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研究低合金高强变钢的化学成分以得到所要求的性能当中,绝对必要的首先是强度。由于通过合
金元素的各种组合可以提高强度,所以就有了一些不同成分的低合金高强度钢,其除了具有要求的最小强度之外还具有其他性能和特性的综合性能。包括低合金高强
度钢,所有的钢其力学性能基本上都是由其显微组织决定的。低合金高强度钢一般为铁素体-球光体显微组织,与碳素钢一样其性能受显微组织变化的影响。这就是
可以通过增加珠光体的数量、提高组织的细化程度和增加分散相的数量(沉淀硬化)来提高强度。但是,除了较细的显微组织(细晶粒度)也提高缺口韧性之外,随
着这些显微组织提高了强度,通常与强度提高成比例地降低缺口韧性。轧制钢材的细晶粒组织一般通过在低的热轧温度下控制轧制来得到。当减小晶粒尺寸时,如控
制轧制,其对缺口韧性的有利影响超过沉淀硬化的有害影响。因而铌处理钢控制轧制可以得到极好的强度和韧性的组合。除了显微组织的影响之外,某些合金元素有
固溶强化铁素体的作用。低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能是由其本身的化学成分决定的。

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合金钢是在碳素钢的基础上添加一定量的合金化元素而成,其合金元素的质量分数一般不超过,用以提
高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性,或使钢具有某些特殊性能,如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。常用来制作焊接结构的低合金钢可分为高强度钢、低温用
钢、耐腐蚀用钢及珠光体耐热钢四种。

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合金钢是指在钢中加入少量合金元素(符合表1)由于合金元素的强化作用,低合金结构钢的屈服点比普通碳素钢
高25-150%,加之大多低碳,而具有良好的塑性韧性和焊接性能,有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性,因此,低合金钢是一类很有发展前途的钢,在钢的生产
中比例越来越大。

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铁合金的种类繁多,生产方法各异,但归纳起来主要有以下五种:


(1)、
高炉法
高炉冶炼铁合金与高炉冶炼生铁相似,是利用高炉的高温及还原性气氛使合金矿石还原制成铁合金的。在高炉中生产的铁合金主要是高碳锰铁。此外,用高炉还可冶
炼低硅硅铁(Si约10%)与镜铁,前者供铸造使用。用高炉冶炼铁合金,劳动生产率高,成本低。但因高炉内氧化带的存在,高熔点或难还原的氧化物不能还
原,所以其它一些铁合金不能用高炉冶炼,只能用电炉生产。


 


(2)、电热法
电热法是铁合金生产的主要方法。由于碳的还原能力随着温度的升高而增强,故很多难还原的氧化物如:CaO、Al2O3、稀土氧化物等都可以在还原电炉中还
原出来。在还原电炉内以电能为热源,用碳作还原剂,还原矿石生产铁合金。此法的缺点是许多金属极易和碳生成碳化物,故用碳作还原剂生产的合金(除硅质外)
含碳都很高。为了得到低碳合金,就不能用碳作还原剂,而只能用低碳硅质合金作还原剂。因此低碳铁合金不能用电热法,而只能用电硅热法。


 


(3)、
电硅热法
此法是在电炉内用硅(如硅铁或中间产品硅锰或硅铬合金)还原矿石、氧化物或炉渣,并以石灰作熔剂生产铁合金。因此获得的产品含碳量较低。目前,用这种方法
生产微碳铬铁、中低碳铬铁、中低碳锰铁、钒铁和稀土硅合金等。成品的含碳量主要取决于原料的含碳量。用电硅热法生产铁合金时,电极会使合金增碳,故生产含
碳量极低或纯的金属,不能使用电炉。熔点很高而不能从炉内流出的铁合金也不能用电炉生产,而只能用炉外法(也称金属热法)。


 


(4)、
金属热法
金属热法是用还原反应产生的化学热加热合金与炉渣,并使反应自动进行。这种方法又叫“炉外法”。此法常用的还原剂有铝、硅铁(75%Si)、铝镁合金等。
得到的铁合金或纯金属含碳量极低 。目前用这种方法生产钛铁、钼铁、硼铁、铌铁、高钨铁、高钒铁与金属铬等。


 


(5)、转炉法 此法是将液态的高碳合金(如高碳铬铁)兑入转炉,吹氧脱碳,得到中低碳合金。 铁合金的种类虽多,但99%的铁合金是用上述五种方法生产的。


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複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。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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is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide
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mould & die, aero space and electronic industry. Our main products
include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card
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优质非合金钢是指除普通非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢,在生产过程中需要控制(例如控制晶粒度,降低硫、磷含量,改善表面质量或增加工艺控制等),以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求,但这种钢的生产不如特殊质量非合金钢严格。


优质碳素结构


 



质碳素结构钢属优质钢,不仅要保证化学成分也要保证机械性能。同时要求杂质(S、P)含量较低,其牌号用两位数字表示,代表钢中碳的名义万分含量,少数
沸腾钢数字后加“F”,其中含锰量不超过0.8%的为较低含锰量钢,0.8-1.2%Mn为较高含锰量钢,并在数字后面加“Mn”.


优质碳
素结构钢的用途根据化学成分和性能不同而异。低碳碳结钢(C<0.5%),因塑性、韧性及焊接性能优良,主要用于轧制薄板、钢带、型钢及拉丝
等。08F多用于制造各种冲压件,如搪瓷制品、汽车外壳零件等。15、20、20Mn是常用的渗碳钢,可用于制造对心部强度要求不高的渗碳零件如机械、汽
车、拖拉机齿轮、凸轮、活塞销等中碳碳结钢(C0.25-0.60%)与低碳碳结钢相比,强度较高而塑性、韧性稍低,多轧掉型钢,用于制造轴类零件,经调
质外理后使用,因此也称高质钢。45钢是应用十分广泛的中碳碳结钢,高碳碳结钢(C>0.60%)具有较高的强度、硬度、弹性和耐磨性、多生产型
钢,主要用于制造机具的易磨损零碎件和弹簧等,如农机的犁铧、耙片、轧机轧辊及减震弹簧、座垫弹簧等。65Mm、70Mn、70、75、80、85钢也属
于特殊质量非合金钢(弹簧钢)。


 


优质碳素结构钢在订货时应在合同中注明使用加工方法,一般加工方法有两种:压力加工用钢(热压力加工、顶锻及冷拨坯料)和切削加工用钢。


 


冷镦钢


 


冷镦钢主要用于制造螺钉、铆钉、销钉的优质碳结钢(部分合结钢)。对冷镦钢要求钢中含S、P、Si等杂质少,保证顶锻性能及热处理后的机械化性能。


 


冷镦钢牌号用“ML”后加碳结钢(或合结钢钢号),其牌号化学成分见表达式


易切削结构钢


 



切削结构钢是利用钢中某些元素的作用改善钢的切削加工性能,以适于在自动机床上进行高速切削的钢种。常用改善切削加工性的元素有S、Pb、Ca、等,其
中以S最常用,S在钢中形成MnS夹杂,MnS很脆,并有一定润滑作用因而切屑易于碎断,工件表面光洁度高,减少刀具磨损,提高切削速度。易切削结构钢虽
然钢中含S、P较多,单在这类钢中是作为有益元素加入或保存下来,因此,属于优质钢。易切削结构钢用作生产标准件如小型螺丝、螺母、油泵、手表、计算机、
打字机零件、机床光杠、丝杠等。易切削结构钢牌用“Y”加钢号表示除Y40Mn属于优质低合金钢外,其余都是优质碳结钢.


其它优质非合金钢


 



质碳素结构钢、冷镦钢、易切削结构钢外,其它优质非合金钢还很多,这大多生产某种专用产品,有些钢牌号和优质碳素结构钢相同,如专门生产油桶板的08、
10、08Al供镀锡、锌、铅的原板。但大部分专门为某种行业使用的钢,牌号与优质碳素结构钢不同,如:锅炉和压力容器用钢,造船用钢、铁道用钢、桥梁用
钢、汽车用钢、锚链用钢、自行车用钢、输油及输气管用钢、工程结构用铸造碳素钢,予应力及混凝土钢筋用优质非合金钢、焊条用钢、花纹钢板、非合金调质钢、
非合金表而硬化钢、非合金弹簧钢、盘条钢、非合金电工钢板、带等都用汉语拼音字母加在钢号中。这些钢在订货或使用中要认真查找有关标准和资料。


 


    

 


特殊质量非合金钢


 


特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能(例如,控制淬透性和纯洁度)的非合金钢。


 


碳素工具钢


 


碳素工具钢的含碳量高(0.65-1.35%)属高碳钢,具有高硬度,高耐磨性、良好的锻造性能和切削加工性,价格便宜,唯一不足的是淬透性低。其牌号由“碳”的汉语拼音字头(T)加数字组成,数字表示碳的名交千分含量,高级优质碳素工具钢在数字后而加字母A.



