自硬鋼作用機(jī)理

高硬難加工金屬材料如淬硬鋼由于高強(qiáng)度和高硬度(HRC55)，應(yīng)用極其廣泛，如齒輪、軸承、工具、模具、凸輪軸等.而高硬金屬材料在加工過程中，經(jīng)常會(huì)在加工表面產(chǎn)生一層硬度很高的微細(xì)組織———白層.白層具有高硬度、不易浸蝕、晶粒細(xì)等特點(diǎn)，另一方面又表現(xiàn)出高脆性和存在較大的殘余拉應(yīng)力，易引起零件早期失效[1-5].白層是影響工件性能和表面完整性的重要因素，因此白層的形成機(jī)理成為近年來精密加工表面質(zhì)量的研究熱點(diǎn).目前對(duì)白層的研究主要集中在摩擦學(xué)領(lǐng)域如磨損以及硬態(tài)車削，其分歧主要集中在組織結(jié)構(gòu)特性、形成機(jī)制等方面.國內(nèi)外學(xué)者對(duì)白層的形成機(jī)制針對(duì)不同加工方式做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論研究.H.Eda等[6-7]認(rèn)為白層是摩擦過程中在局部區(qū)域的溫度足以達(dá)到或超過平衡相變溫度，使表面發(fā)生奧氏體化，并快速淬火形成馬氏體組織，屬于溫度作用機(jī)制。

1868年發(fā)展了Mushet自硬鋼。屬M(fèi)n-W系工具鋼，使切削低碳鋼的速度達(dá)到8m/min。典型成分為：C2.0%，W7%，Mn2.5%。隨著19世紀(jì)工業(yè)革命的進(jìn)展，工業(yè)用鋼大量生產(chǎn)迫切要求機(jī)床和工具必須跟上。因此如何提高M(jìn)ushet鋼的性能使其所制工具切削速度能大幅度提高，已成為當(dāng)時(shí)客觀迫切的要求。Mushet鋼的錳含量高因而降低Ac1臨界點(diǎn)，使其很難軟化退火，而且熱脆性大，可鍛性很差，淬火時(shí)易過熱。因此19世紀(jì)末，在美國出現(xiàn)了低錳含鉻的Cr-W系自硬鋼

1870~1898英國Mushet自硬鋼（C2%，W7%，Mn2.5%），切削中碳鋼速度達(dá)到8m/min

1898~1900美國F.W.Taylor和英國M.White發(fā)明接近鋼熔點(diǎn)的高溫淬火和高溫回火，并以Cr-W鋼（C1.85%，W8%，Cr3.8%）取代Mushet的Mn-W自硬鋼，從而創(chuàng)立了高速鋼。切削中碳鋼的切削速度達(dá)20m/min。1900年在巴黎國際博覽會(huì)上表演高速切削成功

1903出現(xiàn)現(xiàn)代高速鋼的原始成分（%）：C0.7、W14、Cr4

1904美國JohnMathew向高速鋼中加入0.3%V

1906試用電爐冶煉高速鋼

1910確立T1（W18Cr4V）鋼成分（C0.75%、W18%、Cr4.0%、V1.0%），切削中碳鋼速度達(dá)30m/min

1912德國Becker向鋼中加入3%~5%Co，提高了鋼的熱硬度

19183t電弧爐試煉高速鋼成功，替代了坩堝爐，得以生產(chǎn)較大尺寸的鋼錠和鋼材

1923加入鈷量達(dá)12%~15%，切削速度達(dá)40m/min以上

1932美國J.V.Emmons發(fā)明以Mo代替W的高鉬鋼M1

1937美國W.Breelor發(fā)明W-Mo系鋼M2

1939美國J.P.Gill發(fā)明高碳高釩鋼，稱SuperHSS，含釩3%~5%，淬回火硬度達(dá)HRC67~68，耐磨性好，但可磨削性差

1953出現(xiàn)加硫（0.05%~0.2%）易切削高速鋼

1958~1963平衡碳原理提出與應(yīng)用，美國發(fā)明M40系列鋼，硬度達(dá)到HRC70的超硬（Extra-hard）鋼，最早為M41和M42

1965美國CrucibleSteels公司發(fā)明粉末冶金法生產(chǎn)高速鋼

1970瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速鋼投產(chǎn)；電渣重熔高速鋼開始用于大截面材生產(chǎn)；高速鋼用于高載荷冷作模具日益增多

1980氮化鈦涂層的物理氣相沉積法（PVD）成功用于部分高速鋼刀具，使用壽命成倍提高，對(duì)高速鋼的應(yīng)用和發(fā)展具有重要意義

1990~粉末高速鋼新鋼種熱處理硬度達(dá)HRC70-72；綜合性能優(yōu)良的低合金高速鋼重新受到重視和發(fā)展，替代部分通用高速鋼，以節(jié)約合金資源

硬鋼（熱處理鋼筋及高強(qiáng)鋼絲）強(qiáng)度高，但塑性差，脆性大。從加載到突然拉斷，基本上不存在屈服階段（流幅）。屬脆性破壞。

鋼絲、鋼絞線屬于硬鋼。硬鋼和軟鋼根據(jù)它們是否存在屈服點(diǎn)劃分的，由于硬鋼無明顯屈服點(diǎn)，塑性較軟鋼差，所以其控制應(yīng)力系數(shù)較軟鋼低。2100433B

硬鋼和軟鋼根據(jù)它們是否存在屈服點(diǎn)劃分的，由于硬鋼無明顯屈服點(diǎn)，塑性較軟鋼差，所以其控制應(yīng)力系數(shù)較軟鋼低。

軟鋼、硬鋼的區(qū)別就是以C含量而定：

C含量0.15%以下－－－極軟鋼

含量0.81～1.30%－－－極硬鋼

事實(shí)上鋼除了含碳（C）之外，還混有硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S），這些元素與碳（C）合稱為鋼的五元素，鋼的化學(xué)成分檢查時(shí)，首先都以五元素作分析。五元素對(duì)鋼的物理性能的作用效果如下：

碳（C）：鋼中不可少的重要元素，能增加鋼的硬度、強(qiáng)度；

硅（Si）能增加強(qiáng)度、硬度；

錳(Mn）能增加鋼的韌性，高韌性鋼含Mn 1.2%～1.5%；

磷（P）是鋼中有害元素，使鋼具冷脆性，含量越少越好；

硫（S）同P都是有害元素，使鋼具有熱脆性。