三角函数偏置。事实上，如果工件本身没有正确地找正，则CNC可以在B轴中添加一个角度偏置，以补偿这种差异。

该工厂通过测量可以避免的一步是原材料的预加工。通过测量，CNC可以测量现有余量为多少，并依据相应要求而规定切深或加工的道数。

许多工厂要看到所有这些测量都会遇到困难。机床比较昂贵；它的时间很昂贵，因此一般认为该机床应该是用于加工的。相对较慢而安静的测量过程看起来是一种非生产过程。

但是通过降低装夹时间，这些测量过程对生产而言确实是需要的。借助测量，以前包括装夹时间在内需要2.5小时的一个工序降低到了1.5小时。此外，还可以降低加工误差，这样就可以创造更多的节省。

测量还对FM Industries公司所具备的高金属去除率切削多样性产生直接作用。在机床完成特别快的重负荷切削后，工件是否移位？通过测量可以检查出来。这样可以更加接近其工夹夹紧力运行，而不必将过程限制在过轻而过于谨慎的切削参数上。

其它方面

本讨论中没有谈及所用的刀具、刀夹、转速和进给速度、刀具路径策略等，即各大车间在试图提高高速加工生产率方面一般要应付的工艺成分。FM Industries采用客户切削刀具和客户刀夹，因此太详细地讨论这些过程细节将会泄露一些专有秘密。但是同时，进行这样一种讨论将忽略与其它高速加工应用相比，FM Industries过程中最重要的方式。将工艺设计为在切削中实现高效是大多数实践者探讨高速加工的方式。而围绕切削进行高效加工则提供了进一步改善工艺的机会，而这些机会通常是在没有进行仔细研究的情况下就被放过了。

180把刀具

FM Industries的马扎克单元中的两台加工中心每台都带有180把刀具。这个数字听起来似乎很多。工程主任Mark Filice说：“对它的装刀速度之快，您会感到惊讶。”

对于早先在该单元上加工的零件，该工厂通常采用专用刀具，可以在零件的某些特征上节省循环时间。不同的零件号在这些刀具中调用不同的选择。公司不大欣赏的是存放和跟踪所有这些刀具所花费的成本太高，更不用说将它们从刀库中移进移出了。

现在重点是标准化。该公司想给两台机床配备同样标准化的180把刀具阵列-一种从来不需要改变的阵列。这种标准的刀具阵列已经在一台机床上到位，并且将很快转移到另一台机床上。

限制该公司编程员密切而无限选择刀具意味着某些特征无法尽可能高效地加工。以前只需要一把刀具的场合现在可能需要4把刀具。但是这种差异只会导致加工中心上额外时间很细微的增加。相比而言，管理数量更大且不断增长的刀具库存将意味着增加劳动力小时成本、人员精力分散以及错误机会-其代价比这种额外时间的成本要大得多。

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