素工具钢用途广泛。其中T7、(T7A)、T8、(T8A)钢因韧性较好,主要用作承受震动与冲击载荷的工具,如凿子、打铁用模、各种锤子、木工工具
等;T9(T9A)由于含碳量较高,故硬度、耐磨性较高、韧性较差,有一定韧性用作不受剧烈震动冲击的工具。如冲模、冲头、木工切削工具、凿岩凿子等
到;T10、(T10A)、T11、(T11A)韧性尚可,耐磨、较硬、应用较广、制作要求较高且不受突然和剧烈冲愚味震动而需要一定韧性及具有锋利刀口
的各种工具,如车刀、刨刀、钻头、板牙、铣刀、刀锯锯条及简单量具;T12(T12A)、T13(T13A)钢则用于制造不受震动,要求极高硬度的工具,
如钻头、丝锥、锉刀、刮刀等。


 


其它特殊质量非合金钢


 


其它特殊质量非合金钢大多也都是为某
种专用产吕需要,钢材要经过特殊处理的非合金钢,如为保证军工需要的航空用钢、兵器用钢、核压力容器用非合金钢;保证
某种热处理需要的、保证淬透性钢、非合金调质钢、非合金表面硬化钢、火焰及感应淬火硬化钢;专用原料的焊条用钢、碳素弹簧钢、特殊盘条钢、冷顶锻和冷挤压
钢、特殊易切削钢、碳素中空钢、具有规定导电性能的非合金电工钢,具有规定磁性能的非合金软磁材料、原料纯铁等。


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这是一类可焊接的低碳工程结构用钢。其含碳量通常小于0.25%,比普通碳素结构钢有较高的屈服点σs或屈服强度 σ0.2(30~80kgf/mm2)和屈强比σs/σb(0.65~0.95),
较好的冷热加工成型性,良好的焊接性,较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性,以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。其合金元素含量较低,一般在2.5%以
下,在热轧状态或经简单的热处理(非调质状态)后使用;因此这类钢能大量生产、广泛使用。各发达工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10%(见合金
钢)。


19世纪末,在低合金高强度钢发展的初期,钢种的合金设计只考虑抗拉强度。钢中加入较高含量的Si、Mn、Ni、Cr等某一合金元素
以改善某一方面的使
用性能,但获得高强度的主要手段仍然依赖于较高的含碳量。随着钢结构由铆接向焊接发展,为了提高钢的抗脆断性能,逐步向降低钢中含碳量和复合合金化的方向
变化。20世纪50年代,为节约合金元素,曾采用热处理的方法以获得强度和韧性的良好匹配。60年代,开始了称之为微合金化和控制轧制生
产的新阶段,出现了一些新的钢种。至70年代,发展成熟的微珠光体钢和无珠光体钢、针状铁素体钢、超低碳贝氏体钢、热轧双相钢以及低碳马氏体钢在油气输送
管线、深井油管、汽车钢板等领域中得到推广应用;预计在80年代,这些钢种在工程结构材料中将占有重要的地位。中国于1957年开始研制低合金高强度钢,
结合中国的资源发展了Mn、Mn-V、Mn-Ti、Mn-Nb和Mn-Mo等一系列的钢种,屈服强度为30~70kgf/mm2。


合金元素的作用 
目前,新型的低合金高强度钢以低碳(≤0.1%)和低硫(≤0.015%)为主要特征。常用的合金元素按其在钢的强化机制中的作用可分为:固溶强化元素
(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等);细化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相变强化元素
(Mn、Si、Mo等)(见金属的强化)。


C  在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物,使钢得到强化。在微合金钢中为形成一定量的碳-氮化物,碳的含量只需要0.01~0.02%;所以降碳是这类钢发展的必然趋势,从而可大大改善钢的韧性和焊接性能。


Mn 
高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。锰能降低γ→α
转变温度;有利于针状铁素体的形核;在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度,从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。此外,由于高锰
导致钢的应力/应变特性的变化,可以抵销鲍欣格效应的强度损失。


Si  多数低合金高强度钢不用硅合金化,但在热轧铁素体-马氏体多相钢中,硅是不可缺少的添加元素。


Mo  含钼钢(~0.15%Mo)有较高的强度,比传统的铁素体-珠光体钢又有较高的韧性。钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在0.2~0.4%。


Nb、V、Ti  在低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加0.05~0.15% Nb(或V、Ti),有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。钛在钢中形成硫化物,改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。


稀土元素(RE)  微量(0.001%左右)稀土金属,不影响钢的强度。其主要作用是脱硫,它又是最有效的硫化物形态控制元素,减小韧性的各向异性,防止钢的层状撕裂。


其他元素Ni、Cr、Cu等,在微合金钢中固溶硬化并不十分有效,在非调质钢中一般控制在较低的含量范围。


分类  低合金高强度钢按其主要性能和用途,可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类:


高强度用钢  这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性,其主要特点和用途见表。这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的80%以上,其中屈服强度35~40kgf/mm2级的钢种占大多数,应用最为广泛的是16Mn钢。


低合金高强度钢



温用钢  它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性-脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V(-70℃)、
06MnNb(-90℃)、3.5%Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃),用于制作低温设备的零部件。


耐蚀用钢  这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力,如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀,用于船舶、板桩、井架;12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备;10MoWVNb钢在用于400℃氢、氮、氨高压管方面效果较好。


生产工艺 
低合金高强度钢可在平炉、转炉或电炉冶炼。中国在1979年以后已用氧气顶吹转炉-钢包吹氩-连铸板坯-热连轧,或电炉-钢包喷粉-厚板轧机的工艺流程生

Nb、V、Ti低合金高强度钢。钢材一般在热轧后使用,为得到均匀的组织和稳定的性能,通常采用高温回火、正火、调质等传统的金属热处理方法。屈服强度大
于60kgf/mm2的非调质厚板也可采用轧后控制冷却的方法来生产。


<span>


参考书目


<span>

J.M.Gray, Processing and Properties of Low Carbon Steels,AIME,New York,1973.


F.B.Pickering, Low Carbon Structural Steels for the Eighties,The Institution of Metallurgists, London,1977.


F.B.Pickering, Physical Metallurgy and theDesign of Steels,Applied Science Publishers Ltd.,London,1978.</span></span>

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 1 什么叫铸件的温度场,何谓凝固方式?铸件有哪三种凝固方式?


 


特点如何?


答:铸件的温度场:在凝固和冷却某瞬间,铸件横断面上的温度分布线。


铸件的凝固方式:逐层凝固方式,糊状凝固方式,中间凝固。


逐层凝固:没有凝固区,固相区由表面向中心层层发展的凝固方式。


糊状凝固:凝固区很宽,甚至贯穿整个铸件断面,而表面温度似高于固相点TS以后表层低于TS,才开始结壳形成固相区。


中间凝固:凝固区域较宽,并迅速扩展至铸件工心。


2 何谓合金的充型能力及流动性?二者之间有何联系与区别?怎样提高合金的充型能力?


答:液态合金充满型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力称为充型能力。


合金的流动性是指合金本身的流动能力。


合金的流动性影响合金能力的内在因素,它主要与合金本身的性质有关。充型能力可以认为是考虑铸型及其他工艺因素影响的液态合金的流动性。


为提高合金的充型能力应尽量选用共晶成分合金或结晶温度范围小的合金,应尽量提高金属液的凝固质量,金属液愈纯净所含气体杂质愈少,充型能力愈好。


3 什么是顺序凝固原则和同时凝固原则?各适用于什么合金及铸件结构条件?


答:顺序凝固原则是采用各种工艺措施,使铸件各部分按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固。该原则适用于收缩大或壁厚差别较大,易产生缩孔的合金铸件如铸钢高强度灰铸铁等。


同时凝固原则是采用相应工艺措施使铸铁各部分温度均匀,在同一时间内凝固。该原则适用于收缩小的灰铸铁。


4 何谓热应力,机械应力?热应力和机械应力在铸铁中的分布规律各如何?何谓残留应力及临时应力?


答:热应力是由于铸件上壁厚不均匀的各部分冷却速度和线收缩量不均匀,相互阻碍收缩而引起的应力。


铸件的固态收缩受到铸型,型芯,浇口,冒口等外因的机械阻碍而产生的应力,称机械应力。


热应力分布规律一般对厚壁或冷却慢的部分产生拉应力,薄或冷却快的部分形成压应力。


机械应力一般都是拉应力。


热应力在铸件冷却至室温后仍残留在铸件内的不同部位,是一种残留应力。


5 何谓铸件的结构工艺性?从简化铸造工艺角度应对铸件结构有哪些要求?


