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pcd刀具既聚晶金刚石刀具

  聚晶金刚石（PCD）刀具概述

 

  PCD刀具的发展

  金
刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首
先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十年
代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电
子、石材等多个领域。

 

  PCD刀具的性能特点

  金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等
特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成
键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构
是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

 

  PCD
刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9
倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具
可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10 

  -6～1.18×10 

 

  -6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

    PCBN刀具既立方氮化硼刀具,立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

  CBN
具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图
将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美
国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼
PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤
其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。

 

引用出處： 

http://zhidao.baidu.com/question/90100762

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锆石是一种硅酸
盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石。锆石广泛存在于酸性火成岩，也产于变质岩和其他沉积物中。锆
石的化学性质很稳定，所以在河流的砂砾中也可以见到宝石级的锆石。锆石有很多种，不同的锆石会有不同的颜色，如红、黄、橙、褐、绿或无色透明等等。经过切
割后的宝石级锆石很像是钻石。锆石过去还被叫作锆英石或风信子石。锆石可耐受3000℃以上的高温，因此可用作航天器的绝热材料。

氧化锆(ZrO2)
自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、
黄绿等，比重4．6—4．7，硬度7．5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900℃，它可提高釉
的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2％-3％时，能提高釉的抗龟裂性能。还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐
酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石，一般用量为8％—12％，并为“釉下白”的主要原料，氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，
若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。

纯净的氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，添加显色剂还可显示各种其它颜
色。纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是
5.89g/cm3，熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶
相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变
化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳
定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。

氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能，氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。

立
方氧化锆是一种人工合成宝石，也是当前产量很多的钻石理想代用品，它是在1976年由前苏联科学家人工合成后面市的，一度被称为“苏联钻”或“奥地
利石”。天然出产的锆石是一种古老的宝石，英文名（Zircon）源于阿拉伯语或希腊语，化学成分为硅酸锆（Zirconium
Silicate，ZrSiO4），有多种颜色，某些可加热退色，加工后也可成为钻石代用品，但市场上比较少见。人造锆石是人工合成的锆石，也是钻石的代
用品，但市场上更罕见。锆石与合成的立方氧化锆为两种不相同的物质；而且氧化锆的方晶相其实还分为立方晶（Cubic）及正方晶（Tetragonal）
两种。

 

高纯超细氧化锆粉

1、性质：无毒、无味的白色粉末，化学性质稳定。

2、用途：适合于制造各类结构陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷、高级耐火材料、光通讯器件、人造宝石、氧化传感器、固体氧燃料电池、研磨抛光等行业和产品。

 

纳米氧化锆解释

纳
米氧化锆XZ-ZR601呈高纯度白色粉末状，无臭、无味。有单斜晶型纳米氧化锆粉体XZ-ZR601-D，四方晶型纳米氧化锆粉体XZ-
ZR601-S，立方晶体型纳米氧化锆XZ-ZR601-L，熔点2680℃，沸点4300℃。折射率（折射率2.2）和耐高温性。有良好的热化学稳定
性、高温导电性和较高的高温强度和韧性，具有良好的机械、热学、电学、光学性质。纳米氧化锆XZ-ZR601颗粒粒径10nm、是很稳定的氧化物，具有耐
酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能，可用于功能陶瓷和结构陶瓷，以及宝石材料。

纳米氧化锆粉外观为白色粉末状物体。

 

纳米氧化锆晶体结构：

1、单斜晶型纳米氧化锆粉体XZ-ZR601-D；

2、四方晶型纳米氧化锆粉体XZ-ZR601-S；

3、立方体晶型纳米氧化锆粉体XZ-ZR601-L。

 

纳米氧化锆用途：

纳
米氧化锆粉体XZ-ZR601是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机材料。广泛应用于精密结构陶瓷、功能陶瓷、纳米催化剂、固体燃料电池材料、功能涂
层材料、高级耐火材料、光纤插接件、机械陶瓷密封件、高耐磨瓷球、喷嘴、喷片等化工、冶金、陶瓷、石油、机械、航空航天等工业领域中。

1、纳米氧化锆粉体XZ-ZR601由于具有高韧性耐磨性可以用做：磨机内衬、切削刀具（锆刀或陶瓷刀）、拉丝模、热挤压模、喷嘴、阀门、滚珠、多种滑动部件等。

2、纳米氧化锆粉体XZ-ZR601由于具有高的折射率、耐高温性可以做：耐火坩埚、搪瓷瓷釉、耐火材料、电子陶瓷烧支承垫板、熔化玻璃、冶金金属用耐火材料。

3、纳米氧化锆粉体XZ-ZR601由于电绝缘性，在电子工业中作为功能陶瓷材料、可用于X射线照相、与钇一起用以制造红外线光谱仪中的光源灯、压电元件、氧敏电阻、大容量电容器。

4、纳米氧化锆粉体XZ-ZR601人造宝石 ，另外在高技术领域的应用日益扩大。 

 

引用出處： 

 http://www.ikon-ceramics.com/ceramics-knife-news/2010/0413/72.html

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马氏体相变 

martensitic transformation 

马
氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形
成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯
（A.□artens）,把这种组织命名为马氏体(□artensite)。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，
对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-□n、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本
特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。 

相变特征和机制 马氏体相变具有 

热效应和体积效应，相变过
程是形核和长大
的过程。但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达10□cm□s□。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）
的组态对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。其特征可概括如下： 

