自硬钢作用机理

高硬难加工金属材料如淬硬钢由于高强度和高硬度(HRC55)，应用极其广泛，如齿轮、轴承、工具、模具、凸轮轴等.而高硬金属材料在加工过程中，经常会在加工表面产生一层硬度很高的微细组织———白层.白层具有高硬度、不易浸蚀、晶粒细等特点，另一方面又表现出高脆性和存在较大的残余拉应力，易引起零件早期失效[1-5].白层是影响工件性能和表面完整性的重要因素，因此白层的形成机理成为近年来精密加工表面质量的研究热点.目前对白层的研究主要集中在摩擦学领域如磨损以及硬态车削，其分歧主要集中在组织结构特性、形成机制等方面.国内外学者对白层的形成机制针对不同加工方式做了相关的实验和理论研究.H.Eda等[6-7]认为白层是摩擦过程中在局部区域的温度足以达到或超过平衡相变温度，使表面发生奥氏体化，并快速淬火形成马氏体组织，属于温度作用机制。

1868年发展了Mushet自硬钢。属Mn-W系工具钢，使切削低碳钢的速度达到8m/min。典型成分为：C2.0%，W7%，Mn2.5%。随着19世纪工业革命的进展，工业用钢大量生产迫切要求机床和工具必须跟上。因此如何提高Mushet钢的性能使其所制工具切削速度能大幅度提高，已成为当时客观迫切的要求。Mushet钢的锰含量高因而降低Ac1临界点，使其很难软化退火，而且热脆性大，可锻性很差，淬火时易过热。因此19世纪末，在美国出现了低锰含铬的Cr-W系自硬钢

1870~1898英国Mushet自硬钢（C2%，W7%，Mn2.5%），切削中碳钢速度达到8m/min

1898~1900美国F.W.Taylor和英国M.White发明接近钢熔点的高温淬火和高温回火，并以Cr-W钢（C1.85%，W8%，Cr3.8%）取代Mushet的Mn-W自硬钢，从而创立了高速钢。切削中碳钢的切削速度达20m/min。1900年在巴黎国际博览会上表演高速切削成功

1903出现现代高速钢的原始成分（%）：C0.7、W14、Cr4

1904美国JohnMathew向高速钢中加入0.3%V

1906试用电炉冶炼高速钢

1910确立T1（W18Cr4V）钢成分（C0.75%、W18%、Cr4.0%、V1.0%），切削中碳钢速度达30m/min

1912德国Becker向钢中加入3%~5%Co，提高了钢的热硬度

19183t电弧炉试炼高速钢成功，替代了坩埚炉，得以生产较大尺寸的钢锭和钢材

1923加入钴量达12%~15%，切削速度达40m/min以上

1932美国J.V.Emmons发明以Mo代替W的高钼钢M1

1937美国W.Breelor发明W-Mo系钢M2

1939美国J.P.Gill发明高碳高钒钢，称SuperHSS，含钒3%~5%，淬回火硬度达HRC67~68，耐磨性好，但可磨削性差

1953出现加硫（0.05%~0.2%）易切削高速钢

1958~1963平衡碳原理提出与应用，美国发明M40系列钢，硬度达到HRC70的超硬（Extra-hard）钢，最早为M41和M42

1965美国CrucibleSteels公司发明粉末冶金法生产高速钢

1970瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速钢投产；电渣重熔高速钢开始用于大截面材生产；高速钢用于高载荷冷作模具日益增多

1980氮化钛涂层的物理气相沉积法（PVD）成功用于部分高速钢刀具，使用寿命成倍提高，对高速钢的应用和发展具有重要意义

1990~粉末高速钢新钢种热处理硬度达HRC70-72；综合性能优良的低合金高速钢重新受到重视和发展，替代部分通用高速钢，以节约合金资源

硬钢（热处理钢筋及高强钢丝）强度高，但塑性差，脆性大。从加载到突然拉断，基本上不存在屈服阶段（流幅）。属脆性破坏。

钢丝、钢绞线属于硬钢。硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分的，由于硬钢无明显屈服点，塑性较软钢差，所以其控制应力系数较软钢低。2100433B

硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分的，由于硬钢无明显屈服点，塑性较软钢差，所以其控制应力系数较软钢低。

软钢、硬钢的区别就是以C含量而定：

C含量0.15%以下－－－极软钢

含量0.81～1.30%－－－极硬钢

事实上钢除了含碳（C）之外，还混有硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S），这些元素与碳（C）合称为钢的五元素，钢的化学成分检查时，首先都以五元素作分析。五元素对钢的物理性能的作用效果如下：

碳（C）：钢中不可少的重要元素，能增加钢的硬度、强度；

硅（Si）能增加强度、硬度；

锰(Mn）能增加钢的韧性，高韧性钢含Mn 1.2%～1.5%；

磷（P）是钢中有害元素，使钢具冷脆性，含量越少越好；

硫（S）同P都是有害元素，使钢具有热脆性。