1.3 其他工具用鋼

1.3.1 量具用鋼

量具是用來度量尺寸的工具，如千分尺、卡尺、塊規(guī)、卡規(guī)等。量具在使用中經(jīng)常與工件接觸、摩擦、碰撞，量具本身也必須有高的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性。量具在長(zhǎng)期的使用過程會(huì)產(chǎn)生磨損、銹蝕、尺寸精度超差三種主要失效形式。

量具沒有專門用鋼，根據(jù)情況，可用滲碳鋼、碳素工具鋼、低合金工具鋼、軸承鋼、模具鋼、彈簧鋼，以及高碳鉻不銹鋼，甚至用高速工具鋼。

1.量具用鋼的要求

選擇量具用鋼時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種量具的不同特點(diǎn)、精度等級(jí)和制造方法、生產(chǎn)特點(diǎn)（單件或批量）等因素綜合考慮。量具用鋼應(yīng)符合以下要求。

（1）耐磨性 量具的工作面必須有很高的耐磨性，才能在長(zhǎng)期的使用過程中始終保持很高的精度。一般希望金相組織是在馬氏體基體上分布著均勻細(xì)小的碳化物或合金滲碳體，硬度>60HRC。

（2）尺寸穩(wěn)定性 量具在使用和存放過程中應(yīng)保持最小的尺寸變化，因而要求熱處理后的量具殘留奧氏體越少越好，殘余應(yīng)力越小越好。

（3）工藝性 良好的工藝性可以保證高的生產(chǎn)率，減少和避免磨削燒傷和磨削裂紋，同時(shí)在精研時(shí)可以得到理想的表面粗糙度。

（4）耐蝕性 量具在空氣中保存，而且在使用過程中又經(jīng)常接觸手汗，因此要求具有較高的耐蝕性。除用不銹鋼制作外，還可以采用鍍鉻等防蝕處理。

（5）熱處理性 對(duì)于形狀復(fù)雜、加工余量小或熱處理后直接研磨的量具，常選用熱處理后變形小的鋼種，也可采取等溫淬火或分級(jí)淬火，減少畸變。

（6）淬透性 尺寸較大或厚的量具，應(yīng)選用淬透性高的鋼種，以保證獲得均勻一致的高硬度。

（7）對(duì)冶金質(zhì)量的要求 由于量具的工作面要求有較高的精度和較低的表面粗糙度值，所以當(dāng)鋼中的非金屬夾雜物、碳化物偏析等缺陷暴露在有表面粗糙度要求的表面時(shí)，就會(huì)給淬火后的研磨帶來困難，并使量具在使用過程中易生銹。此外，非金屬夾雜物還可能產(chǎn)生區(qū)域性的殘余應(yīng)力分布、碳化物偏析、帶狀組織等，從而導(dǎo)致物理性能和力學(xué)性能的各向異性，在熱處理時(shí)就容易引起不均勻的變形。嚴(yán)重的碳化物偏析和帶狀組織也會(huì)造成難以清除的殘留奧氏體不均勻分布，影響尺寸的穩(wěn)定性。因此，量具用鋼對(duì)退火組織、殘留碳化物網(wǎng)、非金屬夾雜物都有一定的技術(shù)要求，與鋼廠訂貨時(shí)應(yīng)考慮周到。

2.量具用鋼的大致分類

（1）碳鋼及低合金工具鋼 這兩類鋼多用于制作低檔次的通用量具。碳鋼的淬透性差，當(dāng)直徑或厚度稍大時(shí)需水淬，畸變大，甚至淬裂，故僅適用于制作尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度低的樣板、塞規(guī)等易于精加工的量具。用于制造量具的低合金工具鋼有9SiCr、CrWMn、GCr15、9Mn2V。在我國(guó)，精度要求較高、尺寸要求穩(wěn)定的量具，如塊規(guī)、螺紋塞規(guī)、千分尺螺桿及其他量具的測(cè)頭等，多采用GCr15SiMn鋼制造。對(duì)于精密量具，為使其尺寸穩(wěn)定，淬火后應(yīng)作冷處理。