马
氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原
子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种位移是切变式的（图1切变式位移示意）。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2 原子位移产生
点阵应变）。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a马氏体相变时的形状改变中的
PQRS，若试样中一部分(A□B□C□D□-A□B□C□D□)发生马氏体相变(形成马氏体),则PQRS直线就折成PQ、QR□及R□S□三段相连的
直线,两相界面的平面A□B□C□D□及A□B□C□D□保持无应变、不转动，称惯习（析）面。这种形状改变称为不变平面应变（图3 马氏体相变时的形状
改变）。形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。由图4 高碳钢中马氏体的表面浮突×600可见,高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5表面浮突示意示意,
可见马氏体形成时,与马氏体相交的表面上发生倾动,在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6Co-30.5Ni合金形成六方马氏体时产生
的表面浮突干涉图像）。 

马氏体的惯习（析）面 马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单
的指数
面，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最先形成（图7 Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体）。马氏体形成时和母
相的界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变如图7Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏
体中由{135}变为{224}面。图7Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体中马氏体呈透镜状，它具有中脊面，是孪晶密度很
高的面，即{135}□面，这些马氏体内部的孪晶是马氏体内的亚结构。在铁基合金的马氏体中存在孪晶或（和）位错,在非铁合金中一般存在孪晶或层错。由图
7Fe-25Ni-0.3V－0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体还可见到：在马氏体周围的母相（奥氏体）中形成密度很高的位错，这是在马氏体相变时，
母相发生协作形变而形成的。 

由于马氏体相变时原子规则地发生位移,使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。在铁基合金中由面心立方母相γ变为体心立方(正方) 

 

引用出處： 

http://iask.fh21.com.cn/q/433/360433.shtml

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aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in
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弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。   

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talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini
Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

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в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
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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
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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
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shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please
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Mashiti xiangbian

马氏体相变

Martensitic transformation

 

  
钢淬火会变硬，很早就被人们所认识，中国在战国时代已进行钢的淬火。但直到19世纪后期才知道其内部发生了组织变化，并将淬火形成的片状相命名为马氏体。
1930年以后相似的转变又在许多非铁合金以及非金属晶体中发现。马氏体并不一定变硬，热弹性马氏体则具有弹性软化效应，而且与之相联系的超弹性、铁弹性
及形状记忆等现象也获得重要应用。

马氏体相变特征　马氏体相变属于一种广义的位移型无扩散相变，以切变位移为其特征，新旧相成分不变。相
变特征是：①新相与母相之间有一定的位向关系。例如
Fe-C合金的体心四方马氏体（M）与面心立方奥氏体(γ)──碳在γ-Fe中的固溶体──间有[784-02]，[784-03]。②
相界面是确定的晶面，称为惯习面。例如含碳量为 0.5～1.4C
的Fe-C合金的惯习面是[784-04]。惯习面在相变过程中不畸变不转动（即所谓不变平面）。③转变区由于形成马氏体发生切变，所以在平的样品表面上
会出现浮凸。④马氏体形态呈片状或条状，内有亚结构，往往是孪晶。⑤是一级相变，具有成核成长过程。⑥晶体长大速率接近声速（10～10厘米／秒）
⑦相变动力学有两类：a.变温转变,成核率很大,马氏体形成数量只是温度的函数，不依赖于时间。b.等温转变，成核率（或孕育期）依赖于温度,具有“C”
字形动力学曲线。变温转变可视为很快的阶梯式的等温转变；而等温转变如仅考虑转变后期马氏体的极限量则同样满足变温转变的动力学方程。

由于相变的普遍性及技术上的重要性，大半个世纪以来开展了大量的理论研究。早期的工作可参阅J.W.克里斯琴的著作，理论现状主要有下列两方面。

马
氏体相变晶体学　主要说明位向关系、惯习面、形状变化以及亚结构等特征。经典模型着重解决位向关系，未能解释惯习面的不畸变不转动。50年代从惯习面不畸
变的概念出发运用矩阵方法建立了原始的表象理论。认为相变产生的总应变[784-4][kg2]是由三部分组成：①产生点阵变化的贝茵应变
[784-3];②不改变点阵类型的不均匀切变[kg2][784-5]以保持惯习面不应变；③刚性转动[784-2][kg2]以保持惯习面不转动，矩
阵表达式为[784-1]（[784-4][784-3]和[784-5]都是应变张量的矩阵表式,[784-2]为转动变换矩阵）,[kg2]应用此理
论可预测惯习面、位向关系以及亚结构。在Au－Cd、In－Tl等合金中符合很好，但对钢中
(225)γ马氏体还不能得到满意解释。针对此又发展了近代表象理论。

马氏体相变动力学　马氏体长大很快，因此成核率就成为相变动力学的主
要控制因素。按均匀成核模型计算得的相变激活能太大(几千电子伏)与实际不符。实验表
明成核位置与缺陷有关，因而提出了位错圈成核、层错成核、应变成核等模型。近年来对一些合金的电子显微镜观察与电子衍射实验表明核胚是在相变温度以上形成
的。关于预先相变的局部软模理论值得注意，它将力学稳定性的丧失与缺陷联系起来，缺陷附近的应变诱致声模先行软化，使自由能达到自由能－应变曲线的拐点形
成核胚。

参考书目

徐祖耀编著：《马氏体相变与马氏体》，科学出版社，北京，1980。

J.W.Christian,The Theory of Transformations inmetals and Alloys,Pergamon Press,London,1965.

