談談易切削鋼
《三俠五義》中北俠歐陽春的七寶刀“削鐵如泥”,那當然是一種誇張,但也意味著“削鐵”並不是那麼輕而易舉的事。
長期以來,人們為了提高金屬的切削加工效率,除了精心研製新刀具材料,不斷革新刀具設計外,同時也創造了易切削鋼。根據不同切削條件和使用要求,易切削鋼是多種多樣的。就化學成份來說,就有硫係易切削鋼,鉛、鉍係易切削鋼,硒、碲係易切削鋼,鈣係易切削鋼及複合係易切削鋼之分。此外,還有加入磷、氮、砷、錫等元素的易切削鋼。
這些元素在鋼中的存在形式各異,它們的易切削機理也不盡相同。硫主要以硫化錳形態分布在鋼中,這種硫化錳在切削過程中,既有切缺效應,又起潤滑作用,從而?予鋼以易切削性能。鉛則以高度彌散的金屬微粒存在於鋼中,它的熔點很低(僅327。4℃),切削熱使鉛粒以熔融狀析出,降低了摩擦係數和切削抗力,使加工硬化得以緩和,表麵良好,斷屑細碎,硒、碲加入鋼中提高易切的機理與硫係易切削鋼相類似。但在不鏽銅中加硒,不但對鋼的耐蝕性能影響很小,而且切削的表麵光潔度極好。用硒易切削不鏽鋼製作的手表表殼,其後蓋隻須用手擰上擰下即可,這對手表的防水性能大為有利。這是硫所不及的。鈣係易切削鋼則不同於上述易切削鋼種,它不是用添加易切削元素,而是靠含鈣脫氧劑的脫氧產物形態和組成,來改善鋼的切削性能的。切削過程中,脫氧產物的一些低熔點鈣係複合氧化物夾雜,發生軟化或熔融而粘附在刀具的切削麵上,形成薄膜而對刀具起到潤滑保護作用,使刀具壽命大大延長,表麵光潔度顯著提高。複合係易切削鋼是同時含有上述幾種元素的易切削鋼。這類易切削鋼有的具有良好的綜合特性,有的易切性特好,與黃銅相近,則叫超易切削鋼。
在機器製造業(比如汽車製造)中,切削加工差不多占45%,足見改善金屬切削性能對提高生產率的重要性。近幾年來,國內手表製造業中,采用國產易切削不鏽鋼製作表殼,扭轉了過去那種“赤膊機芯等衣穿”的沒有表殼材料的被動局麵。國產用於手表製造的含鉛易切削鋼也有很高的水平。隨著現代科學技術的迅速發展,金屬切削的精密化、高速化和自動化水平越來越高,對鋼材的切削性能也提出了越來越高的要求。因此,一個國家的易切削鋼的品種、質量和用量,在一定程度上就反映了煉鋼技術水平和機床自動化程度的高低。盡管鋼的切削性能的研究曆史是相當長的,但對於切削性能的實質,至今並未完全弄清;對於易切削鋼中起主導與支配作用的易切性夾雜物的組成、形態和分布等與切削性能之間的關係研究得還不夠。因此,發展易切削鋼還有不少工作要做。
第三代稀土永磁材料??釹鐵硼永磁體
釹鐵硼永磁體是最近發展起來的第三代稀土永磁體。它與第一代、第二代稀土永磁體相比,不僅磁能積高,而且可以節省稀缺的鈷,可以充分種用資源豐富而目前又不十分暢銷的釹,有利於單一稀土生產應用的綜合平衡。釹鐵棚永磁體不僅原料價格便宜,而且性能優良,其最大磁能積已達50兆高奧。目前,稀土永磁體廣泛應用在儀器儀表、機器製造、電聲、影視、航空領域中,是一種引人注目的磁性材料。
