钢材的冲击功Akv是什么意思(如何选择刀具切削加工淬火硬钢)
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钢材的冲击功Akv是什么意思 ♂
（移动钢铁网），钢材在进行缺口冲击试验时，摆锤冲击消耗在试样上的能量，称为冲击功，用Ak表示，单位为焦耳（J），当为V形缺口时，即为AKV，当为U形缺口时，即为AKU，冲击试验时摆锤消耗在试样单位截面上的冲击功称为冲击韧性（也称为冲击值），用k表示，即：akAk/F，其单位为kJ/m2或J/cm2，由于冲击功仅为试样缺口附近参加变形的体积所吸收，而此体积又无法测定，且在同一断面上每一部分的变形也不一致，因此用单位截面积上的冲击功k来判断韧性的方法国内外已逐渐被淘汰。
工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J），而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即akAk/F，其单位为kJ/m2或J/cm2，因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，ak值的大小表示材料的韧性好坏，一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料，ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系，ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。
因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较，材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（Tk）”，冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向，什么是夏比冲击试验，夏比是音译：Charpy，夏比冲击试验（英文标准名称：CharpyImapctTest）是用以测定金属材料抗缺口敏感性(韧性)的试验，制备有一定形状和尺寸的金属试样（通常为101055mm），使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比冲击试验机上处于简支梁状态，以试验机举起的摆锤作一次冲击，使试样沿缺口冲断，用折断时摆锤重新升起高度差计算试样的吸收功，即为Aku（U型缺口）和Akv（V型缺口），可在不同温度下作冲击试验，吸收功值(焦耳)大，表示材料韧性好，对结构中的缺口或其他的应力集中情况不敏感，对重要结构的材料近年来趋向于采用更能反映缺口效应的V形缺口试样做冲击试验。
冲击试验：一种动态力学性能试验，主要用来测定冲断一定形状的试样所消耗的功，又叫冲击韧性试验，根据试样形状和破断方式，冲击试验分为弯曲冲击试验、扭转冲击试验和拉伸冲击试验三种，横梁式弯曲冲击试验法操作简单，应用最广,其试验原理见图1，冲击试样世界各国常用的弯曲冲击试样如图2所示，中国有关标准规定采用横梁式试验法，所用标准试样以U形缺口试样和V形缺口试样为主，冲击试样所消耗的功,称为冲击功Ak，将Ak除以缺口处横截面积F，则得冲击韧度ak，单位为J/cm2，ak值没有明确物理意义，因为冲击功并非沿着缺口处截面积均匀消耗，因此，ak值不能直接用于设计计算。
同一种金属材料，缺口越尖越深，则塑性变形体积愈小，吸收功也愈小，材料的韧性也就愈低，因此，对于不同尺寸和缺口的试样，所得结果不能互相换算和比较，弯曲冲击试验是20世纪初夏比(G.Charpy)提出的，以后获得广泛使用，在工程上主要是用它评定冶金质量和加工工艺质量，以及测定韧性－脆性转变温度，如试样上预制疲劳裂纹,用示波图或其他方法求出载荷-时间曲线和载荷-位移曲线,还可测得动态开裂发生的断裂韧度KId和已扩展裂纹停止扩展的断裂韧度KIA等(见金属的强化)，韧性－脆性转变是金属材料随温度降低由韧性状态过渡到脆性状态致使冲击韧度急剧降低的现象，金属材料典型的冲击功与温度的关系曲线见图3，从韧性角度选材，最重要的是要知道韧性-脆性转变温度Tk(℃)，Tk通常是根据冲击功(或冲击韧度)、断口形貌特征、变形特征与温度的关系求得。
其方法是：①选取一定冲击功所对应的温度为Tk；②若用夏比V形缺口试样，则对应于冲击功为15英尺-磅(20.34J)的Tk用V15TT表示;③或用断口面积上出现50％结晶状断口时的温度为Tk,以50％FATT表示;④还有以冲击功曲线开始上升的温度来定义Tk，为零塑性转变温度,用NDT表示，显然,Tk因选用标准不同而异,使用Tk时，一定要注意定义Tk的标准，冲击韧性：用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以k表示，目前常用的101055mm，带2mm深的V形缺口夏氏冲击试样，标准上直接采用冲击功（J焦耳值）AK，而不是采用K值，因为单位面积上的冲击功并无实际意义，冲击功对于检查金属材料在不同温度下的脆性转化最为敏感，而实际服役条件下的灾难性破断事故，往往与材料的冲击功及服役温度有关。