答:铸件的工艺性即在保证铸件质量的前提下铸造的难易程度。


铸件的结构在满足使用要求的前提下应使铸造工艺流程中各工序操作简便,效率提高,成本降低,质量易于保证,具体如下:


1 铸件的外形:


(1)尽量避免外表面有侧凹;


(2)尽量使分裂面为平面;


(3)尽量减少分型面的数目;


(4)凸台,肋等结构应便于起模;


(5)顺着起模方向的非加工表面应有结构斜度,以便于起模;


2 铸件的内腔:


(1)尽量少用和不用型芯;


(2)应利于型芯的固定和排气;


(3)应利于型芯的清除。


6 从合金的铸造性能方面考虑,为避免有关铸造缺陷,对铸件结构有哪些要求?


答:铸件结构还应考虑合金的充型能力,收缩特性,吸气性等,铸造性能对铸件质量的影响,避免各类缺陷的产生,具体如下:


一 铸件的壁厚:


1 铸件应有合适的壁厚,避免浇不到缺陷;


2 铸件壁厚,力求均匀,避免形成缩孔,缩松和裂纹等缺陷


3 铸件内壁的厚度应略小于外壁厚度使整个铸件均匀冷却


4 壁厚分布应符合顺序凝固原则。


二 壁的连接


1 壁的连接处应有结构圆角,圆角大小应与壁厚相适应,避免造成热节


2 两壁斜向相交时,应避免在锐角接头,而用直角接头


3 尽量采用交错接头(中心件)和环形接头(大件)避免交叉接头


4 厚度不同的壁连接时应逐渐过渡避免突变,突变处易形成应力集中和裂纹


三 避免变形和裂纹的结构


1 细长易挠曲的铸件应设计为对称截面,由于对称截面的相互抵消作用,使变形大大减少


2 合理设置加强肋,以提高平板铸件的刚度,防止翘曲变形


3 较大的带轮,飞轮,齿轮的轮幅可做成弯曲的奇数的或带孔腹板,以借轮辐(腹板)或轮缘的微量变形自行减缓铸造应力,防止开裂。


7 灰铸铁的力学性能,铸造性能和其他性能有何特点?灰铸铁最适宜做哪些铸件?


答:强度性能较差,抗拉强度很低,塑性近于零,硬度极低,抗拉强度比碳钢低很多,几乎无韧性,但石墨对基件承受压应力的有害影响较小,故灰铸铁的抗压强度和硬度与基件相近


铸造性能和切削性能良好,灰铸铁的收缩率较小,灰铸铁的化学成分在共晶点附近,其流动性很好


减摩性好,减震性好,缺口敏感性好


灰铸铁广泛应用于制造工作在磨擦条件下,要求吸收振动的形状复杂的支座类铸件 ,如机床床身,导轨,机座及缸盖等


8 为什么球墨铸铁的强度和塑性比灰铸铁高,而铸造性能比灰铸铁差?球墨铸铁是怎样制成的?


答:球墨铸铁的正常组织是细小圆整的石墨球加金属基件,由于石墨的利用率可达70%-90%,因此球墨铸铁的力学性能比灰铸铁高得多,抗拉强度甚至可以和钢媲美,塑性和韧性也大大提高,而流动性不如灰铸铁,所以铸造性能比灰铸铁差。


球墨铸铁的制造:


一 严格要求化学成分,对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高,降低球墨铸铁中锰,磷,硫的含量


二 铁液出炉温度比灰铸较铁更高,比补偿球化,孕育处理时铁液温度的损失


三 进行球化处理,即往铁液中添加球一化剂


四 进行孕育处理


五 球墨铸铁流动性较差,收缩较大,因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸,多应用冒口,冷铁,采用顺序凝固原则


六 进行热处理


9 铸钢的铸造性能怎样?铸造工艺上的主要特点是什么?钢件铸造后需进行何种热处理,为什么?


答:1 铸钢的铸造性能较差:因熔点高而使钢液易氧化,流动性差,收缩大。因此铸钢的铸造较困难,常出现缩孔,缩松,残留应力,裂纹等缺陷,铸钢的晶粒粗大,韧性低于同成分的锻钢,铸造中需采取比铸铁更复杂的工艺措施。


2 工艺特点:(1)对型砂的强度耐火性和透气性要求更高。


(2)铸型工艺上大都采用顺序凝固原则,冒口,冷铁用得很多。


(3) 铸造需热处理


3 为了细化晶粒,改善铸态组织,消除铸造应力,提高力学性能,铸钢件铸后一般进行退火和正火处理。


10 什么是冷变形和热变形,各有何特点?


答:据变形温度和变形后的组织不同,通常把在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形,在再结晶温度以上进行的变形称为热变形,冷变形的金属表现出加工硬化现象,热变形金属的加工硬化随即被再结晶所消除。


11 冷变形强化对金属的组织和性能有何影响,在生产中如何利用其有利因素?


答:
金属在冷变形时,随着变形程度的增加,强度和硬度提高,塑性和韧性下降,这种现象称为冷变形强化,又称加工硬化或冷硬化,冷变形强化时,金属内对称面附近
的晶格发生畸变,甚至产生晶粒破碎现象,金属的强度和硬度越来越高,而塑性和韧性越来越低,冷变形强化是强化金属材料的手段之一,尤其是一些不能通过热处
理方法强化的金属可通过冷轧,冷挤压,冷拔和冷冲压方法,在变形的同时提高其强度和硬度


12 再结晶对金属的组织和性能有何影响?


答:
如将变形金属;加热到更高温度,使原子具有更强的的扩散能力,就能以滑移而上的碎晶块或其它质点为晶核,成长出与变形前晶格结构相同的新的等细晶粒,这个
过程称为再结晶,再结晶可以完全消除塑性变形变形所引起的硬化现象,并使晶粒得到硬化,力学性能甚至比塑性变形前更好。


13 锻造流线的存在对金属的力学性能有何影响?在机械零件设计中如何考虑锻造流线的问题?


答:塑性变形时,金属的晶粒没变形方向被拉长或压扁,变形后晶间杂质也沿变形方向排列,这种按照一定方向分布的晶界杂质称为锻造流线,锻造流线使金属的力学性能表现为各向异性,即不同方向上的力学性能有所不同,在机械零件中应注意:


(1)流线与工件最大拉应力方向一致


(2)流线与切应力,冲击力方向垂直


(3)沿工件外轮廓连续健分布


14 如何衡量金属的塑性加工性能,在生产中提高金属塑性加工性能的措施有哪些?


答:塑性加工性能的优劣,以金属的塑性和变形抗力综合衡量,在生产中提高金属塑性加工性能的措施有:


(1)由于纯金属的塑性变形性能优于其合金,所以尽量选用纯金属或杂质较少的金属合金件为锻件


(2)单相组织比多相组织的塑性成形性能好,一般金属锻造时最好使其处于单相不纯和固溶体状态。


(3)在一定温度范围内,提高锻件的温度


(4)压应力状态可提高金属的塑性,挤压加工时,变形金属内部存在压应力,所以尽量选用挤压加工来加工锻件。


(5)提高应变速率使之超过临界速率。


15 冲孔落料有何异同?如何确定冲裁凸模和凹模的尺寸?


答:冲孔和落料的相同点为两个工序的坯料变形分离过程和模具结构都是一样的


两者的区别:冲孔是在板料上冲出洞,以获得带孔的制件冲裁的都是废料;


落料是为了获得具有一定的形状和尺寸的落料件,冲落的部分是成品,余下的部分是余料或废料。


确定模具的尺寸:冲落件的直径和凹模直径相同,板料上冲出孔的直径与凸模相同,二者直径相差的数值为模具的双面间隙值Z即D凹=D凸+Z,对冲孔模具,D凸=D孔,则D凹=D凸+Z,对于落料D凹=D落料,D凸=D凹-Z


16 弯曲时板料受力和变形的过程如何;易产生什么缺陷或废品,如何防止?



曲变形的过程:冲头下降与板料接触后,板料开始弯曲,弯曲半径较大,弯曲部分的宽度为 随着凸模下压,弯曲半径由 减小为
,板料外侧与凹模工作表面的接触距离由 缩短为 ,凸模继续下压, 和 继续减小,并且板料内侧开始与凸模的工作表面接触,此后
段以下与凸模和凹模工作表面接触点之间的部分板料向相反方向弯曲,弯曲半径 继续减小,最后板料与凸模,凹模完全贴合。


变形受力,板料内侧
的金属在切向压应力作用下,产生压缩变形,外侧金属在切向拉应力作用下产生拉伸变形易产生拉裂缺陷,为防止拉裂,应尽量选用强度高而塑性好的材料,限制弯
曲半径使实际弯曲半径r大于最小弯曲半径
下料时要注意使弯曲圆弧的切线方向与板料轧制的流线方向一致,防止板料表面划伤,以免划伤部位处于拉伸位置而造成应力集中。


产生弹复现象,预防弹复的措施:(1)改变模具尺寸,改变弯曲角度,使弹复后达到临界尺寸(2)改变模具的结构采用整形弯曲(3)采用拉弯工艺


17 板料弯曲为什么会产生弹复现象,哪些因素影响弹复值的大小,如何控制弹复现象而保证弯曲精度?