永磁材料最早的應用曆史,可以追溯到戰國時代。那時的指南針就是用天然磁石(天然磁鐵礦石)磨成的。我國古代已有不少著作談到磁石吸鐵的現象,並對這種現象做了大量的研究。不過在當時,永磁材料的發展是很慢的,直到上個世紀末和本世紀初,永磁材料才有了較大發展。在60年代,美國、日本的一些學者發現稀土和鈷的化合物具有巨大的磁縣各向異性。這意味著能做成性能優異的永磁。70年代後期,人們在衫“鑽合金的基礎上,添加其它過渡族元素,如銅、鐵、?等,將磁能積提高到30兆高奧左右。這便是第一代稀土永磁和第二代稀土永磁。80年代,日本住友金屬公司首先研製成功了第三代稀土永磁材料一一釹鐵硼永磁體。
釹鐵硼永磁材料的生工藝主要有熔淬法、還原擴散法、粉末冶金法三種。
熔淬法:是將金屬釹、鐵和硼在感應爐中熔煉,把熔融狀態的釹-鐵-硼在高速旋轉設備上,冷卻製成釹-鐵-硼非晶帶。再經300~700℃的回火得到微晶。接著進行粉碎,在磁場中成型、燒結、充磁等工序而得到成品。美國公司和聯邦德國10公司就是采用此法生產釹-鐵-硼永磁材料的。
還原擴散法:工藝過程是擴散還原,磨細後除鈣,脫水,在磁場中取向成型、燒結、充磁等。
粉末冶金法:將金屬釹、鐵和硼放在感應爐中熔煉,得到鑄態合金。然後,將這三種鑄態合金在氮氣保護下粉碎到60~100目。再磨細成3微米左右的粉末,在磁場下加壓成型,在1040~1130℃中燒結和較低溫度下時效,急冷到室溫即得到熱退磁磁體,充磁後即為產品。日本住友特殊金屬公司就是用這種工藝生產釹鐵側永磁體的。
稀土錢球墨鑄鐵
自從1948年英國莫羅把稀土元素鈰加入灰口鑄鐵得到球墨鑄鐵以來,球墨禱鐵得到了迅速的發展。1980年世界球鐵產量約1千萬噸,已超過可鍛鑄鐵和鑄鋼的產量。球墨鑄鐵之所以能得到如此迅速的發展,是與它的優良性能分不開的。球墨鑄鐵與其他常用工程結構忖料的主要機械性能對比,除延仲率外,球鐵的共他機械性能均優於鑄鋼而與45公鋼正火態相?,甚至可以勾合金鋼扣媲戈。但球墨鑄鐵的成本卻大大低於鑄鋼、鍛鋼,犬約比鑄鋼低30%,僅足鍛鋼成本的25~30%。因此它被廣泛用丁代替銪鋼、鍛鋼製造曲軸、連?、齒輪、軋輥笠。球墨鑄鐵之所以隻有如此優良的性能和廣泛的用途,還得從它的結構談起。
灰口鐵是鐵與碳的合金,其含碳量約為2~4%,這些碳除了少量固溶於基體外,其餘都以石墨幾的形式存在於基體上,這就相當於在金屬基體上布滿了裂縫。當鐵件受力時容易裂縫??石墨片的尖端產生應力集中,使裂縫擴大,最後導致破裂。而在球墨鑄鐵中多餘的碳足以球狀石墨存在於基體上的,球狀石墨受力情況要比片狀石墨好得多,不容鉍產生應力集中現象,這樣就可以充分發揮金屬基體的作用,而鑄鐵的金屬基體與鑄鋼、鍛鋼一樣,都足曲鐵素體、珠光休等組成的。所以能獲得與鋼件相仿的機械性能,成為一種物戈、價廉的工程結構材料。
那麼球墨鑄鐵是如何生產的呢?為何又稱為稀土鎂球墨鈁鐵呢?球鐵是灰口鐵水經過球化處理獲得的。世界上首次球化處理足用稀土元素鈰進行的。但在50年代的球鐵大發展中,以純鎂作為球化劑取得了統治地位。60年代以後,稀土的工業應用成為可能,稀土與錢的複合球化劑才在球鐵生產中取得一席之地。我國鑄造工作者,冶金工作者獨創了稀土鎂矽鐵合金球化劑和衝入法球化工藝,使球鐵屯產工藝更加簡單,質藍更加穩定。經過18年的實踐,創立了我國特有的稀土鎂球化劑係列。而國外目前還大量使用純鎂作為球化劑。