引用出處： 

 

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BW公司口號大作戰
歲末年關將近、為能增加工司競爭力、公司一起來想口號～～
男職員說搶錢搶糧槍娘們
女職員說搶錢搶糧槍帥哥
很好
七年級工程師說三個好、吃地好、住地好、玩地好
老董四歲小孩說四個加、加薪水、加年終、加福利、加假日
這個好～～～

http://tw.tool-tool.com/diamond-dtm.html

A、按材質分為：

1、
天然鑽石（ND）刀具：天然鑽石（金剛石）硬度達HV9000-10000，是自然界中最硬的物質。制成刀具在切削中可長時間保持尺寸的
穩定，故而有很長的使用壽命。用天然鑽石制作的刀具其刃口圓弧部分在400倍顯微鏡下觀察無缺口，適用於加工金、銀、銅、鋁（鋁合金）、鋅（鋅合金）、亞
克力（有機玻璃）等材料。表現粗糙度可達到Ra（0.01-0.025）μm

2、人造單晶鑽石（SND）刀具：人造單晶鑽石（金剛石）硬
度略遜於天然鑽石，性能都與天然鑽石不相上下，是在高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑
聚合而成的多晶體材料，硬度比天然金剛石低（HV6000左右），其與硬質合金刀具相比，硬度高出3-4倍；耐磨性和壽命高50-100倍；切削速度可提
高5-20倍；粗糙度可達到Ra0.05μm，光亮度遜於天然鑽石刀具。且切削效率高、加工精度穩定。

 

3、聚晶金剛石刀
具（PCD）：PCD的硬度可達8000HV，為硬質合金的80～120倍；導熱係數為700W／mK，為硬質合金的
1.5～9倍，甚至高於PCBN和銅，因此PCD刀具熱量傳遞迅速；摩擦係數一般僅為0.1～0.3（硬質合金的摩擦係數為0.4～1），其可顯著減小切
削力；熱膨脹係數僅為0.9×10︿-6～1.18×10︿-6，僅相當於硬質合金的1／5，故刀具熱變形小，加工精度高；且其與有色金屬和非金屬材料間
的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。

4、立方氮化硼刀具（PCBN）：CBN（立方氮化硼）機夾刀片，立方結構
的氮化硼，分子式為BN，其晶體結構（圖1）類似金剛石，硬度略低
於金剛石，為HV72000～98000兆帕，常用作磨料和刀具材料。其廣泛用於模具行業、鑄鐵件精密加工及鋼材淬火後的精密加工需求；而用加工效果可達
到以車代磨（即車後就可達到磨削效果），比普通刀具有非常優越的性價比。

 

B、按刀具類型分為：

CNC精密車床刀、CD紋刀、銘牌／標牌高光刀具、亞克力（有機玻璃）直邊／斜面刀具、成形刀、OR（外弧形）刀、UR（內弧形）刀、倒角刀、鏜孔刀、雕刻刀、精雕刀、電鑄模具刀、整流子精車刀等，

C、按行業分類：

切削鋸片、木工刀具（強化地板刀具係列、封邊刀係列、平口槽刀係列、園弧刀係列等）、線路板刀、金屬加工刀具（發動機專用係列刀具、汽車輪轂專用係列刀具等）、非金屬加工刀具（切紙刀、塑料薄膜車刀、橡膠車刀等）；眼鏡行業用刀、鐘表行業用刀、手機鏡片行業等等；

 

三、
刀具適用範圍：五金車件、汽車配件、表面處理、工藝制品、精雕、銅料批花、手機金屬按鍵、手機外殼、數碼外殼、金屬高光批花、鐘表表面、
字釘、表殼內映刀、銘牌、標牌高光批花、車CD紋、車七彩紋、車太陽紋、鋁制品高光、電器外殼批花、電器面板、車載面板、電腦周邊設備、電腦透明機箱、亞
克力拋光、壓加力／有機玻璃）高光（或拋光）倒角、鏡片、視窗、電機整流子精車加工等等。

專業PCD鑽石車刀製造廠商、可以針對客戶生產特殊PCD車刀片、以符合客戶再難切削材料上加工、提供客戶資訊與加工技術～～

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 以臺灣供電周波數為60Hz來說，馬達二極（以2P表示）的轉速為3600轉，4P為1800轉，8P為900轉（餘類推），以上是額定轉速，負載後會降 低。
這不是設計的因素，也不是為了晃動的因素，是選則不同的動力來源。另外，晃動是機械精密度以及鋸片精密度的關係，與電動機無關。
4.還有相同轉速會不會影響,軟材料與硬材料的端面切口平滑度?
 答：
機械的轉速應該都足夠了，應該不致於成為切削精度降低的因素，倒是鋸片的齒數以及角度影響較大，縱開與橫斷的各種刀刃角度都不同，理論上也應該隨著材料硬
度而改變刀刃的角度，不過這在實際運用上都有困難，因此都以最大值來因應，鋸切後也都需要經過研磨程序來消除鋸切痕跡。

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1 刀具塗層技術的應用
 目前，機械加工企業大都已經或正在認識到刀具採用塗層技術是提高切削效率、降低加工成本的有效途徑。 隨著塗層技術裝備的改進，塗層費用已比初期下降1/2-1/3，因此，塗層技術的應用將使刀具品種不斷增多，塗層刀具在刀具總量中所佔的比例也將不斷擴 大。

 
在
鑽頭或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除去原塗層，因此所用砂輪必須具有足夠的硬度。重磨對
切削刃的預處理是非常關鍵的，不僅要保證刀具重磨後原始切削刃的幾何形狀能被完全準確地保留，而且要求重磨對PVD塗層刀具必須是“安全”
的。因此，必須避免不合理的磨削工藝(例如：高溫導致刀具表層受損的粗磨或乾磨)。塗層的去除在刀具再塗層之前，可用化學方法去除原有的全部塗
層。化學去除法常用於復雜刀具(如滾刀、拉刀)，或多次復塗的刀具以及因塗層厚度而產生問題的刀
具。化學去除塗層的方法通常僅限於高速鋼刀具，因為該方法會損害硬質合金基體：採用化學去除塗層法
將從硬質合金基體上濾除鈷，導致基體表面疏鬆、產生氣孔以至難以進行再塗層。

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Improving Aerospace Engines with Advanced Materials

Ceramics and Metal Alloys Survive High Temperatures

Advanced
ceramics and high performance superalloys are playing an important
role in improving aerospace engines as aerospace manufacturers look for
high-temperature materials that increase performance, improve fuel
efficiency and satisfy safety standards, while at the same time lowering
manufacturing costs.

