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碳素工具钢的碳质量分数较高、在0.65-1.35%之间、按其组织属于亚共析、共析或过共析钢。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性、心部有较好的韧性;退火硬度低(不大于HB207)、加工性能良好。但其红硬性差、当工作温度达250℃时、钢的硬度和耐磨性急剧下降、硬度下降到HRC60以下、这类钢的淬透性低。较大的工具不能淬透(水中淬透直径为15mm)、水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大。使工具在淬火时易产生变形。或形成裂纹此外、其淬火温度范围窄、在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。
碳素工具钢的硬度与钢中的碳含量和工具的尺寸有关、其硬度和力学性能除与碳含量有关外、还与淬火和回火的温度有关。过高或过低的淬火温度同样对碳素工具钢的力学性能和耐磨性都是不利的、碳素工具钢淬火后必须进行低温回火、以使淬火后的残余应力得到部分消除、避免因产生过大应力而开裂或变形、并且在不降低或稍许降低硬度的情况下、提高其强度和塑性。
碳素工具钢中的碳含量对经淬水及低温回火的强度和塑性有影响。亚共析钢强度随着碳含量增加而增加、到0.60-0.70%时达最大值、其后强度随着碳含量的增加而降低、至接近共析钢成分时强度最低、之后、其强度又随碳含量增加而增加、当碳含量大于0.15%时、强度又随碳含量增加而下降。
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用碳素工具钢制造的工具、其工作条件不同要求也不同。刃具钢要求高的硬度、耐磨性和红硬性;量具钢除要求高的硬度、耐磨性外、还要求高的尺寸稳定性和足够的韧性;冷作模具钢除要求高的硬度、耐磨性外、还要求高的强度、足够的韧性和良好的工艺性能。
机械结构钢这类钢是指适用于制造机器和机械零件的合金钢。它是在优质碳紊钢的基础上、适当地加入一种或数种合金元素、用来提高钢的强度、韧性和淬透性。这类钢通常要经过热处理(如调质处理、表面硬化处理)后使用。主要包括常用的合金结构钢和合金弹簧钢两大类、其中包括调质处理的合金钢、表面硬化处理的合金钢(渗碳钢、氮化钢、表面高频淬火钢等)、冷塑性成型用合金钢(冷顶锻用钢、冷挤压用钢等)。按化学成分基本组成系列可分为Mn系钢、SiMn系钢、Cr系钢、CrMo系钢、CrNiMo系钢、Nj系钢、B系钢等。
合金结构钢的含碳量wc比碳素结构钢低一些、一般在0.15%一0.50%的范围内。除含碳外、还含有一种或几种合金元素、如硅、锰、钒、钛、硼及镍、铬、钼等
合金结构钢易于淬硬和不易变形或开裂、便于热处理改善钢的性能。
合金结构钢广泛用于制造汽车、拖拉机、船舶、汽轮机、重型机床的各种传动件和紧固件。低碳合金钢一般进行渗碳处理、中碳合金钢一般进行调质处理。
合金工具钢是含有多种合金元素、如硅、铬、钨、钼、钒等的中、高碳钢。合金工具钢容易淬硬、不易产生变形和裂纹、适于用来制造尺寸大、形状复杂的刃具、模具和量具。
用途不同、合金工具钢的含碳量也不同。大多数合金工具钢的含碳量wc为0.5%~1.5%。热变形模具用钢含碳较低、wc在0.3%~0.6%范围内;切削刀具用钢一般含碳wc1%左右;冷加工模具用钢则含碳量较高、如石墨模具钢含碳量wc达1.5%、高碳高铬型冷加工模具用钢含碳量wc高达2%以上。
高速工具钢是高碳高合金工具钢、钢中含碳量wc为0.7%-1.4%、钢中含有能形成高硬度碳化物的合金元素、如钨、钼、铬、钒。
高速工具钢具有高的红硬性、在高速切削的条件下、温度高达500-600摄氏度硬度也不降低、从而保证良好的切削性能。
造船用钢是指用于制造海船和大型内河船体结构的钢。由于船体结构一般采用焊接方法制造、所以要求造船钢有较好的焊接性能。此外、还要求有一定的强度、韧性和一定的耐低温及腐蚀性能。过去主要采用低碳钢作为造船用钢。已大量采用普通低合金钢、已有的钢种如12锰船、16锰船、15锰钒船等钢种。这些钢种有强度高、韧性好、容易加工和焊接、耐海水腐蚀等综合特性、可成功地用来制造万吨远洋巨轮。
桥梁钢铁路或公路桥梁承受车辆的冲击载荷、桥梁钢要求有一定的强度、韧性和良好的抗疲劳性能、并且对钢材的表面质量要求较高。桥梁钢常采用碱性平炉镇静钢、成功地采用了普通低合金钢如16锰、15锰钒氮等。
锅炉钢主要指用来制造过热器、主蒸气管和锅炉火室受热面用的材料。对锅炉钢的性能要求主要是有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢或电炉冶炼的低碳钢、含碳量wc在0.16%~0.26%范围内。制造高压锅炉时则应用珠光体耐热钢或奥氏体耐热钢。
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