钢材基础知识培训讲解
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1. 钢材基础知识培训
什么是钢？
钢 ＝ 碳 (C) + 铁 (Fe)
- 碳含量在0.0218％～2.11％的铁碳合金
工业纯铁
ห้องสมุดไป่ตู้
钢
铸铁
0.0218
2.11
C%
什么是合金钢？
合金钢 ＝ 钢 + 其他合金元素
- 合金元素如：Cr, Mo, V, Mn, Ni, P, S, Si 等 - 加入不同的合金元素，可大大提升钢材的各种性能
耐磨性：工作时抵抗磨损的能力
橡皮胶
Vs
不耐磨
石头
耐磨
一般情况下，同种材料硬度与耐磨性成正比。 硬度越高，耐磨性越高。
硬度及耐磨性的提升
能提升钢材硬度及耐磨性的元素：C, Cr, Mo, W, V
C:
1) 溶于钢中的碳C原子存在钢组织中的 间中，称为间原子，引起周围晶体变形， 使钢材的硬度，屈服点提高。
#1200-#1500) 4）钻石膏（由粗至幼：#1200-#1800-
#3000-#5000-#8000-#1000#15000等）
NAK-PRM: 抛光达#8000以上
注： 一般抛光性能：#3000-#5000以下 良好抛光性能：抛光达钻石膏#5000 镜面效果：抛光达 #8000以上-#15000
钢材的分类
按化学成分
碳素钢 合金钢
低碳钢（C≤0.25%） 中碳钢（C≤0.25～0.60%） 高碳钢（C＞0.60%）
低合金钢（合金元素总含量≤5%） 中合金钢（合金元素总含量＞5～10%） 高合金钢（合金元素总含量＞10%）
按品质分类
普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 优质钢（P、S 均≤0.035%） 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）
为什么模具钢材需要耐腐蚀性？
模具在使用中会必然会接触到能导致其表面腐 蚀之介质，如水蒸气，冷却水，氧气，酸性塑 胶料PVC, PP，等。如模具钢的耐腐蚀性低， 模具很容易出现表面腐蚀，减低模具强度，以 导致模具早期开裂及失效。
耐腐蚀性的测试方法
耐腐蚀性对比测试 试样经热处理后钻孔，铣磨，精磨后制备腐蚀样品，采用8%FeCl3盐酸酒精 溶液作为腐蚀介质，进行100-120hrs全浸测试。 比较样品在浸蚀前及浸蚀后之重量，来评估该钢材样品之腐蚀能力。
锈(Rusting)
样品1-耐腐蚀性较强
样品2-耐腐蚀性较弱
耐腐蚀性的提升
能提升钢材腐蚀性能的主要元素：高Cr，低C
鉻元素跟空气中的氧产生化学作用，在钢的表面形成一层像保护膜一样的 氧化鉻(Cr2O3.FeO)，防止能导致腐蚀之介质侵入钢材中。
如碳含量过高，钢中的鉻会跟碳结合成碳化鉻，降低氧化鉻保护膜的形成。
导致腐蚀之介质
钢材
氧化鉻 保护膜
耐高温性：高温环境下材料性能的稳定性
例如：钢材在高温下能维持该钢材在室温下之硬度的能力
能提升钢材耐高温性的主要元素：Mo, V, W
电极
水冷结晶器 电渣锭
特点：细化组织。整体重熔速度快，但一些非常 细小的杂质并未除去。
~
熔渣
抛光性及蚀纹性：
2) 真空电弧重熔 (vacuum arc remelting) VAR
是利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真 空熔炼技术
真空电弧重熔的原理是：在无渣及真空条件下 ，金属电极在直流电弧的高温作用下迅速熔化 并在水冷铜结晶器内进行再凝固。当液态金属 以薄层形式形成熔滴通过近5000K的电弧区域 向结晶器中过渡以及在结晶器中保持和凝固的 过程中，发生一系列的物理化学反应，使金属 得到精炼，从而达到净化金属、改善结晶结构 、提高性能的目的。
特性：杂质去得彻底，但整体重熔速度慢
耐腐蚀性：材料抵抗外界腐蚀的能力
什么是腐蚀 Corrosion？
锈(Rust)：Fe2+ + OH- Fex(OH)y Fe2+
2e- + H2O + O2 OH-
Fe 2e- + Fe2+
2e钢材Fe
导致腐蚀之介质：
冷却水，氧气，水蒸气，酸性物质(如胶料)代 替腐蚀过程中的水分，
蚀纹性：用药水腐蚀模具表面从而达到 一定纹路和图案
抛光性及蚀纹性的提升：
钢材的抛光性及蚀纹性是在乎于钢材的纯净度,组织细小程 度及其均匀性。
怎样提高钢材的纯净度？ **从钢材的精炼工艺**
１）电渣重熔（electroslag remelting）ESR
利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行 熔炼的方法。 电渣重熔原理：将粗钢坯置于电渣炉中，通入强 电流，使电炉产生很高的温度，使粗钢坯熔化成 钢水，钢水流经电渣，杂质被电渣过滤吸附，从 而达到纯化的效果。
Cr, Mo, W, V：
2) 碳元素在钢中会与其他元素（如 Cr, Mo, W, V)结合，形成非常坚硬 的碳化物，提高整体钢材的硬度。
FF
碳化物
提高碳元素
韧性：抵抗脆性断裂的能力
牛奶糖
高韧性
饼干
低韧性
韧性的测试方法
冲击韧性测试机
试验原理：需测定的材料先加工成标准试 样，然后放在试验机的机架上，将具有 450J重力F的摆锤举至定高度H1，然后摆 锤落下冲击试样。试样断裂后摆锤上摆到 H2高度，材料之冲击强度可计算为:
例如：ASSAB S136
抛光性高
低抛光性： 经幼细钻石膏打磨后，出现明显缺陷 如夹杂物，孔点，偏析等，表面不能 达到良好光洁度。
抛光性低
孔点
夹杂物
100x
偏析 100 x
基本抛光工艺
一般抛光过程:
1）切削加工 2）磨石（由粗至幼: #220-#320-#400) 3）砂纸（由粗至幼: #320-#400...
