模具鋼材基礎(chǔ)知識

1、碳素鋼的定義及鋼中五元素  　　含碳2%以下的鐵碳合金稱為鋼。碳素鋼中的五元素是指化學(xué)成份中的主要組成物，即C、Si、Mn、S、P（碳、硅、錳、硫、磷）。其次是在煉鋼過程中不可避免地會混入氣體，含O、H、N（氧、氫、氮）。此外，用鋁—硅脫氧鎮(zhèn)靜工藝中，必然在鋼水中含有Al，當(dāng)Als（酸溶鋁）≥0。020%時，還有細(xì)化晶粒的作用　
2、鋼鐵是怎樣煉成的？  　　煉鋼的主要任務(wù)是按所煉鋼種的質(zhì)量要求，調(diào)整鋼中碳和合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)，并使P、S、H、O、N等雜質(zhì)的含量降至允許限量之下。煉鋼過程實(shí)質(zhì)上是一個氧化過程，爐料中過剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn 等氧化后進(jìn)入爐渣中。S部份進(jìn)入煉渣中，部份則生成SO2排出。當(dāng)鋼水成份和溫度達(dá)到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調(diào)整化學(xué)成份，可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素?！?br />3、轉(zhuǎn)爐煉鋼簡介  　　從魚雷車運(yùn)來的鐵水經(jīng)過脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉(zhuǎn)爐中作為主要爐料，另加10% 以下的廢鋼。然后，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧燃燒，鐵水中的過量碳被氧化并放出大量熱量，當(dāng)探頭測得達(dá)到預(yù)定的低碳含量時，即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進(jìn)行脫氧及調(diào)整成份操作；然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化，即可送往連鑄或模鑄工區(qū)。對要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理（噴SI—CA粉及變性石灰）可以有效降低鋼中的氣體與夾雜，并有進(jìn)一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以最終微調(diào)成份，滿足優(yōu)質(zhì)鋼材的需求?！?br />4、初軋　　模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝，進(jìn)入均熱爐加熱，然后通過初軋機(jī)及鋼坯連軋機(jī)軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產(chǎn)品，經(jīng)過切頭、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品質(zhì)產(chǎn)品則還需對初軋坯進(jìn)行扒皮和探傷，檢驗(yàn)合格后入庫。目前初軋廠的產(chǎn)品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。初軋板坯主要供應(yīng)熱軋廠作為原料；軋制方坯除部份外供，主要送往高速線材軋機(jī)作原料。由于連鑄板坯的先進(jìn)性，初軋板坯的需求量大為削減，因此轉(zhuǎn)向上述其它產(chǎn)品了。  　
5、熱連軋  　　用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱，高壓水除鱗后進(jìn)入粗軋機(jī)，粗軋料經(jīng)切頭、尾、再進(jìn)入精軋機(jī)，實(shí)施計算機(jī)控制軋制，終軋后即經(jīng)過層流冷卻（計算機(jī)控制冷卻速率）和卷取機(jī)卷取、成為直發(fā)卷。直發(fā)卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀，厚度、寬度精度較差，邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內(nèi)徑為760mm。(一般制管行業(yè)喜歡使用。)
將直發(fā)卷經(jīng)切頭、切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后，再切板或重卷，即成為：熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產(chǎn)品。熱軋精整卷若經(jīng)酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產(chǎn)品有局部替代冷軋板的趨向，價格適中，深受廣大用戶喜愛。寶鋼新投資的一條熱軋酸洗線正在緊張建設(shè)中?！?br />6、冷連軋  　　用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因?yàn)闊徨冧\機(jī)組均設(shè)置有退火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸，鋼卷內(nèi)徑為610mm。一般冷連軋板、卷均應(yīng)經(jīng)過連續(xù)退火（CAPL機(jī)組）或罩式爐退火消除冷作硬化及軋制應(yīng)力，達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)。冷軋鋼板的表面質(zhì)量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板，且其產(chǎn)品厚度右軋薄至0.18mm左右，因此深受廣大用戶青睞。以冷軋鋼卷為基板進(jìn)行產(chǎn)品的深加工，成為高附加值產(chǎn)品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、耐指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復(fù)合鋼板、PVC 復(fù)膜鋼板等，使這些產(chǎn)品具有美觀、高抗腐蝕等優(yōu)良品質(zhì)，得到了廣泛應(yīng)用。冷軋鋼卷經(jīng)退火后必須進(jìn)行精整，包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪切板等。冷軋產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車制造、家電產(chǎn)品、儀表開關(guān)、建筑、辦公家具等行業(yè)。鋼板捆包后的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內(nèi)徑610mm。　