（2）滲氮鋼 用滲氮鋼38CrMoAlA鋼主要制造花鍵環(huán)規(guī)之類形狀復(fù)雜量具。先調(diào)質(zhì)再精加工，可消除畸變。滲氮后只需精磨細(xì)研。經(jīng)這樣工藝處理的量具尺寸穩(wěn)定性好，耐磨性高，并在潮濕空氣中能防腐蝕。

（3）馬氏體型不銹鋼 常用的牌號(hào)有95Cr18、90Cr18MoV、30Cr13、40Cr13等，用于制造耐磨及不銹蝕的量具零件，如百分表量桿、卡尺尺身及尺框等。

（4）高合金工具鋼 常用的牌號(hào)有Cr12、Cr12MoV等，用于制造使用頻繁的量具或塞規(guī)、塊規(guī)等基準(zhǔn)量具。此類鋼淬透性很高，熱處理畸變小，尺寸大時(shí)也能獲得均勻的淬火硬度，可用于制造形狀復(fù)雜、尺寸較大的量具。

（5）滲碳鋼 常用的鋼有10、15、20、15Cr、20Cr、20CrMnTiA等。

滲碳層深度根據(jù)量具尺寸、形狀及具體要求而定，一般為0.3～1.20mm。滲碳淬火后低溫回火，表面硬度為60～63HRC。

也有采用45、50、55、60鋼高頻感應(yīng)淬火的，為獲得良好的基體組織及高的強(qiáng)度，高頻淬火前往往先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

量具鋼的選用應(yīng)根據(jù)量具的不同特點(diǎn)和精度等級(jí)予以綜合考慮。此外，還要酌情考慮鋼的過熱敏感性、強(qiáng)度、韌性，以及熱膨脹系數(shù)等情況，以便合理選材和制訂熱處理工藝。

1.3.2 夾具用鋼

夾具在不同的領(lǐng)域和行業(yè)有不同的分類方法和用途。本書所講的夾具泛指機(jī)械行業(yè)冷、熱加工所用的各種夾具，如各種切削機(jī)床所用的夾具，以及鑄、鍛、焊、熱處理所用的夾具等。

1.夾具的種類及失效形式

機(jī)械制造所用夾具的零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能各有不同，主要有以下幾類：

（1）夾具的軸類零件 規(guī)格小至銷軸和銷釘，大至傳動(dòng)軸及鏜刀桿，其結(jié)構(gòu)形式有曲軸、花鍵軸、絲桿和階梯軸等。夾具軸類零件與機(jī)械設(shè)備的軸類零件使用情況不同，一般轉(zhuǎn)速較低且不受大的沖擊作用。因此，主要的失效形式是彎曲或扭曲而失去幾何精度，以及因磨損而失去尺寸精度。

（2）夾具的支撐類零件 主要包括墊板、墊圈和支撐架及其夾具體等。其失效形式常因強(qiáng)度不夠而發(fā)生壓縮變形或彎曲、扭曲變形等。

（3）夾具的緊固類零件 緊固類零件主要包括螺栓、壓板和各種形式的夾頭、夾爪等。其失效形式常因發(fā)生塑性變形而報(bào)廢。

（4）夾具的彈性零件 主要包括各種不同規(guī)格的螺旋彈簧、彈簧片和彈性夾頭等。其主要失效形式是彈性松弛、因屈服強(qiáng)度低發(fā)生塑性變形，以及因有效截面小而引起的彈力不足等，有時(shí)也因彈性夾頭的夾口被磨損或彈性段硬度過高而發(fā)生脆性斷裂。