钢材的性能
硬度：抵抗变形的能力
冰
高 硬
度
低
硬
豆
度
腐
硬度的测试方法
硬度计
基本试验原理：将压头（钢球或锥体）压入试样 表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测 量的残余压痕深度增量d, 计算硬度值，如下图：
Force 0 Force 1
d 测试单位: 洛氏（HRC）：表征高硬度材料，热处理后硬度 布氏（HB）：供货状态常用 维氏（HV）：适用于显微分析 里氏（HL）：手提式硬度计，测量方便
F(H1-H2) /断口处截面称S
F
H1
H2
试样
韧性的提升
能提升钢材韧性的元素：Ni
镍Ni 溶于钢中能提高钢的韧性。但在一般情况下，同种材料的韧性及 硬度成反比。
韧性
硬度
抛光性：材料表面经抛光后，在没有明显 缺陷下，能达到的光洁程度
高抛光性： 经幼细钻石膏打磨后，没有明显缺 陷，能达到镜面效果。
什么是钢？
钢 ＝ 碳 (C) + 铁 (Fe)
- 碳含量在0.0218％～2.11％的铁碳合金
工业纯铁
ห้องสมุดไป่ตู้
钢
铸铁
0.0218
2.11
C%
什么是合金钢？
合金钢 ＝ 钢 + 其他合金元素
- 合金元素如：Cr, Mo, V, Mn, Ni, P, S, Si 等 - 加入不同的合金元素，可大大提升钢材的各种性能
耐磨性：工作时抵抗磨损的能力
橡皮胶
Vs
不耐磨
石头
耐磨
一般情况下，同种材料硬度与耐磨性成正比。 硬度越高，耐磨性越高。
硬度及耐磨性的提升
能提升钢材硬度及耐磨性的元素：C, Cr, Mo, W, V
C:
1) 溶于钢中的碳C原子存在钢组织中的 间中，称为间原子，引起周围晶体变形， 使钢材的硬度，屈服点提高。
#1200-#1500) 4）钻石膏（由粗至幼：#1200-#1800-
#3000-#5000-#8000-#1000#15000等）
NAK-PRM: 抛光达#8000以上
注： 一般抛光性能：#3000-#5000以下 良好抛光性能：抛光达钻石膏#5000 镜面效果：抛光达 #8000以上-#15000
钢材的分类
按化学成分
碳素钢 合金钢
低碳钢（C≤0.25%） 中碳钢（C≤0.25～0.60%） 高碳钢（C＞0.60%）
低合金钢（合金元素总含量≤5%） 中合金钢（合金元素总含量＞5～10%） 高合金钢（合金元素总含量＞10%）
按品质分类
普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 优质钢（P、S 均≤0.035%） 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）
为什么模具钢材需要耐腐蚀性？
模具在使用中会必然会接触到能导致其表面腐 蚀之介质，如水蒸气，冷却水，氧气，酸性塑 胶料PVC, PP，等。如模具钢的耐腐蚀性低， 模具很容易出现表面腐蚀，减低模具强度，以 导致模具早期开裂及失效。
耐腐蚀性的测试方法
耐腐蚀性对比测试 试样经热处理后钻孔，铣磨，精磨后制备腐蚀样品，采用8%FeCl3盐酸酒精 溶液作为腐蚀介质，进行100-120hrs全浸测试。 比较样品在浸蚀前及浸蚀后之重量，来评估该钢材样品之腐蚀能力。
锈(Rusting)
样品1-耐腐蚀性较强
样品2-耐腐蚀性较弱
耐腐蚀性的提升
能提升钢材腐蚀性能的主要元素：高Cr，低C
鉻元素跟空气中的氧产生化学作用，在钢的表面形成一层像保护膜一样的 氧化鉻(Cr2O3.FeO)，防止能导致腐蚀之介质侵入钢材中。
如碳含量过高，钢中的鉻会跟碳结合成碳化鉻，降低氧化鉻保护膜的形成。
导致腐蚀之介质
钢材
氧化鉻 保护膜
耐高温性：高温环境下材料性能的稳定性