 

 

An example of superalloys
available for high temperature braze repair applications are
pre-sintered preforms, a customized blend of the superalloy base and a
low melting braze alloy powder in either a plate form, specific shape,
paste, or paint. PSPs are used extensively for reconditioning, crack
repair and dimensional restoration of such aerospace engine components
as turbine blades and vanes.

 

By Fred Kimock

Morgan Technical Ceramics

 

Advanced
ceramics and high performance superalloys are playing an important
role in improving aerospace engines as aerospace manufacturers look for
high-temperature materials that increase performance, improve fuel
efficiency and satisfy safety standards, while at the same time
lowering manufacturing costs.

 

Brazing and investment
casting -- two ancient arts that have been adapted for use in repairing
and manufacturing aerospace engines -- make use of ceramic’s extreme
heat resistance, in addition to its other unique wear and corrosion
resistance, light weight, and electrical and heat insulation.

 

New
high-performance metal brazing alloys are being used for high
temperature braze repairs and for sealing ceramic-to-metal pressure
sensor and temperature sensor components.

 

Hot and Hotter – Ability to Withstand Increasing Engine Heat is Key

To
achieve greater engine fuel efficiencies, engines are running at
higher temperatures and must be cooled with more intricate cooling
schemes, requiring the casting of complex cooling passages. Stronger
metal alloys are being used in the casting process, and a core material
must be able to withstand the extremely high temperatures used to pour
these alloys.

 

Gas turbine engine efficiency is largely
determined by turbine temperature, since the less cooling air used
results in more air available for propulsion. Increasing temperature
capability of the turbine is therefore key to improving engines. And
because engines run hotter as processing temperature is increased,
there is a need for demanding materials to put together the engines.

 

The Ancient and Modern Art of Brazing

Brazing
alloys are used for metal-to-metal bonding in engine maintenance
repair and overhaul, assembly of aerospace components, and repair of
micro-cracks. They are also used for ceramic-to-metal assemblies
requiring joining by metalizing ceramic surface and brazing of
components, including pressure and temperature sensors, thermocouple
housings, and fire detection feedthrus.

 

In a general
sense, brazing is a joining process that relies on the wetting flow and
solidification of a brazing filler material to form a metallurgical
bond, a strong structural bond, or both between materials. The process
is unique in that this metallurgical bond is formed by melting the
brazing filler only; the components being joined do not melt.

 

Research
into the development of advanced brazing materials for aerospace
engine component repair has given rise to both precious and
non-precious alloys. Precious alloys (for example, gold, silver,
platinum, and palladium) are used mainly in original equipment
manufacturers’ assemblies for vanes, nozzles, sensors, and igniters.
Non-precious alloys are used in MRO and are constantly evolving as
better and more heat efficient alloys are developed.

 

A
number of new brazing alloys are available for use in aerospace engine
repair and reassembly. For example, Morgan Technical Ceramics’ Wesgo
Metals business (MTC-Wesgo Metals) supplies Nioro, a low erosion alloy
that allows the base material to retain its properties and is a good
choice for repairing fuel systems and compressors.

 

Another
example of the superalloys available for high temperature braze repair
applications are pre-sintered preforms (PSPs), a customized blend of
the superalloy base and a low melting braze alloy powder in either a
plate form, specific shape, paste, or paint. PSPs are used extensively
for reconditioning, crack repair and dimensional restoration of such
aerospace engine components as turbine blades and vanes. Thin areas and
crack healing is done with paste and paints, while preforms are used
for dimensional restoration. 

 

With turbine temperatures
reaching up to 1300°C (2350°F) and the presence of hot corrosive gases,
aerospace engine components experience considerable erosion and wear.
The pre-sintered preforms are customized to fit the shape of the
component and then tack-welded into place and brazed.  PSPs are offered
in various compositions and shapes, including curved, tapered, and
cylindrical, as well as paste and paint. They save time and money and
extend the life of engine components by up to 300 percent, making it a
more reliable and cost effective method than traditional welding, which
requires post-braze machining or grinding. Brazing allows whole
components to be heated in a vacuum furnace, reducing distortions and
increasing consistency, resulting in a high quality repair process.

 

Investment Casting – Another Ancient and Modern Art

Investment
casting is a key process used in the production of aerospace engine
blades, and high quality ceramic cores have emerged as the material of
choice for use in the investment casting process. Investment casting of
new super engine alloy materials enables the development of more
intricate designs that perform better in engines. Operating
temperatures have increased, from about 400°C to 1100°C, and along with
that change has been an evolution in materials that meet the demand
for surviving higher temperatures.

 

Fused silica ceramic
cores are used in investment airfoil casting of blades and vanes for
rotating and static parts of aerospace engines. The process is used
primarily with chrome bearing steel alloys. Advanced ceramics with
controlled material properties allow component designers to make
special cooling channels that keep engines from overheating. Ceramic
cores are capable of producing thin cross sections and holding tight
tolerances, which help produce accurate internal passageways. The
ceramic cores are strong enough to withstand the wax injection step in
the investment casting process. While the casting is poured, the
ceramic core remains stable, yet is readily leached using standard
foundry practices once the casting has cooled.