答:在外加载荷去除后塑性变形保留下来,而弹性变形要恢复,从而使板料产生与弯曲方向相反的变形,从而产生弹复现象


影响弹复值的大小的因素有:材料的力学性能,弯曲半径,弯曲角等因素。


控制弹复现象的措施有:(1)改变模具尺寸改变弯曲角度,使弹复后达到临界尺寸(2)改变模具的结构,采用整形弯曲,减少凸模与板料的接触面积(3)采用拉弯工艺


18 钢材熔焊焊缝中有哪些有害元素?有何危害?这些有害元素,从何而来,如何控制?


答:
焊缝中的有害元素有氢,氧,氮,硫,磷等。这些有害元素会使焊缝金属性能脆化,氢,硫,碗会引起裂纹,氢和氮还会导致气孔。空气中的氧气和氮气,焊条,焊
剂受潮的水分,铁锈中结晶水以及油污等,在电弧高温作用下会分解为氮,氢,氧进入熔池液体金属。氮和氢溶入液体金属,氧与金属会发生氧化反应而形成氧化
物,合金元素被烧损。铁锈,焊条皮,埋弧焊的焊剂也带入一些氧化物。此外,母材和焊接材料还会带入硫,磷等杂质。控制的方法有:焊接前清除,工件待焊处的
锈,水,油污,按规定的参数,烘干焊条,焊剂,焊接时采取措施保护熔滴,溶池的液体金属和高温的焊缝金属,防止空气进入。在焊条药皮和埋弧焊焊剂中加入铁
合金,在焊丝中加入金属元素进行渗合金,为焊缝金属添加元素,获得较为理想的焊缝金属化学成分,以保证焊缝金属具有必要的使用性能。


19 焊接接头包括哪几个区?力学性能差的薄弱区在哪儿?为什么?


答:(1)焊接接头包括焊缝,熔合区和焊热影响区


(2)熔合区化学成分不均匀,组织粗大,往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。帮其性能是焊接接头中最差的


20 影响焊接接头性能的因素有哪些?


答:影响因素有:(1)焊接材料(2)焊接方法(3)焊后热处理。此外,接头形式,工件厚度,施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度,从而影响接头的组织性能。


21 焊条型号E4303,E5015和焊条牌号J422,J507各部分的含义是什么?


答:(1)E4303:E表示焊条,43表示熔敷金属抗拉强度 430MPa,0表示焊条适合于金属位置焊接,03表示焊接电流种类为交流或直流区反接,及药皮为钛


(2) E5015 E 表示焊条,50 表示熔敷金属抗拉强度 500MPa,,1 表示焊条适用于全位置焊接,15 表示焊条为低氢钠型药皮,直流反接。


(3) J422 J表示焊条为结构钢焊条,42 表示焊缝金属抗拉强度 420MPa,2 表示焊条为钛钙型药皮,交直流正反接


(4)J507 J表示焊条为结构钢焊条,50 表示焊缝金属的抗拉强度 500MPa,7 表示焊条为低氢钠型药皮直流反接。


22 碱性焊条与酸性焊条的性能有什么不同?


答:碱性焊条同酸性焊条相比有如下特点:


(1)碱性焊条力学性能好,(2)碱性焊条抗裂性能好(3)碱性焊条工艺性能差(4)碱性焊条对锈,油,水的敏感性大,易出气孔(5)碱性焊条产生有毒气体和烟尘


23 结构钢焊条怎样选用?焊接 Q235,20。45。16Mn(Q235)应选用什么牌号的焊条?


答:(1)结构钢焊条的选用方法一般是根据母材的抗拉强度,按“等强”原则选择相同强度等级的焊条。


(2) 略


24 埋弧自动焊与焊条电弧焊相比有哪些特点?应用范围有何不同?


答:埋弧自动焊与焊条自动焊相比有以下特点:


(1)生产率高,成本低(2焊接质量好,而且质量稳定(3)劳动条件好,没有弧光,没有飞溅,劳动强度轻(4)埋弧自动焊适应性较差(5)埋弧自动焊设备较复杂,设备费一次投资大,焊前试验调整等准备工件量大。


应用范围不同之处:


(1)埋弧自动焊适用于成批生产的中,厚板结构的长直缝及较大直径的环缝的平焊和平角焊,


(2)焊条电弧焊适用于单件小批生产,用于厚度2mm以上,各种焊接位置短的,不规则的焊缝,以及焊机不能到达部位的焊接。


25 钨极氩弧焊与焊条电弧焊相比有哪些特点?应用范围如何?


答:钨极氩弧焊与焊条电弧相比,有以下特点:


(1)机械保护效果好,焊缝金属纯净,焊接质量优良,焊缝成形美观


(2)电弧很稳定,特别是小电流时也稳定


(3)全位置焊接,而且易于实现自动控制


(4)氩气较贵,成本较高


应用于焊接易氧化的有色金属和合金钢,并适用于单面焊双面成形,另外焊接电流不能过大,只能焊4mm以下的薄板。


26 什么叫焊接性?影响焊接性的因素有哪些?


答:材料在限定的施工条件下,焊接成按规定设计需求的构件并满足预定要求的能力称为焊接性。焊接性受材料,焊接方法构件类型及运用要求四个因素的影响。


27 普通低合金钢和奥氏体不锈 钢焊接时的主要问题是什么?常用什么焊接方法?


答:普通低合金钢焊接的最主要问题是冷裂纹,常采用焊条,电弧焊和埋弧自动焊,此外也可采用气体保护焊,强度等级较低的可采用气体保护气焊。


当焊接材料选择不合适或焊接工艺不合理时,会产生晶间腐蚀,和热裂纹,这是奥氏体不锈 钢焊接的两个主要问题。常采用焊条电弧焊,钨极氩弧焊也可采用埋弧自动焊。


合金的铸造性能:合金易于液态成型而获得优质铸件的能力称为铸造性能。


冷变形强化:金属在冷变形时,随着变化程度的增加,强度和硬度提高而塑性和韧性下降。


金属的塑性成型性能:金属材料经受塑性成型加工获得合格制件的难以程度。


板料冲压:板料冲压是利用在压力机上上的模具对金属板料加压,使之产生变形或分离,从而获得毛坯或零件的加工方法。


焊接:焊接是通过加热或加压(或二者并用),并且用或不用填充材料,使工件产生原子间结合的一种连接加工方法。


焊接热循环:在焊接热源的加热及随后的冷却过程中,焊接上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。



焊:钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于迁料熔点,低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩
散实现连接的焊接方法。材料的焊接性:材料在限定的施工条件下,焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。 


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謂調質鋼,一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳鋼。一般用這類鋼製作的零件要求具有很好的綜合機械性能,即在保持較高的強度的同時又具有很好的塑性和
韌性,人們往往使用調制處理來達到這個目的,所以人們習慣上就把這一類鋼稱作調質鋼。.
各類機器上的結構零件大量採用調質鋼,是結構鋼中使用最廣泛的一類鋼。


 


調質鋼在化學成分上的特點是,碳含量0.3-0.5%,並含有一種或幾種合金元素,具有較低或中等的合金化程度。鋼中合金元素的作用主要是提高鋼的淬透性和保證零件在高溫回火後獲得預期的綜合性能。


 


熱處理工藝是在臨界點以上一定溫度加熱後淬火成馬氏體,並在500℃-650℃回火。熱處理後的金相組織是回火索氏體。這種組織具有強度、塑性和韌性的良好配合。


調
質鋼的質量要求,除一般的冶金方面的低倍和高倍組織要求處,主要為鋼的力學性能以及與工作可靠性和壽命密切相關的冷脆性轉變溫度、斷裂韌性和疲勞抗力等。
在特定條件下,還要求具有耐磨性、耐蝕性和一定的抗熱性。由於調質鋼最終採用高溫回火,能使鋼中應力完全消除,鋼的氫脆破壞傾向性小,缺口敏感性較低,脆
性破壞抗力較大,但也存在特有的高溫回火脆性。


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複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。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
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356
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/ 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
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多數調質鋼為中碳合金結構,屈服強度(σ0.2)在490-1200Mpa。以銲
接性能為突出要求的調質鋼,為低碳合金結構鋼,屈服強度(σ0.2)一般為490-800Mpa,有很高的塑性和韌性。少數沉澱硬化型調質鋼,屈服強度
(σ0.2)可到1400Mpa以上,屬高強度和超高強度調質鋼。