例如：钢材在高温下能维持该钢材在室温下之硬度的能力
能提升钢材耐高温性的主要元素：Mo, V, W
电极
水冷结晶器 电渣锭
特点：细化组织。整体重熔速度快，但一些非常 细小的杂质并未除去。
~
熔渣
抛光性及蚀纹性：
2) 真空电弧重熔 (vacuum arc remelting) VAR
是利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真 空熔炼技术
真空电弧重熔的原理是：在无渣及真空条件下 ，金属电极在直流电弧的高温作用下迅速熔化 并在水冷铜结晶器内进行再凝固。当液态金属 以薄层形式形成熔滴通过近5000K的电弧区域 向结晶器中过渡以及在结晶器中保持和凝固的 过程中，发生一系列的物理化学反应，使金属 得到精炼，从而达到净化金属、改善结晶结构 、提高性能的目的。
特性：杂质去得彻底，但整体重熔速度慢
耐腐蚀性：材料抵抗外界腐蚀的能力
什么是腐蚀 Corrosion？
锈(Rust)：Fe2+ + OH- Fex(OH)y Fe2+
2e- + H2O + O2 OH-
Fe 2e- + Fe2+
2e钢材Fe
导致腐蚀之介质：
冷却水，氧气，水蒸气，酸性物质(如胶料)代 替腐蚀过程中的水分，
蚀纹性：用药水腐蚀模具表面从而达到 一定纹路和图案
抛光性及蚀纹性的提升：
钢材的抛光性及蚀纹性是在乎于钢材的纯净度,组织细小程 度及其均匀性。
怎样提高钢材的纯净度？ **从钢材的精炼工艺**
１）电渣重熔（electroslag remelting）ESR
利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行 熔炼的方法。 电渣重熔原理：将粗钢坯置于电渣炉中，通入强 电流，使电炉产生很高的温度，使粗钢坯熔化成 钢水，钢水流经电渣，杂质被电渣过滤吸附，从 而达到纯化的效果。
Cr, Mo, W, V：
2) 碳元素在钢中会与其他元素（如 Cr, Mo, W, V)结合，形成非常坚硬 的碳化物，提高整体钢材的硬度。
FF
碳化物
提高碳元素
韧性：抵抗脆性断裂的能力
牛奶糖
高韧性
饼干
低韧性
韧性的测试方法
冲击韧性测试机
试验原理：需测定的材料先加工成标准试 样，然后放在试验机的机架上，将具有 450J重力F的摆锤举至定高度H1，然后摆 锤落下冲击试样。试样断裂后摆锤上摆到 H2高度，材料之冲击强度可计算为:
例如：ASSAB S136
抛光性高
低抛光性： 经幼细钻石膏打磨后，出现明显缺陷 如夹杂物，孔点，偏析等，表面不能 达到良好光洁度。
抛光性低
孔点
夹杂物
100x
偏析 100 x
基本抛光工艺
一般抛光过程:
1）切削加工 2）磨石（由粗至幼: #220-#320-#400) 3）砂纸（由粗至幼: #320-#400...
钢材的性能
硬度：抵抗变形的能力
冰
高 硬
度
低
硬
豆
度
腐
硬度的测试方法
硬度计
基本试验原理：将压头（钢球或锥体）压入试样 表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测 量的残余压痕深度增量d, 计算硬度值，如下图：
Force 0 Force 1
d 测试单位: 洛氏（HRC）：表征高硬度材料，热处理后硬度 布氏（HB）：供货状态常用 维氏（HV）：适用于显微分析 里氏（HL）：手提式硬度计，测量方便
F(H1-H2) /断口处截面称S
F
H1
H2
试样
韧性的提升
能提升钢材韧性的元素：Ni
镍Ni 溶于钢中能提高钢的韧性。但在一般情况下，同种材料的韧性及 硬度成反比。
韧性
硬度
抛光性：材料表面经抛光后，在没有明显 缺陷下，能达到的光洁程度
高抛光性： 经幼细钻石膏打磨后，没有明显缺 陷，能达到镜面效果。