 

For
example, Morgan Technical Ceramics Certech business (MTC-Certech) has
developed a ceramic core with its proprietary P52 material, which
exhibits greater dimensional accuracy while maintaining tight
tolerances without distortion. The cores remain stable at high
temperatures and do not prematurely deform, which is important, given
the extremely high temperatures required for engine component
production. The cores can be chemically dissolved after the casting has
cooled, leaving the clean air passage replica needed in today’s
efficient turbine engines.

 

While dimensionally strong, the
P52 core material also exhibits improved crushability during
solidification. This means that it remains rigid and stable through the
casting process but is crushable when it needs to be during the metal
solidification process. This is particularly useful for alloys that are
prone to hot-tearing (those that exhibit lower core temperature in
equiax castings) and/or recrystallization (castings that are involved in
directionally solidified or single crystal castings).

  

Bright Future for Ceramics in Aerospace Engines

Driven
by the aerospace industry’s demand for higher performance and lower
costs, material scientists and ceramics component manufacturers will
continue to develop new materials and processes that take advantage of
advanced ceramic materials’ properties, particularly those that let
engines run hotter and more efficiently.



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BOSTON--Among
green-building cognoscenti, the Passive House standard is setting a
new bar for architects and designers making eco-friendly buildings.

The
Passive House concept, which is well established in Europe, is now
getting a foothold in the U.S. with a method that promises overall
energy savings of about 70 percent overall and a 90 percent lower
heating load without on-site solar power.

 

 

While
the U.S. Green Building's Council's LEED certification touches on
energy, water, materials, and location, Passive House, which started in
Germany as Passivhaus, brings rigorous requirements focused entirely
on building energy efficiency. Because of that focus on lowering
building energy demand, some say it yields better performance than LEED
on efficiency.

 

 

Technische Universitat in Darmstadt, Germany won the Solar Decathlon competition with a Passive House-certified building design.

(Credit: Martin LaMonica/CNET )

 

 

 

At
a recent symposium on green buildings here, builders and designers
explained how they are using Passive House techniques, such as
air-tight construction and mechanical ventilation, in a variety of
projects, including individual homes and multi-unit residences in the
city.

A notably large one is a multi-unit apartment building in
South Boston next to a converted 19th-century rum distillery, which
aims to be one of the largest to get the Passive House certification in
the U.S. The first phase of the project, which could break ground next
spring, will have 28 residential units and a few retail locations,
followed by a second phase with 65 units.

 

Following
Passive House guidelines typically means about 10 percent higher cost
for new buildings, according to the Passive House Institute US.
Retrofitting an existing building to be super efficient costs more like
20 percent more than traditional techniques, said Katrin Klingenberg,
an architect and the executive director of the Passive House Institute
US during the symposium.

 

The cost difference can be
lower, depending on the experience level of consultants and the type of
project. With the Distillery, the building's designers focused heavily
on the return on investment and project a 5 percent premium, said
developer Fred Gordon from Second Street Associates during a
presentation. One residential Passive House home in the U.S. came in at
6 percent over market costs, said Klingenberg.

 

What is it?

Although
it's gaining attention, Passive House is just a blip in the overall
U.S. housing industry, and there are few certified consultants. In terms
of structures, there have been 13 fully certified buildings, with
about 40 in the certification process, Klingenberg said. In Europe,
there are some 20,000 certified buildings and market share there is
growing.

 

The approach is beginning to appeal to more in
the U.S. green-building scene, including people like Matt Capone, a
project director at Nauset Construction, which worked on the
preconstruction work of the Distillery project in Boston.

 

The
LEED system works by getting a series of points for promoting
sustainability in general. For example, a LEED building can get points
for using recycled material or locating near public transportation.
Passive House appeals to Capone because it is more quantitative and
focused narrowly on energy efficiency.

 

"What it brings is
a measurable system that goes well beyond LEED, something that truly
evaluates the building performance at a higher level. There's nothing
else like it," he said.

 

 

The Passive House concept
calls for an air-tight, well insulated building, and a mechanical
ventilation system, although a ground-source heat pump is not required.
If south-facing walls are available, the building can take advantage
of solar heating.

(Credit: Passipedia)

 

 

Attaining
Passive House certification requires meeting certain energy-efficiency
performance thresholds--15 kilowatt-hours per meter square space of
living space per year, or 4,755 BTUs per square foot per year. That
quantitative, spreadsheet approach doesn't appeal to all designers and
has proved to be too stringent in certain areas,according to Alex
Wilson, executive editor of BuildingGreen.com and building efficiency
expert. But it appeals to many designers because it's an actual,
quantifiable standard, Wilson found.

 

In a talk at the
Boston symposium, Wolfgang Feist, who heads the Passivhaus Institut in
Germany, said that Passive House follows a few principles, rather than
require high-tech materials or fancy energy-monitoring systems. To meet
the voluntary standard, buildings should have a very air-tight
building "envelope," high levels of insulation, and aheat recovery
ventilator that circulates in outdoor air preheated by outgoing indoor
air.

 

"This is not a question of architecture, it's a
question of detailing--that's the most crucial thing," Feist said.
Mechanical ventilation in an air-tight building ensures that there is
very good indoor air quality, he added.

 

For example,
part of the Passive House concept calls for eliminating thermal
bridges, or structural components that serve as conduits for heat loss.
That means that instead of having a steel beam extend from the
building interior to suspend an outside deck, designers need to create a
"break," either with insulation or different construction techniques,
to stop the heat transfer.

 

By lowering the energy demand,
architects can equip homes with much smaller heating and cooling
equipment. Homeowners, meanwhile, benefit from lower bills. The system
doesn't impose an architectural style and works for different building
types, including standalone homes, row houses, or larger buildings such
as schools, adherents say.