 


常用的合金調質鋼按淬透性和強度分為4類:


①低淬透性調鋼;


②中淬透性調質鋼;


③較高淬透性調質鋼;


④高淬透性調質鋼。


 


力學性能


 


 


1.合金元素對力學性能的影響


淬透性能相同的鋼調質到相同硬度時,抗拉強度基本相同,硬度與抗拉強度大致成直線關係。


各種成分的合金鋼調質到各種硬度值時,硬度值為400HB (抗拉強度約為1400MPa)時,屈強比值最高,約為0.9,淬火狀態的組織對屈強比有很大影響。


調
整增加鋼材淬透性的合金元素的含量,可以得到相同的淬透性能,得到相同的抗拉強度和屈服強度。因此,在選擇合金元素時應優先選擇增加淬透性能作用顯著而價
格較低的元素,如硼、錳、鉻等。但是合金元素不同的鋼要調質到相同的硬度所採用的回火溫度各不相同,即各種鋼的抗回火性能不同。


淬透性能
相同的鋼調質到相同硬度時,抗拉強度和屈服強度雖基本相同,但是脆性破壞傾向差別很大,低溫衝擊試驗尤為明顯。成分不同的鋼調質後硬度與疲勞極限的關係不
同。硬度在35HRC以下時疲勞極限和硬度成直線關係,疲勞極限的波動範圍為130MPa。硬度超過35HRC時,疲勞極限的波動範圍變寬。如硬度為
55HRC時,疲勞極限的波動範圍達380MPa。   2.調質零件硬度的確定
  零件的淬透情況相同時,調質後的硬度即可反映零件的屈服強度與抗拉強度,因此零件圖紙和技術條件一般只規定硬度數值。只有很重要的零件才規定其他力學
性能指標。


調質零件硬度的確定,必須考慮到製造工藝的要求和使用時的載荷條件。從製造工藝考慮,希望零件在毛坯狀態調質,而後進行切削加
工和裝配。這樣零件熱處理時產生的變形和脫碳在以後的切削加工中加以消除。但是採用這種製造程序的零件,其硬度不能過高,一般不超過300HB,個別的不
超過350HB,否則對切削加工不利。要求硬度更高的零件(如有的汽車半軸要求硬度為341~415HB),只能先切削加工,然後再進行調質處理,這時零
件加熱時應防止脫碳和變形,有時熱處理後要增加校直工序。小批量或單件生產的零件,切削加工所允許的硬度可以適當提高。


確定調質零件硬度時還必須考慮到生產的特點,小批單件生產的產品,不同零件可以選定不同的硬度,大批量流水生產的工廠希望大部分零件的硬度範圍一致或固定在幾個硬度範圍內,這對組織熱處理生產有很大的方便。



零件使用角度考慮,確定調質零件的硬度時要注意到零件的工作條件和零件的形狀。一般的講,硬度值高,抗拉強度、屈服強度和光滑樣品的疲勞強度都高,但是塑
性指標降低,脆性破壞傾向和應力集中的敏感性增加,因此,當零件上有起應力集中作用的缺口(花鍵、槽或斷面變化大)時,為使應力分佈均勻、減少應力集中現
象,這時較低的硬度反而可以獲得較高的疲勞性能。


 


合金調質鋼


 


 


用途


 


合金調質鋼廣泛用於製造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件,如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。


 


性能要求


 


調質件大多承受多種工作載荷,受力情況比較複雜,要求高的綜合機械性能,即具有高的強度和良好的塑性、韌性。合金調質鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同,對淬透性的要求不一樣。


 


成分特點


 


(1)中碳:碳質量分數一般在0.25%~0.50%之間,以0.4%居多;


(2)
加入提高淬透性的元素哥斯達黎加、Mn、Ni、Si等:這些合金元素除了提高淬透性外,還能形成合金鐵素體,提高鋼的強度。如調質處理後的40Cr鋼的性
能比45鋼的性能高很多;
  (3)加入防止第二類回火脆性的元素:含Ni、哥斯達黎加、Mn的合金調質鋼,高溫回火慢冷時易產生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二
類回火脆性,其適宜含量:Mo的質量分數為0.15%~0.30%,或W的質量分數為0.8%~1.2%。


 


資料來源:"百度百科"


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(1)熱處理設備


※電熱爐



熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源,其構造簡單,用途十分廣泛是它的主要特色,可廣泛應用於退火、正常化、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主
要的金屬發熱體包括Ni-Cr電熱線(最常見,最高用至1200℃)、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬;非金屬發熱體包括SiC(最常見,最高可加熱至
1600℃)、LaCrO3及石墨棒(真空或保護氣氛下可加熱至2000℃)。


 


※燃燒爐



燒爐使用氣體燃料或液體燃料作為加熱源,熱處理溫度可達800℃至1200℃之間。常見的氣體燃料包括天然氣、液化石油氣及瓦斯等;液體燃料則包括重油、
燈油及輕油等。燃燒爐的熱對流效果很好,特別是低溫加熱之均勻性甚佳;但燃燒爐容易產生燃燒噪音、塵粒、硫氧化物及氮氧化物等環境污染物,則是它的主要缺
點。


 


※鹽浴爐


鹽浴爐設備便宜,加熱速度快,處理件表面氧化程度低,適
合小型工件熱處理用。若配合適當的鹽裕,可應用於淬火加熱、滲碳、滲氮、滲硫等表面處理。常用的鹽浴種類包括(1)使用於200℃至500℃的低溫鹽主要
以硝酸鹽或亞硝酸鹽;(2)使用在450℃至950℃間的中溫鹽,主要以氯化鈉、氯化鈣及碳酸鈉的混合鹽;(3)使用在950℃至1250℃溫度範圍的高
溫鹽則大多以氯化鋇鹽為主。


 


※氣氛爐


氣氛爐係在氣密的爐體內,通入適當的氣氛進行各項輝面熱處理、滲碳、滲碳氮化及燒結等處理。此類爐具可分為分批式及連續式兩大類,加熱形式則使用電熱、油或燃氣在加熱管內燃燒以進行間接式加熱。


 


※真空爐



真空中加熱工件進行各項熱處理之爐具稱為真空爐,一般的真空度在10-2至10-4mmHg左右,經由真空爐熱處理之工件,可防止鋼材表面氧化、脫碳,具
有較佳的表面品質。具有冷卻裝置的真空爐,可在非活性氣體中冷卻或淬火油中進行油淬火,但隨著工件體積的增大,使得熱處理成本會大幅增加。


 


※高週波熱處理裝置



週波熱處理裝置主要是利用感應電流在工件必要的表面部分加熱,並進行必要的淬火、回火等熱處理程序,以獲得表面硬度大而工件心部韌性佳的表面特性。裝置主
要包括高頻產生器、加熱線圈及工件運動夾持機構。感應加熱的加熱效率甚高,能在極短的時間內加熱至高溫,並獲得極佳的硬化層;唯此種熱處理技術會受到工件
形狀的影響較大,並不是每個工件都適用高週波熱處理技術。


 


※流動床


流動床體的基本原理係利用流動的固體微粒(如氧化鋁粉、砂粒)進行加熱或冷卻,它具有高傳熱速率(加熱速度約為一般熱輻射傳導的8倍)及表面清潔作用等雙重優點,可使用於正常化、退火、淬火、沃斯回火及麻回火等熱處理程序。


 


(2)材料測試與觀察


※硬化能


硬化能(Hardenability)係指鋼材在受某種淬火硬化處理後,能夠被硬化的程度而言,因此亦稱之為『淬火性』。硬化能愈大,代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化的深度愈深,但硬化能大並不代表鋼才能經由淬火而獲得更大的硬度。


 


※影響硬化能因素


鋼材的硬化能特性受到下列因素影響:(1)鋼材化學組成;(2)淬火前鋼材沃斯田體晶粒大小;(3)鋼材沃斯田體化溫度(即鋼料之淬火溫度);(4)其他因素,如碳化物的分布、組成均勻性等均會影響鋼材硬化能之好壞。


 


※臨界直徑


所謂臨界直徑(Critical Diameter)係指鋼材經某一種淬火方式進行淬火後,中心部位組織恰好形成50%麻田散體時之直徑。一般鋼材可藉由端面淬火曲線得知臨界直徑之大小。


 


※勃氏硬度試驗



氏硬度試驗主要是利用直徑10mm的鋼球加上不同的荷重,進行硬度性能之測試。對於鋼鐵材料通常使用3000Kgf的荷重,簡記成
HB(10/3000);對於銅、鋁等合金材料通常使用1000Kgf的荷重,簡記成HB(10/1000);對於輕合金及軟金屬則使用500Kgf的荷
重,簡記成HB(10/500)。勃氏硬度試驗會在試片表面造成一個極為明顯的壓痕,因此亦常被視為破壞性試驗;然而,它的硬度值試驗結果較不受鋼材表面
銹片的影響,因此硬度值頗具代表性。


