第6章 超精密加工材料

钼：钼能形成碳化物，能提高钢的硬度，降低塑性。含钼 量在0.15％～0.4％范围内，切削加工性略有改善。大于0.5％ 后，切削加工性降低。
钒：钒能形成碳化物，并能使钢的组织细密，提高硬度， 降低塑性。当含量增多后使切削加工性变差，含量少时对切 削加工性略有好处。 铅：铅在钢中不固溶，而呈单相微粒均匀分布，破坏了铁 素体的连续性，还有润滑作用，能减轻刀具磨损，使切屑容 易折断，有效改善了切削加工性。 硫：硫在钢中常以FeS形式存在，使钢具有热脆性。但能 与钢中的锰化合成非金属夹杂物MnS，呈微粒均匀分布， MnS的塑性好，且有润滑作用，破坏了铁素体的连续性而降 低了钢的塑性，故能减小钢的加工变形，提高已加工表面质 量，改善断屑，减小刀具磨损，从而使切削加工性得到显著 提高。
⑵ 合金工具钢
含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+…… 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这 一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi. 当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。

* 高速钢不标含碳量，如 W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).
** 含铬量小于1%时，在含铬
量(以千分之一为单位)前加

脱氧方法符号: 沸腾钢—F；
镇静钢—Z；半镇静钢—b； 特殊镇静钢—TZ。

如碳素结构钢牌号表示为
Q235AF、Q235BZ。
钢 板

低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，
其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采 用两位阿拉伯数字 (表示平均含碳量的万分之几) 和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。
氧：钢中还有微量的氧，能与其他合金元素化合成硬质夹 杂物，如SiO2、Al2O3、TiO2等，对刀具具有强烈擦伤作用， 使刀具磨损加剧，降低了切削加工性。 氮：在钢中会形成硬而脆的氮化物，使切削加工性变差。
6.2.3 热处理状态和金相组织对切削加工性的影响
钢的金相组织有：铁素体、渗碳体、珠光体、索氏体、 托氏体、马氏体、奥氏体等
材料的韧性越高，则切削时消耗能量越多，切削力和切 削温度较高，不易断屑，故切削加工性较差。

冲击功：表征金属材料冲击韧性高低的指标是冲 击功，也就是材料在断裂前所吸收的能量。 根据试样缺口的不同，冲击吸收功用AKV和AKU表 示，单位为焦耳，数值可从试验机的刻度盘上读 出。 冲击吸收功的值越大，材料的韧性越大，越可以 承受较大的冲击载荷。
挤压模具


二、钢的编号
我国钢材的编号是采用汉 语拼音字母、化学元素符 号和阿拉伯数字相结合的 方法。
齿 轮

采用汉语拼音字母表示钢
产品的名称、用途、特性
和工艺方法时，一般从代
表钢产品名称的汉字的汉 语拼音中选取第一个字母.
刀 具
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符 号（GB/T 221—2000）
磷：它存在于铁素体的固溶体内。钢中含磷量增加，使强 度、硬度提高，塑性、韧性降低。当含磷量达到0.25％时， 强度、硬度略有提高，伸长率降低不多，但冲击值显著下降， 使钢变脆。故含磷量如控制在0.15％以下，可通过“加工脆 性”而使钢的切削加工性改善。当含磷量大于0.2％时，脆 性过大而使切削加工性变劣。
≤0.035 ≤0.030 ≤0.020
≤0.045
≤0.035 ≤0.025 ≤0.025
≤0.045
≤0.035 ≤0.025 ≤0.015
3、按用途分 工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 渗 碳 钢 结构钢 调 质 钢 机器用钢 弹 簧 钢 滚动轴承钢 耐 磨 钢 刃具钢 工 具 钢 模具钢 量具钢 特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
静拉伸试验
（1）硬度和强度


硬度－ 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 （布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度） 强度－材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 （屈服强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、 抗扭强度）
金属材料的硬度和强度越高，则切削力越大，切削温度越 高，刀具磨损越快，故其切削加工性越差。 并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金属的硬度虽低， 但是塑性很高，不好加工。硬度适中的钢材较好加工。 适当提高材料的硬度，有利于获得较好的加工表面质量。
ML
国际符号
头
尾 尾
半镇静钢
镇静钢 特殊镇静钢 质量等级
b
Z TZ
A.B.C.D.E
尾
尾 尾 尾
L R

1、碳素结构钢和低合金高强度钢
Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、 S含量依次下降，质量提高。
（7）材料的化学性质