 

Because the Distillery project
is larger than an individual home, it is easier to meet the Passive
House per-square-foot energy requirements, Capone said. Some products,
notably very efficient windows, will likely need to be imported from
Germany to meet the requirements, which adds to the cost, he said.

 

Existing
guidelines, such as LEED and EnergyStar, to cut energy consumption in
buildings, which account for about 40 percent of energy use in the
U.S., will continue and can incorporate some Passive House concepts. In
the meantime, the U.S. Passive House Institute, which recently gained
a Passive House Alliance advocacy group, is trying to scale up beyond
the leading-edge thinkers in green buildings. "Hopefully, we can work
together to become a broader solution," Klingenberg said.

 

Martin LaMonica

Full ProfileE-mail Martin LaMonica

 

Martin
LaMonica is a senior writer for CNET's Green Tech blog. He started at
CNET News in 2002, covering IT and Web development. Before that, he was
executive editor at IT publication InfoWorld.

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1.1 低合金鋼由來

 

中
國鋼產量已突破1億噸，鋼材數量不再是主要矛盾，鋼材品種結構不合理的矛盾十分突出。當前行業的主要任務是努力提高產品的市場競爭力，站在可持
發展的新起點上，把大力開發低合金鋼列入發展戰略的重要內容。許多普鋼企業在鋼材品種結構調整和編製科技發展規劃中，已意識到低合金鋼生產是提高產品技術
含量和附加值的關鍵，對低合金鋼開發中碰到的種種問題心中無數，一些科技管理幹部覺得「成也低合金鋼，敗也低合金鋼」，迫切要求對低合金鋼有個全面的了
解。

 

按國際標準，把鋼區分為非合金鋼和合金鋼兩大類，非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類，鋼中除了鐵和碳以外，還含有
爐料帶入的少量 合 金元素Mn、
Si、Al，雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，並對雜
質和有害元素加以控制的另一類鋼。

 

原則上講，合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼，顧名思義，以含有合金元素的總
量來加以區分，總 量 低於3%稱為低合金鋼，5～10%為中合金
鋼，大於10%為高合金鋼。在國內習慣上又將特殊質量的碳素鋼和合金鋼稱為特殊鋼，全國31家特鋼企業專門生產這類鋼，如優質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳
素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、<span>不銹鋼</span>、耐熱鋼、電工鋼，還包
括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。在鋼的分類上，近年雖努力向國際通用標準靠攏，但還有許多不同之處。

 

①
隨著特鋼向「特」、「精」、「高」發展，向深加工方向延伸，特鋼的領域越來越窄。美國特鋼協會將特鋼定位在工模具鋼、<span>不銹
鋼</span>、電工鋼、高溫合金和鎳合金。日本把結構鋼和高強度鋼歸並在特鋼範疇。隨著我國普鋼企業的技術改造和工藝進步，特鋼企業的產
品領域也在縮小，1999年普鋼廠已生產特鋼產品總量的34%。

 

②
國外的低合金鋼，實際上是我們所熟悉的低合金高強度鋼，屬於特殊鋼範疇，在美國叫做高強度低合金鋼（HSLA—Steel），俄羅斯及東歐各國稱為低合金
建築鋼，日本命名為高張力鋼。而在國內，首先是把低合金鋼劃入了普鋼範圍，概念上的區別導致在產品質量上的差異。在名稱上也幾經變化，如低合金建築鋼、普
通低合金鋼、低合金結構鋼，至1994年叫做低合金高強度結構鋼（GB/T1591—94）。到目前為止，從發表的資料文獻來看，低合金鋼的名稱仍然隨著
國家、企業和作者而異。

 

③
低合金鋼與碳素鋼、低合金鋼與合金鋼之間，明確劃出的概念是不存在的。在國外，50年代曾給低合金鋼下過定義，總的意思是，凡是合金元素總量在3%以下，
屈服強度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蝕性，以型、帶、板、管等鋼材形狀，在熱軋狀態直接使用的軟鋼的替代品。當然，在技術發展進程中，
低合金鋼不論在合金含量、性能水平和交貨狀態，已經有了很大的變化。

 

在我國，低合金鋼是一個更加籠統的鋼類，鋼材品種
不僅含有低合金焊 接 高強度鋼，還包容了低合金沖壓鋼、低合金耐腐蝕鋼、低合金耐磨損鋼、低合金低
溫鋼、甚至還納入了低、中碳含量的低合金建築鋼和中、高碳含量的低合金鐵道軌鋼。具有中國特色，但帶來的一個問題是缺乏與國外統計數據的可比性。

 

1.2 早期低合金鋼的發展

 

低
合金鋼的出現可以追溯到19世紀的1870年，一種碳含量0.64～0.9%和鉻含量0.54～0.68%、抗拉強度685Mpa、彈性極限
410Mpa鋼，第一次被採用於工程結構，建造了跨度158.5m的拱形橋樑。但這種鋼不理想也是十分明顯的，需要軋後熱處理，難以機械加工，耐蝕性又不
良。隨後的1個多世紀的時間，世界各國不斷探索，大體上可以把低合金鋼區劃為三個不同特徵的發展階段，在20世紀20年代以前，20～60年代及60年代
以後。前兩個階段姑且合稱為傳統的低合金鋼發展階段，後一階段可以稱為現代低合金鋼發展階段（後面我們稱它為微合金鋼Microalloyed
Steel）。

 

前一時期低合金鋼的重大發展有三個標誌：

 

① 由單一元素合金化向多元素合金化發展

 