（5）夾具的傳動(dòng)零件 除包括前述的各種軸類外，還包括不同規(guī)格和形式的齒輪和帶輪及棘輪等。夾具所用的齒輪一般轉(zhuǎn)速低，所承受沖擊力不大，失效的主要形式是磨損。

（6）夾具的定位零件 夾具的定位零件是其關(guān)鍵元件之一，主要是軸類中的銷軸和銷釘。失效的形式一般為硬度過低而發(fā)生剪切斷裂或硬度過高而產(chǎn)生定位不緊、發(fā)生松動(dòng)等現(xiàn)象。

由以上分析可以看出，夾具的性能與使用壽命是由組成它的各種零部件的性能和壽命共同決定的。夾具所需要的主要功能，通過其受力分析和常見的失效形式可以判斷，是以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，即合適的硬度為基礎(chǔ)，通過選材和熱處理將彈性、韌性及其他性能調(diào)整到最佳狀態(tài)。

2.夾具用鋼

機(jī)床及工程上所用的各種夾具，對(duì)硬度、強(qiáng)度、彈性、韌性等均有嚴(yán)格的要求，所用的材料主要有9SiCr、65Mn、GCr15、60Si2MnA等。

1.3.3 五金工具和木工工具用鋼

這兩類工具用碳鋼制作較多，規(guī)格品種上千，用材各異。下面列舉幾例。

1）用45、50鋼制作的工具有：活扳手、呆扳手、鯉魚鉗、螺釘旋具等。

2）用T7、T8鋼制作的工具有：中心沖子、鋼絲鉗、鉗工鏨子、鉗工錘、大錘、鐵皮剪、木工刨刀、木工圓鋸片、木工斧頭、手工鋸、木工麻花鉆等。

3）用T10A、T12A鋼制作工具有：各類銼刀、手用鋸條等。

1.3.4 農(nóng)機(jī)具用鋼

農(nóng)機(jī)具是指除拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)之外的一切農(nóng)機(jī)具。農(nóng)機(jī)具用鋼比較復(fù)雜，很多是因地制宜，就地取材，在引進(jìn)、消化改進(jìn)、創(chuàng)新方面做了不少工作，使農(nóng)機(jī)具的壽命不斷提高。下面列舉幾例農(nóng)機(jī)具用材，僅供參考。

1）犁鏵用材：65Mn、65MnSiRE、85MnTiRE、稀土鎂球墨鑄鐵，也有用低合金工具鋼的。

2）犁壁用材：65Mn、35、Q275等。

3）耕耘機(jī)圓盤用材：65Mn、Q275等。

4）鋤鏟用材：65Mn、60Si2MnA、45、Q215等。

5）旋耕刀用材：65Mn、60Si2MnA、50CrVA等。

6）對(duì)剪毛機(jī)刀片：T12A、CrO6等。

7）秸稈與根茬切碎刀片用材：T8Mn、65Mn、GCr15、T9等。

8）篩片用材：20鋼低碳馬氏體、20或Q275鋼氮碳處理。

9）軋棉花機(jī)用材：65Mn、55、08鋼氮碳共滲。

10）小農(nóng)機(jī)具（鋤頭、鎬頭、鐵鍬、鐮刀等）用材：Q235、45、50、65、65Mn等，也有用夾鋼的（工具本體用Q235，刀刃部分用65Mn）。

1.3.5 耐沖擊工具用鋼

開山辟路用的風(fēng)鎬、風(fēng)鑿及風(fēng)鏟等工具，在工作時(shí)受到較大的振動(dòng)。常用鋼的牌號(hào)有T7、T8、6CrSi、4CrSiV、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、6CrMnSi2Mo1、5Cr3Mn1SiMo1V、27SiMnNi2CrMoA等。

1.3.6 園林工具用鋼

園林工具的種類不算多，它們用鋼大都為結(jié)構(gòu)鋼，如45、50、60、65Mn，很少用合金工具鋼。國(guó)外有一家除草機(jī)刀片用40MnVB鋼制作，壽命比較高。