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常用金属材料基础知识
        2.2合金元素对钢的主要工艺性能的影响:
        钢的主要工艺性能有:冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造性能等
        2.2.1 合金元素对钢的冷态成型性的影响
        冷态成型性:冷态成型包括许多不同的冷成型工艺,如深冲、拉延成型和弯曲等。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成分、组织和冷变形工艺参量(模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等)。
        与冷态成型性有关的材料性能参量有:
        ①低的屈服强度
        ②高的延伸率
        ③高的均匀伸长率
        ④高的加工硬化率(n值),
        ⑤高的深冲性参量(r值)
        ⑥适当而均匀的晶粒度;
        ⑦控制夹杂物的形状和分布;
        ⑧游离渗碳体的数量和分布。
        1)冷轧薄钢板:
        碳:碳含量增加会使拉延能力变坏,因此绝大部分钢板都采用低碳钢。
        锰:锰的影响和碳相似,但适当的含量可以减轻硫的不良作用。
        磷、硅:磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性,降低拉延性能。
        2)热轧钢板
        选用冲压用热轧钢板时,既要考虑强度要求,也要考虑冲压性能。
        碳:碳是对热轧钢板冲压性能影响最大的元素。对于冲压用的热轧钢板,一般不宜以增加碳的办法来提高强度,应采用添加合金元素来提高钢的强度。
        硫:硫在钢中形成硫化物夹杂,在轧制中拉长,分割金属基体降低塑性,影响冲压性能。
        2.2.2 合金元素对钢的切削加工性的影响
        非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。非金属夹杂物的类型、大小、形状、分布和体积百分数不同,对切削性的影响也不同。为了达到改善钢的切削性的目的,这些非金属夹杂物必须满足下列四个条件:
        ①在切削运动平面上,夹杂物必须作为应力集中源,从而引起裂纹和脆化切屑的作用。
        ②夹杂物必须具有一定的塑性,而不致切断金属的塑性流变,从而损害刃具的表面。
        ③夹杂物必须在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍。
        ④夹杂物必须具有光滑的表面,而不能在刃具的侧面作为磨料。
        钢的切削性的提高主要还是通过加入易削添加剂,例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒)、Te(碲)等。
        ● 硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂。
        当钢中含足够量的Mn时,S的加入将形成MnS夹杂物。加S的碳钢可以提高切削速度25%或更高,它取决于钢的成分和S的加入量。 约1%体积份额的MnS, 可以使高速钢刃具的磨损速率迅速下降。MnS夹杂物在切削剪切区作为应力集中源,可以起裂纹源的作用,并随后引起切屑断裂。因此,随着MnS体积份额的增加,切屑破断能力得到改善。 MnS夹杂物还可能在切屑刃具表面沉积为MnS薄层,这种薄层可以降低刃具与切屑的摩擦,导致切削温度和切屑力的降低,并减少刃具的磨损或成为热量传播的障碍,从而延长刃具的使用寿命。
        ● Pb是仅次于S的常用易削添加剂。
        Pb对切削加工性的有益效应,不取决于MnS的存在,因而可以加到低S钢和加S钢中。在不添加S的钢中,Pb以分散的质点形式分布于钢中。在加S钢中,Pb首先与MnS结合。与S相似,Pb可以作为内部润滑剂降低摩擦力,并转过来降低剪切抗力,并减小切屑与刃具的接触面积,从而降低刃具的磨损。
        ● 近年来许多注意力已经转到通过Ca脱氧生产易削结构钢上。
        通过用Ca-Si和Si-Fe合金控制脱氧,可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金属夹杂物,它在机加工时,将在刃具磨损表面沉积为一个薄层(约20μm)。这种薄层是磨损的障碍,因而可延长碳化物刃具的使用寿命。
        2.2.3合金元素对钢的焊接性的影响
        钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能,因为它既与焊接裂纹的敏感性有关,又与服役条件和试验温度下所要求的韧性有密切联系。
        ● 一般认为,高强度低合金钢的焊接性是良好的,并且随含碳量的降低,焊接性得到改善。
        ● 为此,国际焊接协会根据统计数据,采用碳当量为比较的基础,由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。
        其近似公式如下:
        碳当量 = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
        式中:元素符号代表该元素重量百分比。
        碳当量越低,焊接性能越好。
        碳当量≤0.35%,焊接性能良好;碳当量≥0.4-0.5%,焊接就较困难。
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