 


※洛氏硬度試驗


洛氏硬度試驗應用
範圍極廣,從極薄的薄片(HRA)至相當大的工件、從較軟的鋁銅合金材料(HRB)至淬火回火鋼材(HRC)均可使用。常用的HRB刻度係使用直徑
1/16吋鋼球壓痕器加上100Kg的荷重(10kg的小荷重加上90kg的大荷重);HRC刻度係使用頂角120°尖端半徑0.2mm的金鋼石圓錐加上
150Kg的荷重(10kg的小荷重加上140kg的大荷重);至於HRA刻度則使用與HRC相同之壓痕器,但荷重為60Kg的荷重(10kg的小荷重加
上50kg的大荷重)。


 


※維氏硬度試驗


維氏硬度試驗使用對角136°
金鋼石方錐當作壓痕器,可藉由壓痕器所造成的壓痕對角線來量測材料硬度值。維氏硬度試驗使用的荷重,依試片軟硬、厚薄之不同從1kg至120kg間選用適
當之荷重,但最常用者有10kg、30kg及50kg三種。此種硬度試驗尤其適用在厚度很薄、表面硬化或電鍍等材料。


 


※蕭氏硬度試驗



氏硬度試驗不同於前三種硬度試驗方法,係使用下端嵌有金鋼石之圓形小鎚由一定高度落下,衝擊水平式片之表面,以其落下後反彈之高度來決定材料之硬度值。此
種試驗法之優點為幾乎不在試片表面留下痕跡、輕巧方便、易於攜帶使用,可應用在大型鑄件等工件;缺點則為鎚端易變形,需隨時注重校正之工作。


 


※抗拉試驗



用拉伸試驗機,來測定鑄件的降伏強度、拉伸強度、伸長率及斷面收縮率等,已明瞭鑄件的基本機械性質。必要時亦可測定鑄件之比例限、彈性限及彈性係數等性
能。試驗時,先將試片兩端的固定端點固定在試驗機的上下夾具,選定應變速率後,慢慢施加試驗機的荷重,直至試驗片拉伸斷裂為止,求的降伏點荷重、最大荷重
用以計算鑄件材料之降伏強度及拉伸強度。在從斷裂後的試片量測伸長量、從破斷部位的面積分別計算出鑄件之伸長率及斷面收縮率。


 


※衝擊試驗



用的衝擊試驗法包括夏比(Charpy)衝擊試驗法及伊佐(Izod)衝
擊試驗法,此試驗主要是要評估材料的韌性質,亦即試片受衝擊破斷,所需要的能量大小稱之為衝擊值。試驗方法係將衝鎚設定在固定位置,將衝擊試片固定於支撐
台上,在令衝鎚自由落下衝擊試片,使試片破斷,並紀錄衝鎚的角度。經由衝鎚原始角度及衝擊後角度之度差,我們即可計算出衝斷試片所需要之能量,也就是試片
的衝擊值。


 


※金相顯微鏡觀察


利用顯微鏡來觀察金屬表面顯微組織的方
法,稱為金相顯微觀察法,可分為巨觀及微觀試驗兩種。通常巨觀組織試驗是指使用目視或20倍以下的放大鏡,進行組織觀察的方法,包括硫印法、巨觀浸蝕法、
破面檢查法等;微觀組織試驗法通常使用金相顯微鏡進行100倍以上的微細結構觀察。金相顯微鏡觀察的試片通常要先將觀察面研磨成平面,再利用拋光技術將觀
察面研磨至鏡面,最後再利用化學溶液浸蝕表面,使觀察面之微細結構顯現出來。


 


※滲透探傷法



業界常使用滲透液及顯像液來檢查熱處理工件淬火裂痕、孔隙等的表層缺陷,依使用之滲透液不同大致上可分為螢光滲透法及染色滲透法。檢查程序為(1)將工件
表面的附著油污除去、洗淨後乾燥;(2)將工件浸漬於滲透液中、或將滲透亦充分塗佈於工件表面;(3)浸漬一段時間後,將附著於工件表面的滲透液洗淨除
去;(4)將工件浸漬於顯像液中,若有裂縫等缺陷存在,因毛細管作用使得滲透液從內部被吸出,因此而顯像在工件表面。螢光滲透液則在黑暗處使用紫外光照射
進行觀察。


 


※超音波探傷法


利用超音波從工件垂直照射進入工件內部,在觀察超音波的衰減狀態及反射波形,即可檢查出工件內部缺陷的位置及大小。主要的設備包括:適當頻率的超音波發振裝置、顯示反射波之裝置、載送或偵測超音波的探頭等。


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氮化硼 (Boron Nitride 分子式BN,分子量24.81,理论密度2.27g/cm3)


 


氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,具有四种不同的变体:六方氮化硼(H-BN)、菱方氮化硼(R-BN)、立方氮化硼(C-BN)和密排六方氮化硼(W-BN/纤锌矿氮化硼)。


 


将B2O3与NH4Cl共熔,或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型层状结构,即六方氮化硼,呈现松散、润滑、易吸潮、质轻、难溶、耐高温等性状的白色粉末,所以又称“白色石墨”。


 



一种是金刚石型,即立方氮化硼。和石墨转变为金刚石的原理类似,石墨型氮化硼在高温(1800℃)高压(800Mpa)下可转变为金刚型氮化
硼。这种氮化硼中B-N键长(156pm)与金刚石在C-C键长(154pm)相似,密度也和金刚石相近,它的硬度和金刚石不相上下,而耐热性比金刚石
好,是新型耐高温的超硬材料,用于制作钻头、磨具和切割工具。


 


六方氮化硼无明显熔点,在0.1MPA氮气中3000℃升
华,在惰性气体中熔点3000℃,在中性还原气氛中,耐热到2000℃,在氮气和氩中
使用温度可达2800℃,在氧气气氛中稳定性较差,使用温度1000℃以下。六方氮化硼不溶冷水,水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氮;与弱酸和强
碱在室温下均不反应,微溶于热酸,用溶融的氢氧化钠,氢氧化钾处理才能分解。


 


六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之
一,导热率为石英的十倍,高导热系数热压制品为33W/M.K和纯铁一样;膨胀系数相当于石英,是陶瓷
中最小的,在c轴方向上的热膨胀系数为41x10^6/C
而在d轴方向上为-2.3x10^6/C,所以抗热震性能很好。氮化硼也是陶瓷中最好的高温绝缘材料(25C为1014
ohm.cm),击穿电压3KV/MM,低介电损耗108HZ时为2.5x10^-4,介电常数为4,可透微波和红外线。


 



方氮化硼的摩擦系数低至0.16,高温下不增大,比二硫化钼,石墨耐温高,氧化气氛可用到900℃,真空下可用到2000℃。常温下润滑性能
较差,故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂,将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂,也可用作高温炉滑动零件的润滑
剂,氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。


 


六方氮化硼的压缩强度为170MPa,可机械加工性其硬度为莫氏2,所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品。


 


六方氮化硼的用途:


 


1. 高温固体润滑剂,例如各种光学玻璃脱膜剂、金属成型的脱模剂和金属拉丝的润滑剂、冶金上用于连续铸钢的分离环;


2. 高温状态的特殊电解、电阻材料,例如:高压高频电及等离子弧的绝缘体、做各种镀铝的蒸发舟;


3. 防止中子辐射的包装材料,例如:原子反应堆的结构材料;


4. 压制成各种形状,用做高温、高压、绝缘、散热部件,例如飞机、火箭发动机的喷口;


5. 加工制成的超硬材料,可制成高速切割工具和地质勘探、石油钻探的钻头。 


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美国国防部 1988 年在 “
综合高性能涡轮发动机技术( IHPTET ) ” 计划中提出了高推重比、高性能发动机结构质量减轻 50% ,推重比提高 100%
的发展目标。高性能发动机在新材料结构、新结构方面具有显著的特点,并且突破了传统的设计观念,由设计 — 材料 — 制造 3
位一体实现高性能发动机的性能要求,材料和制造技术的贡献率为 50% ~ 70% 。预计在 2015 ~ 2020 年将有可能研制出推重比为
15 ~ 20 的涡扇发动机,它与目前使用的推重比 8 发动机(如 F100 )相比具有如下特点:


 


( 1 )风扇由 3 级减为 1 级,叶片为带弯掠的空心结构,可减重 30% ;


( 2 )压气机由 9 级减为 3 级,转子为整体叶环结构,由钛基复合材料制成,与传统结构相比,可减轻质量 70% ;


( 3 )燃烧室火焰筒材料由耐热合金改为陶瓷基复合材料;