因此在有关标准中常常规定某一温度时的冲击功值为多少、还规定FATT（断口面积转化温度）要低于某一温度的技术条件，所谓FATT，即一组在不同温度下的冲击试样冲断后，对冲击断口进行评定，当脆性断裂占总面积的50%时所对应的温度，由于钢板厚度的影响，对厚度≤10mm的钢板，可取得3/4小尺寸冲击试样（7.51055mm）或1/2小尺寸冲击试样（51055mm），但是一定要注意，同规格及同一温度下的冲击功值才可相互比较，只有在标准规定的条件下，才可按标准的换算方法，折算成标准冲击试样的冲击功，再相互比较，冲击韧性指材料在受到外加冲击负荷的作用下，断裂时消耗的功除以试样缺口断面面积而得到的商值，即在规定温度下，试样抵抗冲击载荷时所吸收的能量，'H(X$S,G'I2K%h，冲击韧性的高低，取决于材料有无迅速塑性变形的能力。
冲击韧性高的材料，一般都有较高的塑性，但塑性指标高的材料不一定都有高的冲击韧性，这是因为在静负荷下，能够缓慢塑性变形的材料在冲击负荷下不一定能迅速发生塑性变形，冲击韧性是强度与塑性的综合指标，是强度和塑性两者的函数，但塑性对韧性的影响更大些，6R-LO:G"r5J4X，冲击试样中的缺口形式主要有两种，即夏比V形缺口和夏比U形缺口试样，所测得的冲击吸收功分别用Akv和Aku表示。
冲击试样的取样方式也有两种，即横向取样和纵向取样（与钢板轧制方向垂直为横向，平行为纵向），冲击试样的规格尺寸有三种，即标准试样为551010，小试样为55107.5或55105，冲击试样的规格尺寸主要根据材料厚度可能制得的最大尺寸规格确定，目前我国国内用于容器设计制造的法规和标准均规定以夏比V形缺口、横向取样方式为主，冲击试样的缺口形式对冲击韧性影响非常大，夏比V形缺口比夏比U形缺口更为尖锐，更能反应材料的缺口和内部缺陷对动态载荷的敏感性，对于U形试样，进行冲击试验时，其冲击功大部分消耗于裂纹的形成，而对V形缺口试样，其冲击功大部分消耗于裂纹的扩展，U形缺口测得的冲击韧性与V形缺口测得的冲击韧性之间不存在对应的换算关系，冲击试样的取样方向规定为“横向取样”，主要考虑在钢锭浇注时，会形成偏析及含有杂质，在轧制钢板的过程中，这些不均匀部分和杂质会顺着金属延伸方向形成纤维状组织，从而使钢板平行于轧制方向的力学性能高于垂直方向的力学性能。
我国标准规定的冲击试样取样方向与美国ASME的规定是不一致的，美国ASME标准规定的冲击试样取样方向为“纵向取样”，故对在国内使用的国外进口材料用于国内的容器制造时，应注意冲击试样的取样方向应规定为“横向取样”，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫冲击韧性，通俗的讲就是材料在受到外力的打击或是冲撞时它所能抵抗破坏的能力,如冷轧钢或合金钢就比铸铁、铸钢等材料耐冲击，这是因为铸件脆所以不耐撞击，通俗的说就是在受到抵抗意外冲击的一种能力，和强度、硬度没必然，钢材的冲击功影响因素，1.冲击功的实验方法，钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗因低温，应力集中，冲击荷载作用等所导致的断裂能力的一项机械性能，实验方法是用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以k表示，目前常用的101055mm，带2mm深的V形缺口夏氏冲击试样，标准上直接采用冲击功（J焦耳值）AK，而不是采用K值，因为单位面积上的冲击功并无实际意义。
由于钢板厚度的影响，对厚度≤10mm的钢板，可取得3/4小尺寸冲击试样（7.51055mm）或1/2小尺寸冲击试样（51055mm），但是一定要注意，同规格及同一温度下的冲击功值才可相互比较，只有在标准规定的条件下，才可按标准的换算方法，折算成标准冲击试样的冲击功，再相互比较，2.冲击功的主要影响因素，钢材冲击韧性不但和钢材的质量，试件缺口形状，加载速度有关，而且受温度，特别是负温度的影响较大，当温度低于某一温度时，钢材的冲击韧性将急剧降低，同时冲击韧还和试件的厚度有关，厚度越大韧性较低，冲击韧性值是动态底下的受力，不好根据其它东西确定的，冲击值还跟试样的表面光洁度有关哦。
如何选择刀具切削加工淬火硬钢 ♂
一、淬火钢的定义及加工特点，淬火钢是指钢件经过热处理后获得马氏体组织，其硬度(大于HRC50)高，强度也高，几乎没有塑性的一类钢件，淬火钢的切削加工特点：（1）硬度高、强度高，塑性接近0；（2）切削力大、切削温度高；（3）不易产生积屑瘤；（4）导热系数低，由于淬火钢具有良好的使用性能，广泛应用于交通行业，风电行业，机床行业，模具行业等领域，典型零部件有齿轮，齿轮轴，轴承，滚珠丝杠，同步器，模具等，二、淬火钢的热处理工艺，淬火钢之所以具有良好的使用性能，热处理是不可避免的工序，淬火钢常见的热处理工艺包括退火，淬火，回火。