1895
年曾採用0.40～0.56%C和3.5%Ni的鋼建造了俄國的「鷹」級驅逐艦，該鋼的加工性比初期的鉻鋼要好得多，屈服強度在
355Mpa。20世紀初還用8000多噸含鎳的鋼建造了跨度為448m的橋樑，美中不足的是這種鋼的合金資源有限，成本又高。此後開發了1.25%Si
的低合金鋼，建造了橫渡大西洋的船舶和跨度110m的橋樑，俄國利用鐵銅混生礦源，曾開發了0.7～1.1%Cu的低合金鋼用於造船、建橋，這種鋼導電性
好，抗腐蝕性優良。

 

長達30多年的生產和應用經驗的積累，發現多元合金化的低合金鋼綜合性能更佳，經濟上更划算，開發
了二元合金化的 Ni -Cr、Cr-Mn、Mn-
V低合金鋼，和三元復合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金鋼。用途上也擴大到了鍋爐、容器、建築和鐵塔等方面。20世紀
20年代全世界的低合金鋼產量達到200萬噸。

 

② 賦予低合金鋼的第一特徵：低碳、可焊接

 

在
工程結構廣泛採用焊接技術 之後，給低合金鋼發展帶來深遠的影響。為減小焊接熱影響區硬化和開裂、焊接接頭延性惡化，把低合金鋼的碳含量由
0.6%降到0.4%，隨後又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳當量的可焊性判據。為了獲得高強度鋼不斷增高的強度需求，出現了
兩條發展途徑，一個是提高合金含量，另一個是熱處理手段，各有利弊，至今屈服強度高於600Mpa的鋼仍採用熱處理，E級和F級船板仍規定正火狀態使用，
再如鐵路鋼軌仍有合金化軌和全長淬火軌的兩種生產方式。

 

③ 注意到鋼的冷脆傾向性和時效敏感性

 

二
次世界大戰期間大量 「自由」輪在運行中斷裂及許多鍋爐、容器的失效，注意到了鋼冷脆傾向與鋼的粗晶結構和有害元素P、S的含量有關，而鋼的時效
傾向是由鋼中N所致，從而採取了降硫、鋁細晶化和控制終軋溫度等優化工藝。為了鋼結構的安全使用和壽命，同時還開發了低溫夏氏V型缺口衝擊、溫度梯度雙重
拉伸、零塑性轉折落錘及BDWTT落錘撕裂等試驗方法及制訂了相應的斷裂韌性判據。

 

20～60年代間，工業發達國家的低合金鋼開發帶來了經濟的繁榮和現代化。據不完全統計，全世界成熟的低合金鋼鋼種牌號有2000餘個，形成了5大合金成分系列：

 

(1) 以德國St52鋼為代表的C-Mn鋼系列，日本的SM400、我國的16Mn屬於這類鋼。

 

(2) 以美國Vanity鋼為代表的Mn-V-（Ti）鋼系列，構成了現代微合金化的先驅。

 

(3) 美國的含P-Cu鋼系列，代表鋼種有Corten和Mariner鋼，具有良好的耐大氣和海水腐蝕性。

 

(4) Ni-Cr-Mo-V鋼系列，如美國開發的淬火回火狀態T-1鋼板成功用於壓力容器的建造。

 

1.3 我國低合金鋼的發展

 

50
年代原冶金工業部鋼鐵研究院劉嘉禾為首的一批冶金學專家率先研製成功了16Mn鋼和15MnTi鋼，開創了中國低合金鋼領域，在此基礎上制定
了命名為低合金高強度鋼的第一個標準(YB13—58)，列入12個鋼種牌號。1963年易名為低合金結構鋼(YB13—63)，納入的鋼種牌號除Mn系
列外，包括了結合我國富產資源所開發的V、Ti、Nb及稀土的低合金鋼，並由此派生出了橋樑、造船、容器、汽車大梁、礦用等專用鋼標準。其後修改的
YB13—69，改為普通低合金鋼（簡稱普低鋼），強調「普通」的意思在說明生產低合金鋼就像生產普通碳素鋼一樣，不需要特別的生產手段，簡便容易，即可
取得1噸頂1.3～1.5噸的經濟效益，此後長達20年難以消除它的負面影響，至今全國行業鋼材品種結構調整時，還往往注意到低合金鋼高附加值的一面，而
忽視了低合金鋼的高技術含量一面。1988年升級為國標時（GB—1591—88），回歸到了低合金結構鋼的名稱，1994年頒布的現行標準更名為低合金
高強度結構鋼，（GB／T1591—94），包括了屈服強度295—460Mpa 5個強度等級和A～E
5個質量等級，新標準的積極意義在於努力向國際規範靠攏。由於我國低合金鋼基礎研究日趨深入和生產規模日益擴大，在北京已連續召開了4屆（1985、
1990、1995及2000年）國際低合金高強度鋼會議，無疑這是對中國低合金鋼領域科技進步的肯定。

 

我國低合金鋼發展歷程可以劃分為4個階段：

 

1957～1969年

 

是低合金鋼開發的初創階段，第一個低合金鋼16Mn鋼與普碳鋼相比，具有高強度、高韌性、抗衝擊、耐腐蝕等特性，它的開發適應了各行業產品大型化、輕型化的趨勢，採用16Mn鋼所建造的的「東風」萬噸輪，顯示了節省鋼材、節約能源和延長產品壽命的優越性。

 

1966年召開了全國規模的第一次低合金鋼推廣應用會議，在計劃經濟條件下宏觀指導低合金鋼的發展。當年低合金鋼產量為141萬噸，據不完全統計，研製鋼號達345個，其中有54個鋼號納入了11個有關標準中。

 

1970～1974年

 