( 4 )高低压涡轮均为单级的对转结构,在仍采用金属材料的条件下,整体叶盘结构可减重 30% ;最终拟采用陶瓷基复合材料或抗氧化的碳 / 碳( C/C )复合材料,涡轮前温度高达 2200K 以上;


( 5 )由于涡轮进口温度很高,即使按下限 2200K 计算,发动机单位推力也比 F100 高 70% ~ 80% ,因而新发动机也可能不采用加力燃烧室;


( 6 )尾喷管将采用固定结构的射流控制全方位矢量喷管。


综上所述,高性能航空发动机制造技术呈现以下发展趋势:


( 1 )轻量化、整体化、新型冷却结构制造技术向低成本、高效率方向发展;


( 2 )新材料构件制造技术出现较大突破;


( 3 )新工艺技术成为现代航空发动机发展的重大关键制造技术,并得到广泛应用;


( 4 )在传统制造技术基础上发展起来的先进制造技术已成为支撑现代制造业的骨架和核心,以信息化带动传统制造业,企业信息化工程得到长足发展。


1 轻量化、整体化、新型冷却结构制造技术向低成本、高效率方向发展


1.1 整体叶盘制造技术



第四代战斗机的动力装置推重比 10 发动机 F119 和 EJ200 上,风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构,可减重 30%
,其制造方法目前了解到大约有 8
种:电子束焊接法;扩散连接法;线性摩擦焊接法;五坐标数控铣削加工或电解加工法;锻接法制造整体涡轮盘后将单晶精铸叶片直接连接到锻造涡轮盘的轮缘上;
钛合金整体叶盘采用热等静压法将钛合金粉末与精锻叶片复合成形为整体叶盘;高温合金整体叶盘采用热等静压法将粉末高温合金盘和精铸叶片扩散连接为整体叶
盘。在推重比 15 ~ 20 高性能发动机上,拟采用 SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的 C/C 复合材料制造整体涡轮盘。


1.2 整体叶环(无盘转子)制造技术


在推重比 15 ~ 20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环,由于采用复合材料,叶片减轻,可以直接固定在承力环上,从而取消了轮盘,使结构质量减轻 70% 。目前正在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。


1.3 树脂基复合材料构件制造技术



脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件,如 F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣,至今成功应用的树脂基复合材料有
PMR-15 (热固性聚酰亚胺)及其发展型、 Avimid (热固性聚酰亚胺) AFR700 等。最高耐热温度为 290 ~ 371℃ 。
2020 年前的目标是研制出在 425℃ 温度下仍具有热稳定性的新型树脂及其复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术有自动铺带技术( ATL
)、自动纤维铺放技术( AFP )、激光定位、自动剪裁技术、模压成形、树脂传递模塑成形( RTM )、树脂膜浸渍成形( RFI
)、热压罐固化成形等技术。


1.4 宽弦风扇叶片制造技术


宽弦、无凸台、空心叶片是高性能发动机风扇和第一级压气机叶片的发展方向。推重比 10 一级发动机 F119 , EJ200 均采用了宽弦风扇叶片, GE 公司的 GE90 ,推重比 15 ~ 20 高性能发动机都采用复合材料风扇叶片。


·F119 发动机采用了钛合金风扇叶片,用切削加工方法把钛合金毛坯加工成两个半叶片,再用真空扩散焊连接成一个整体空心平板叶身,最后用超塑成形法加工成最终叶型。


·GE90 复合材料风扇叶片,采用石墨纤维 / 增韧环氧树脂预浸带,用七轴 CNC 自动缠绕机缠绕成叶片。


· 推重比 15 ~ 20 高性能发动机拟采用金属基复合材料风扇叶片,由连续碳化硅纤维增强的钛基复合材料( TiMMC )制造,用超塑成形 / 扩散连接工艺制出空心风扇叶片。


1.5 复合冷却层板结构制造技术



孔复合冷却层板结构是推重比 10
以上发动机采用的先进冷却结构,多用于燃烧室和涡轮叶片,它是一种带有复杂冷却回路的多孔层板,用扩散连接方法连接成形的冷却结构,其关键制造技术是计算
机辅助设计和绘制复杂冷却回路,用 “ 照相 - 电解法 ”
制成冷却回路,扩散连接成多层多孔层板。由此可知,整体化结构、新型冷却结构等新技术,使发动机诸多零件减轻了质量、降低了成本、提高了效率,从而保证了
发动机高推比、高性能的相关要求。


 


 


2 新材料构件制造技术出现较大突破


推重比 15 ~
20
一级的航空发动机要求材料具有耐高温、高强度、高韧性等特性。高性能发动机拟采用很多种类的新材料和新材料构件,尤其是金属基复合材料、陶瓷基复合材料、
碳 / 碳复合材料是当前高温复合材料领域开发和应用研究的热点。与其同时进行的高温复合材料构件制造技术正在深入地发展。


2.1 金属基复合材料构件制造技术


SiC 长纤维增强 Ti 基复合材料( TiMMC )具有比强度高、比刚度高,使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的 SCS-6


SiC/IMI834
复合材料的抗拉强度高达 2200MPa ,刚度达 220GPa ,而且具有极为优异的热稳定性,在 700℃ 温度暴露 2000h
后,力学性能不降低。 TiMMC 叶环代替压气机盘,可使压气机的结构质量减轻 70% 。美国制备的 TiMMC 叶环已在 P&W 的
XTC-65


IHPTET 验证机上成功地进行了验证,能够满足性能要求。英、法、德也研制了 TiMMC 叶环,并成功地进行了台架试验。未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。 TiMMC 关键制造技术如下:


( 1 )纤维涂层法。用物理气相沉积( PVD )将钛合金预涂在增强纤维上,然后将带涂层的纤维铺放在一起,经热压或热等静压成形。此法适合于制备复杂形状的零件,如环、盘、管、轴、叶片等。


( 2 )等离子喷涂法。用等离子喷涂法将钛合金粉末喷涂到预先缠绕在滚筒的纤维上,然后取下单层复合材料薄带,进行切割、铺叠、热压或热等静压成形。这种方法难于制备出连续的单层复合材料薄带,不适于制备叶环等需要连续纤维的构件。



3
)浆料带铸造法。将合金粉末和有机粘接剂混合并涂在平行排列的纤维上作为前驱体,多层叠放并经热压或热等静压成形。在成形前用真空除气法去除有机粘接剂。
这种方法虽然简单易行,但是,存在如下不足:钛合金粉末中较高的氧含量,对钛合金的性能极为不利;有机粘接剂造成污染;有机粘接剂去除后纤维的移动导致复
合材料纤维分布不均匀。


( 4 )箔 -
纤维法。纤维逐根用金属丝或带交叉编织,或用有机粘接剂将纤维固定在钛合金箔上,将钛合金箔与编织好的纤维逐层叠放,经热压或热等静压成形。这种方法微观
组织可控,化学成分准确,杂质含量低,但钛合金箔(通常 70 ~ 100μm )价格贵,纤维分布不均匀,易产生开裂,制造复杂形状零件困难。


2.2 陶瓷基复合材料构件制造技术



重比 15 ~ 20 高性能航空发动机的涡轮前温度将达到 2?200?K 以上,连续纤维增韧陶瓷基复合材料( CMC
)耐温高,密度低,具有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不发生灾难性的损毁,可代替高温合金作为热端部件结构材料。其中,连续纤维增韧碳化硅复合材料
包括 C/SiC 和 SiC/SiC 两种。 C/SiC 和 SiC/SiC 的密度分别为 1.8 ~ 2.1g/cm3 和 2.4 ~
2.6g/cm3 , SiC 基 CMC 的最高工作温度为 1650℃ , C/SIC 和 SiC/SiC 可分别在有限寿命和长寿命条件下使用。
CMC 的应用使发动机大幅度减重,节约冷却气或无需冷却,从而确保发动机高推重比的有关性能。美、英、法等发达国家以推重比 9 ~ 10
发动机(如 F119,EJ200,F414 等)作为 CMC 的演示验证平台,主要演示验证的部件有 SiC 基 CMC
的燃烧室、涡轮外环、火焰稳定器、矢量喷管调节片和密封片等。结果表明, SiC 基 CMC
构件在航空发动机的中等载荷静止件上演示验证成功。此外,美国在 “IHPTET” 第二阶段计划( 1991 ~ 2000 年)中还研制了多种
SiC 基 CMC 构件,如整体燃烧室、导向叶片、涡轮转子和整体导向器,在第三阶段计划中,将重点应用考核整体燃烧室和整体涡轮等构件。 SiC 基
CMC 的关键制造技术包括纤维预制件的设计和制造、 SiC
基体的致密化技术、纤维与基体间界面层和复合材料表面防氧化涂层的设计与制造以及构件的精密加工等。复合材料的制造方法有化学气相浸透法( CVI
)、先驱体浸渗热解( PIP )、反应性熔体渗透( RMI )、反应烧结( RS )、热压烧结( HPS )等方法。其中 CVI
法最具竞争力,可覆盖基体、界面层和表面涂层的制备。