7、鋼的力學(xué)性能  　　7．1拉力試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)制備的拉力試樣，安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，對試樣緩慢施加單軸向拉伸應(yīng)力，直至試樣被拉斷為止的試驗(yàn)稱作拉力試驗(yàn)。
   7．1．1強(qiáng)度金屬材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力叫強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)包括：比例極限、彈性極限、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。
   7．1．2比例極限對金屬施加拉力，金屬存在著力與變形成直線比例的階段，而這個階段的最大極限負(fù)荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限，用σ P表示。
   7．1．3彈性極限金屬受外力作用發(fā)生了變形，外力去掉后，能完全恢復(fù)原來的形狀，這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的最大應(yīng)力稱為彈性極限，用σe表示。
   7．1．4抗拉強(qiáng)度試樣拉伸時，在拉斷前所承受的最大負(fù)荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力，稱作抗拉強(qiáng)度，用σb表示。當(dāng)材料所受的外應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時，將會發(fā)生斷裂。因此σb越高，則表示它能承受愈大的外應(yīng)力而不致于斷裂。國外標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)鋼常按抗拉強(qiáng)度來分類，如SS400，其中400即表示σb的最小值為400MPa超高強(qiáng)度鋼是指σb≥1373 Mpa的鋼。
   7．1．5屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比即屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比值（σS/σb）。屈服比值越高，則該材料的強(qiáng)度愈高，屈強(qiáng)比值愈低則塑性愈佳，沖壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強(qiáng)比值為≤0.65。彈簧鋼一般均在彈性極限范圍內(nèi)服役，受載荷時不允許產(chǎn)生塑性變形，因此要求彈簧鋼經(jīng)淬火、回火后具有盡可能高的彈性極限和屈強(qiáng)比值（σS/σb≥0.90）此外疲勞壽命與抗拉強(qiáng)度及表面質(zhì)量往往有很大關(guān)連。
   7．1．6塑性金屬材料在受力破壞前可以經(jīng)受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標(biāo)通常伸長率和斷面收縮率表示。伸長率與斷面收縮率越高，則塑性越好。  　
8、沖擊韌性  　　用一定尺寸和形狀的金屬試樣，在規(guī)定類型的沖擊試驗(yàn)上受沖擊負(fù)荷折斷時，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功，稱為沖擊韌性以αk表示。目前常用的10×10×55mm，帶2 mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣，標(biāo)準(zhǔn)上直接采用沖擊功（J焦耳值）AK，而不是采用αK值。因?yàn)閱挝幻娣e上的沖擊功并無實(shí)際意義。沖擊功對于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化最為敏感，而實(shí)際服役條件下的災(zāi)難性破斷事故，往往與材料的沖擊功及服役溫度有關(guān)。因此在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中常常規(guī)定某一溫度時的沖擊功值為多少、還規(guī)定FATT（斷口面積轉(zhuǎn)化溫度）要低于某一溫度的技術(shù)條件。所謂FATT，即一組在不同溫度下的沖擊試樣沖斷后，對沖擊斷口進(jìn)行評定，當(dāng)脆性斷裂占總面積的50%時所對應(yīng)的溫度。由于鋼板厚度的影響，對厚度≤10mm的鋼板，可取得3/4小尺寸沖擊試樣（7.5×10×55mm）或1/2 小尺寸沖擊試樣（5×10×55mm）。但是一定要注意，同規(guī)格及同一溫度下的沖擊功值才可相互比較。只有在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，才可按標(biāo)準(zhǔn)的換算方法，折算成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣的沖擊功，再相互比較。  　
9、硬度試驗(yàn)  　　金屬材料抵抗壓頭（淬硬的鋼球或具有1200圓錐或角錐的金剛石壓頭）壓陷表面的能力稱為硬度。根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍的不同，硬度可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度以及顯微硬度、高溫硬度等。冶金產(chǎn)品常用的是布氏硬度和洛氏硬度?！?br />10、寶鋼企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Q/BQB）  　　寶鋼企標(biāo)中的鋼號大致可分為三個來源即從日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、德國DIN標(biāo)準(zhǔn)移植及自行開發(fā)研制的鋼號。從日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中移植來的鋼號，一般首位常為S（Steel）；從DIN標(biāo)準(zhǔn)移植來的鋼號，一般常以ST開頭（Stahl德文中的“鋼”）；寶鋼自行開發(fā)研制的鋼號，一般首位常以寶鋼的拼音首位B開頭?！?br />11、結(jié)構(gòu)用熱連軋、冷連軋鋼板及鋼帶　　結(jié)構(gòu)鋼一般按強(qiáng)度分類，在鋼號中的數(shù)字往往代表抗拉強(qiáng)度的最低值。由于該類鋼常用于制作結(jié)構(gòu)件，因此稱作為結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)化機(jī)制傾向于降碳增錳固溶強(qiáng)化鐵素體、細(xì)化珠光體和添加微合金的析出強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化，以確保在提高強(qiáng)度的同時仍保持較好的韌、塑指標(biāo)并兼具良好的焊接性能。