全力進行了鋼種整頓工作，及時總結了開發中有益的經驗，收集了大量的試驗研究數據，合併和淘汰了一批無法組織批量生產或性能達不到預定指標的鋼號，化費四年時間的鋼種整頓工作是十分有益的，減少了開發盲目性和無序狀態，完善了富有中國特色的低合金鋼體系。

 

1975～1983年

 

我國低合金鋼開發生產和應用等各方面存在的問題很多，積重難返，顯示出了與客觀需求的不適應，合金資源優勢未能轉化為產品優勢，產品質量明顯低於國外同類同級產品的實物水平，16Mn、20MnSi、U71Mn 3個鋼號占低合金鋼總產量90%以上。

 

1984～2000年

 

這是一個中國低合金鋼的轉型期，從「六五」至「九五」期間，基本上實現了4個轉變。

 

(1) 按國外先進標準生產低合金鋼

(2) 引進國外發展成熟的低合金鋼鋼號

(3) 按國外低合金鋼基礎研究成果，改造我國原有的傳統觀念設計的低合金鋼鋼號

(4) 跟上新型低合金高強度鋼(微合金鋼)的發展趨勢。

 

我國低合金鋼發展面貌有了極大的變化，大大縮小了與國外低合鋼先進水平的差距。

 

1.4 現代低合金鋼的重大進展

 

自20
世紀70年代以來，世界範圍內低合金高強度鋼的發展進入了一個全新時期，以控制軋制技術和微合金化的冶金學為基礎，形成了現代低合金高強度
鋼即微合金化鋼的新概念。進入80年代，一個涉及廣泛工業領域和專用材料門類的品種開發，借助於冶金工藝技術方面的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分—工藝
—組織—性能的四位一體的關係中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細結構的主導地位，也表明低合金鋼的基礎研究已趨於成熟，以前所未有的新的概念進行合金設
計。

 

低合金鋼的現代進展有哪些呢？主要表現有：

 

(1) 微合金化鋼基礎研究的新成就。

 

首
先，對微合金 化元素，尤其是Nb、V、Ti、及Al的溶解一析出行為的研究取得顯著的成果，這些元素的碳化物和氮化物的形成及其數量、尺寸、分
布取決於冷卻過程的形變溫度和形變量，而加熱過程中碳、氮化物的存在及其特性表現在回火的二次硬化、正火的晶粒重結晶細化、焊接熱循環作用下晶粒尺寸的控
制3個主要方面。

 

其二、重視含Nb微合金化鋼、Nb-V和Nb-Ti復合微合金鋼的開發，據統計幾乎佔有近20年來新
開發微合金化鋼全 部 牌號的75%和微合金化鋼
總產量的60%。近幾年注意到了微量Ti（0.015%）十分有益的作用，Ti的微處理不僅改變鋼中硫化物的形態，而且TiO2或Ti2O3成為奧氏體
晶內鐵素體晶粒生核的質點，Nb-Ti復合微合金化構成超深沖汽車板IF鋼的冶金基礎，還顯著改善了Nb鋼連鑄的裂紋敏感性。

 

其
三，對 低 碳鋼強化的Hall-Petch關係式進行了系統總結，對加速冷卻原理作了更深入的研究。人們十分有興趣採用分階段加速冷卻工藝的應
用，前期加速冷卻用於抑制鐵素體轉變，後期加速冷卻目的在於控制中、低溫產物的晶粒尺寸和精細結構的組成，從而達到在較寬範圍內調整鋼的強度和強度／韌性
匹配。

 

350MPa級高強度鋼：微合金化+熱機械處理，機制為晶粒細化+析出強度。

 

500MPa級高強度鋼：鐵素鐵+貝氏體、馬氏體，強化機制為晶粒細化、並晶界強化和位錯強化。

 

700MPa級高強度鋼：淬火回火組織，機制為相變強化+析出強化。

 

(2) 工藝技術的進步

 

頂底復吹轉爐冶煉，鋼的碳含量可控制在0.02～0.03%，精煉的應用可生產出碳含量在0.002～0.003%，雜質含量達到＜0.001%S、＜0.003%P、＜0.003%N，2～3ppm〔0〕和＜1ppm〔H〕的潔淨鋼。

 

連鑄的成功經驗是低的過熱度、緩流澆注和適宜的二次冷卻，採用低頻率、高質量的電磁攪拌，可以得到均勻的等軸的凝固區。

 

在再結晶控軋的基礎上，應變誘導相變和析出的非再結晶控軋，以及（g+a）兩相區形變，已成為目前控軋厚鋼板生產主要方向。薄板坯連鑄連軋流程和薄帶連鑄工藝的實用化，使低合金鋼生產進入了又一個新境界。

 

(3) 低合金鋼合金設計新觀點

 

首先是鋼的低碳化和超低碳趨勢，例如60年代X60級管線鋼碳含量為0.19%，70年代為0.10%，80年即使 X70和X80級管線鋼碳含量降至0.03%以下。

 

根據微合金化元素在鋼中的基本作用和次生作用，提出了「奧氏體調節」的概念，有意識地控制加入微合金化元素，使鋼適於一定的熱機械處理工藝，以發展新的性能更好的鋼種。

 

傳統控制軋制的合金設計：微合金化的重要目的是提高再結晶停止溫度，利用非再結晶區的形變誘導相變和析出，Nb是最理想的微合金化元素。

 

再
結晶控制軋制的合金設計：它的目的是盡量降低再結晶停止溫度，並形成阻礙晶粒粗化的系統。其中一種辦法是以TiN為晶粒粗化阻止劑，以V
（CN）作為鐵素體強化。另一種方案是Nb-Mo的微合金化，具有較寬闊的可以加工的窗口。這種工藝特別適合於不能進行低溫軋制的低功率的老舊軋機生產。

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