6.2.2 化学成分对切削加工性的影响
碳：含碳量为0.35％～0.45％的中碳钢，切削加工性较好。 猛：增加含锰量，则钢的硬度、强度较高，韧性下降。一般 含锰量在0.7％～1.0％时加工性较好。 硅：当含硅量小于1％时，钢在提高硬度的同时塑性下降很 少，对切削加工性略有不利。当在钢中形成硬质夹杂物SiO2 时，使刀具磨损加剧。 铬：铬能在铁素体中固溶，又能形成碳化物。当含铬量小于 0.5％时，对切削加工性的影响很小。含铬量进一步加多，则 钢的硬度、强度提高，切削加工性有所下降。 镍：镍能在铁素体中固溶，使钢的硬度和韧性均有所提高， 导热系数降低，使切削加工性变差。当含镍量大于8％后，形 成了奥氏体钢，加工硬化严重，切削加工性更差了。：
法相同
不锈钢制管板式换热器

4、工具钢 ⑴ 碳素工具钢 T + 数字 T表示“碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几. 如T8—其平均含碳量为千分之八 (0.8%C)。 *说明: 碳素工具钢都是优质以上
丝 锥
锉刀

质量的。高级优质钢在钢号后加
“A”，如T8A。


2、按质量分
钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢. 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类 普通质量钢
优 质 钢 高级优质钢 特级优质钢
碳 素 钢
P S
合 金 钢
P S
≤0.045
≤0.035 ≤0.030 ≤0.025
≤0.045
渗碳体：碳与铁互相作用形成的化合物Fe3C称为渗碳体。 渗碳体硬度很高，塑性极低，强度也很低。钢中渗碳体含量 较多，则刀具被擦伤和磨钝很严重，使切削加工性恶化。通 过球化退火，使网状、片状的渗碳体变为小而圆的球形组织 混在软基体中，使切削变容易，改善了钢的切削加工性。
珠光体：由铁素体和渗碳体组成的共析物称为珠光体。通 过热处理（退火、调质），可将层片状珠光体转变为球状珠 光体。由于珠光体的硬度、强度和塑性都适中，当钢中珠光 体和铁素体数量相近时，其切削加工性良好。 索氏体和托氏体：是铁素体和渗碳体的混合物，不过比珠 光体要细得多。索氏体是细珠光体组织，硬度和强度比一般 珠光体高，而塑性有所降低，托氏体是最细的珠光体组织， 硬度和强度进一步提高，塑性进一步降低。

当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，
不标含量；
钢管

当合金元素的平均含量为1.50~2.49%、2.50~ 3.49%、
3.50~4.49%、4.50~5.49%、……时，在相应的合金元素 符号后标2、3、4、5 ……等数字。如20CrNi3。

高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。 特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。 所有合 金钢的 合金元 素量标
6.1.2 超精密加工材料的分类
钢
超 精 密 加 工 材 料 的 分 类
黑色金属 金属材料
铸铁 铝合金 铜合金 弹性合金 膨胀合金 热双金属
有色金属
精密合金
有机高分子材料
非金属材料
无机非金属材料 复合材料
塑料 橡胶 胶黏剂 涂料 石英 宝石 石材 金刚石 工程陶瓷
6.2
工程材料方面诸因素对切削 加工性的影响

6.3
6.3.1 钢
（1）概述

超精密加工常用金属材料
工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于 2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢 的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元

素所获得的铁基合金。
1） 钢的分类及编号
一、钢的分类 1、按化学成分分 低碳钢 0.25%C 碳素钢 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C 低合金钢 合金元素总量 5% 合金钢 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10%
6.2.1 物理、化学性能对切削加工性的影响

使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括
力学性能、物理性能和化学性能.

工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括
铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。

外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
（2） 塑性 材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：
伸长率：
l1 l 0 100% l0
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
F0 F1 100% 断面收缩率： F0
断裂后
通常材料的塑性越高，越难加工。
（3）冲击韧性 （是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力）
名称 碳素结构钢 低合金高强度钢 易切削钢 碳素工具钢 (滚珠)轴承钢 焊接用钢 符号 Q Q Y T G H 位臵 头 头 头 头 头 头 名称 桥梁用钢 锅炉用钢 焊接气瓶用钢 车辆车轴用钢 机车车轴用钢 沸腾钢 符号 q g HP LZ JZ F 位臵 尾 尾 尾 头 头 尾