2.3 碳 / 碳复合材料构件制造技术


碳 / 碳复合材料( C/C
)的最显著的优点是耐高温( 1800 ~ 2000℃ )和低密度(约 1.9g/cm3 ),可能使发动机大幅度减重。美、法、俄等研制的
C/C 复合材料部件有燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在 1760℃ 进行了地面超转试验。
C/C 构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、 C/C 的致密化技术和 C/C 防氧化涂层的设计与制造。 C/C
致密化方法有化学气相浸透法( CVI
)和液相浸渍法,液相浸渍法包括树脂浸渍炭化法和沥青浸渍炭化法,发展的方向是提高致密化速率,降低制造成本。由于航空发动机用 C/C
构件要满足富氧燃气环境下长寿命工作的要求,所以必须解决 C/C 抗氧化的问题。通过设计和制备防氧化涂层是改善 C/C
抗氧化性的主要途径,也是国际研究的热点,目前尚未取得突破性进展。由上可见,与现行推重比 8
的发动机相比,新材料构件不管在结构设计、制造技术方面,还是在整体质量方面,都有较大突破,因此可确保推重比 15 ~ 20 等高性能的实现。


3 新工艺技术成为现代航空发动机发展的重大关键制造技术,并得到广泛应用


3.1 先进精密毛坯制造技术向近无余量成形方向发展


先进精密毛坯制造技术主要有:



气机叶片精锻;定向凝固空心无余量精铸叶片;单晶合金精铸涡轮叶片;多联空心叶片整体铸造;双层壁冷单晶叶片(高效发散气冷单晶叶片)精密铸造;高温合金
薄壁大型复杂机匣精铸(外形尺寸可大于 1000mm ,壁厚减薄至 0.8 ~ 1.25mm
);整体铸造钛合金机匣;喷射成型涡轮盘、环形件;精密轧制高温合金、钛合金环形件;钛合金整体叶盘采用热等静压法将粉末钛合金和精锻叶片复合成形为整体
叶盘;采用不同部位施加不同变形量的形变热处理方法,获得双重组织和性能的盘件;钛合金薄壁大型复杂机匣精铸及热等静压处理;高温合金整体叶盘热等静压复
合成形,采用热等静压工艺将粉末高温合金盘件和精铸叶片扩散连接为整体叶盘结构。


3.2 特种加工技术解决了常规加工难以解决的问题



高能束流加工为代表的特种加工技术在难切削材料加工,复杂构件的型腔、型面、型孔、微小孔、细微槽及缝的加工中显示出显著特点,解决了常规加工很难解决的
问题。特种加工技术主要包括:激光加工;电子束加工;离子束加工;等离子加工;电火花加工;电解加工;超声波加工;磨料流加工;高压水射流切割等。


3.3 特种焊接技术在航空发动机焊接结构件上的应用越来越广泛


特种焊接技术主要包括:钨极惰性气体保护弧焊( GTAW );活性焊剂焊接技术;自蔓延高温合成焊接法;等离子弧焊( PAW );电子束焊( EBW );激光焊( LBW );真空钎焊( VB );扩散焊( DB );惯性摩擦焊;线性摩擦焊等。


3.4 涂层技术在航空发动机关键零部件的应用越来越广泛



层技术在航空发动机关键零部件的耐磨、高温防护、隔热、封严以及钛合金零件的防微动磨损、阻燃等方面起了显著的作用,应用越来越广泛。先进的涂层方法主要
包括:真空等离子喷涂;层流等离子喷涂;超音速火焰喷涂;电子束物理气相沉积;化学气相沉积;真空离子溅射涂层( МАП 炉)等。


3.5 快速原型 / 零件制造技术应用于航空发动机零件设计制造



速原型 /
零件制造技术为航空发动机复杂零件的设计实现实体化提供快速方便的手段,可实现精铸复杂模具的制造,现在发展到直接快速成形零件,是一种很有发展前景的工
艺方法。主要方法有:分层实体制造、选择性激光烧结、熔化沉积制造、三维打印和三维焊接法等。大量的新工艺技术已成为现代航空发动机制造技术的关键技术,
得到了广泛地应用;若干新兴的新工艺技术则是未来高性能发动机的重大关键制造技术,它们将随高性能发动机的诞生而发展壮大。


 


4 在传统制造技术基础上发展起来的先进制造技术已成为支撑现代制造业的骨架和核心,以信息化带动传统制造业,企业信息化工程得到长足发展


 



进制造技术将把传统的制造技术与现代信息技术、管理技术有机地结合,通过计算机技术综合应用于产品的设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过
程,使得产品上市快、质量好、成本低,提高了企业的柔性和敏捷性。谁拥有先进的制造技术,制造出最有竞争力的新产品,谁就能在激烈的国际市场角逐中取胜。
当前最有代表性的先进制造技术有计算机集成制造技术、智能制造技术、虚拟制造与网络制造技术、并行工程技术、快速响应制造技术和绿色制造技术等。在未来高
性能发动机制造中,为使其推重比有更大的提高,将大量采用新材料(含先进复合材料)、综合性能更加优越的新型结构(特别是整体化、轻量化的结构)和应运而
生的更加先进的制造技术。管理模式的革命性变化将使现代先进制造技术更加适应高新技术发展的需要。


引用出處: 


 http://www.fyjs.cn/bbs/htm_data/27/0702/85869.html


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複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。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
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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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Bewise
Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
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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
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一、激光切割的原理


激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。


二、激光切割加工的主要特性


1、激光切割的切缝窄,工件变形小


激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分,材料很快加热至汽化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小,基本没有工件变形。



割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料,同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯
一类塑料使用压缩空气,棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜,防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。


大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业,许多金属材料,不管它是什么样的硬度,都可以进行无变形切割。当然,对高反射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是好的传热导体,因此激光切割很困难,甚至不能切割。



光切割无毛刺、皱折、精度高,优于等离子切割。对许多机电制造行业来说,由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件,它往往比冲
切、模压工艺更被优先选用;尽管它加工速度还慢于模冲,但它没有模具消耗,无须修理模具,还节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,所以
从总体上考虑是更合算的。


2、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工


激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点,把它应用于切割有许多特点。


首先,激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内,可提供狭的直边割缝;最小的邻近切边的热影响区;极小的局部变形。


其次,激光束对工件不施加任何力,它是无接触切割工具,这就意味着工件无机械变形;无刀具磨损,也谈不上刀具的转换问题;切割材料无须考虑它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响,任何硬度的材料都可以切割。


再次,激光束可控性强,并有高的适应性和柔性,因而与自动化设备相结合很方便,容易实现切割过程自动化;由于不存在对切割工件的限制,激光束具有无限的仿形切割能力;与计算机结合,可整张板排料,节省材料。


3、激光切割具有广泛的适应性和灵活性


与其它常规加工方法相比,激光切割具有更大的适应性。首先,与其他热切割方法相比,同样作为热切割过程,别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域,结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属,而其它热切割方法则不能。www.world-stone.com


三、激光切割加工的分类


1、激光汽化切割


利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大,在蒸气喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。


激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。


2、激光熔化切割


激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。


激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。


3、激光氧气切割



光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的
氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,所以激光氧气切割所需要的能量只是熔
化切割的1/2,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。


激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。


4、激光划片与控制断裂


激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。


控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。


四、激光切割的主要工艺


1、汽化切割


在高功率密度激光束的加热下,材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快,足以避免热传导造成的熔化,于是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。


2、熔化切割



入射的激光束功率密度超过某一值后,光束照射点处材料内部开妈蒸发,形成孔洞。一旦这种小孔形成,它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金
属壁所包围,然后,与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动,小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。


激光束继续沿着这条缝的前沿照射,熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走。


3、氧化熔化切割


熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,称为氧化熔化切割。


4、控制断裂切割


对于容易受热破坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加热脆性材料小块区域,引起该区域大的热梯度和严重的机械变形,导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。


五、激光切割加工的应用范围


大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法,几乎可以切割所有的材料,包括薄金属板的二维切割或三维切割。



汽车制造领域,小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W
的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域,激光切割技术主要用于特种航空材料的切割,如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧
化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升
机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。


激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化硅、陶瓷、石英等;还能切割加工柔性材料,如布料、纸张、塑料板、橡胶等,如用激光进行服装剪裁,可节约衣料10%~12%,提高功效3倍以上。





引用出處: 


 http://rfrzs.com/stone-knowledge/2487-2010-03-16-11-33-22.html


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