退火是在在切削加工之前，目的是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，淬火、回火是一起的，淬火后直接回火，在精加工之前进行，淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好准备等，回火的目的主要是：消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等，经过热处理之后，工件的硬度一般在HRC45以上，有的甚至达到HRC60以上，不同的工件，工作性质不同，故热处理后的硬度也不同，如汽车变速箱齿轮热处理后的硬度一般在HRC58-63之间，回转支承轴承热处理后的硬度在HRC47-55之间，滚珠丝杠热处理后的硬度一般在HRC60-62之间，三、淬火钢的机械加工工艺，淬火钢经过热处理之后需精加工，保证图纸要求尺寸和表面粗糙度，但热处理后的淬火钢件硬度高难加工，部分工件属于断续切削或表面精度要求高，常采用磨削方式来提高工件精度，下面就简单介绍几种淬火钢的机械加工工艺，齿轮的加工工艺：下料锻造正火粗车调质热处理(淬火+高温回火)精车齿面磨削加工检验入库。
滚珠丝杠的加工工艺：下料锻造退火切削加工热处理磨削加工检验入库，汽车半轴的加工工艺：下料锻造正火车削加工拉花键热处理磨削加工，从加工工艺来看，以上几种淬火钢件均需要磨削加工来保证图纸要求，齿轮是由于属于断续切削，车刀无法加工；而滚珠丝杠和汽车半轴就属于表面精度高，采用磨削方式来达到表面光洁度，四、采用以车代磨工艺切削加工淬火钢，随着切削技术的不断发展，刀具行业依次研制出涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，车削代替磨削做为最终加工工序，实现以车代磨工艺，下面就简单介绍一下这三种刀具的性能，涂层硬质合金刀具：是在韧性较好的硬质合金刀具上电镀一层耐磨材料，比未涂层的硬质合金刀具性能硬度高，耐磨性好，但涂层的厚度一般在2～18m，耐磨层较薄，长时间的加工致使耐磨层磨损，耐磨层磨损完之后的加工性能和未涂层的硬质合金刀具无异；或者遇到断续时涂层硬质合金刀具刃口崩裂，导致磨损加剧，换刀频繁，影响加工效率，增加刀具成本，陶瓷刀具：与涂层刀具相比性能较好，但脆性大是众所周知的缺点，不能断续切削和大余量车削，适合精加工硬度HRC45-55之间的淬硬钢件。
立方氮化硼刀具：由于硬度仅次于金刚石刀具，和金刚石刀具统称为超硬刀具，除了硬度高之外，耐磨性好，但和陶瓷刀具的缺点一样脆性大是不争的事实，我国刀具行业通过不断的努力和研究，研制出非金属粘合剂立方氮化硼刀具，解决了立方氮化硼刀具只能用于精加工工序的问题，我国针对淬火钢不同工件的不同性能，和涂层硬质合金，陶瓷刀具加工淬硬钢时出现的问题，研制出相对应的刀具材质，下面就简单介绍一下我国切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数，四、我国刀具切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数，（1）我国刀具切削加工齿轮钢的刀具材质及切削参数，在加工齿轮钢时常出现两种工况：连续切削和断续切削，我国针对两种工况研制出BN-H11材质，BN-H20材质和BN-S20材质，加工方案如下：。
连续切削：选择BN-H11材质(如下图)，属于焊接式立方氮化硼刀具，吃刀深度控制在0.3mm以内，切削参数：ap≤1mm，Fr0.05-0.35mm/r，Vc60-250m/min，断续切削：选择BN-H20材质（刀片图样和BN-H11材质相同），属于焊接式立方氮化硼刀具，耐磨损性和耐崩损性强，吃刀深度控制在0.3mm以内，切削参数：ap≤1mm，Fr0.05-0.35mm/r，Vc60-250m/min，还有一种断续切削属于大余量车削，由于大型工件热处理后的变形量大，加工余量≥2mm，并且属于强断续切削，此类情况选择我国研制的BN-S20材质，此牌号属于整体式立方氮化硼刀具，吃刀深度无上限，可吃满整个刀片，下面简单介绍一下我国立方氮化硼刀具加工齿轮钢的案例：，（2）我国研制的刀具加工轴承钢的案例，轴承钢可以说是无处不在，不同的轴承使用性能不同，故轴承钢的材质也不同，我国针对轴承钢的不同工件研制出不同的刀具材质，分别有BN-S200材质和BN-H11材质。
其中BN-S200材质属于整体式立方氮化硼刀具，BN-H11材质属于焊接式立方氮化硼刀具，刀片图样如下图：，以上两种刀具材质均属于精加工工序，切削参数为：ap≤1mm，Fr0.05-0.35mm/r，Vc60-250m/min，如精加工轴承钢时余量≥2mm，选择我国刀具BN-S20材质，五、总结，随着现代技术的不断发展，越来越多的淬火钢件出现在机械加工车间，机械制造商一直在寻找高效率低成本的车削刀具，这对于刀具行业来说，只有不断研发出高性能高质量的刀具材料或刀具材质，才能占领刀具市场，并进一步推动中国制造业的发展。
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