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[入门教程] 格斗机器人武器材料的选择

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本帖最后由 kaka 于 2018-4-1 08:37 编辑

最近在群里交流,发现大家对于材料的知识非常有限,以为有好的材料就可以,但不知道光有好的材料,却缺少合适的热处理一样没啥用

正好我是材料专业出身,也在企业干过热处理

给大家普及下武器的材料的选择,我也不知道国际上别人对材料的选择方式,但我以一个材料专业人士来看待这个武器选择。也给大家普及下金属材料和热处理的基础知识

1、钢的分类
钢的分类方法多种多样,其主要分类有七种。

1、按品质分类  
(1) 普通钢(P≤0.045%,S≤0.050%)
(2) 优质钢(P、S均≤0.035%)
(3) 高级优质钢(P≤0.035%,S≤0.030%)  
2、按化学成份分类  
(1) 碳素钢:a.低碳钢(C≤0.25%);b.中碳钢(C≤0.25~0.60%);c.高碳钢(C≤0.60%)。
(2) 合金钢:a.低合金钢(合金元素总含量≤5%);b.中合金钢(合金元素总含量>5~10%);c.高合金钢(合金元素总含量>10%)。  
3、按成形方法分类:  
(1) 锻钢;(2) 铸钢;(3) 热轧钢;(4) 冷拉钢。
4、按金相组织分类
(1) 退火状态的:a.亚共析钢(铁素体+珠光体);b.共析钢(珠光体);c.过共析钢(珠光体+渗碳体);d.莱氏体钢(珠光体+渗碳体)。
(2) 正火状态的:a.珠光体钢;b.贝氏体钢;c.马氏体钢;d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的
5、按用途分类
(1) 建筑及工程用钢:a.普通碳素结构钢;b.低合金结构钢;c.钢筋钢。
(2) 结构钢
a.机械制造用钢:(a)调质结构钢;(b)表面硬化结构钢:包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢;(c)易切结构钢;(d)冷塑性成形用钢:包括冷 冲压用钢、冷镦用钢。 b.弹簧钢 c.轴承钢
(3) 工具钢:a.碳素工具钢;b.合金工具钢;c.高速工具钢。 (4) 特殊性能钢:a.不锈耐酸钢;b.耐热钢:包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢;c.电热合金钢;d.耐磨钢;e.低温用钢;f.电工用钢。 (5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。
6、综合分类
(1)普通钢
a.碳素结构钢:(a) Q195;(b) Q215(A、B);(c) Q235(A、B、C);(d) Q255(A、B);(e) Q275。 b.低合金结构钢 c.特定用途的普通结构钢  
(2)优质钢(包括高级优质钢)  
a.结构钢:(a)优质碳素结构钢;(b)合金结构钢;(c)弹簧钢;(d)易切钢;(e)轴承钢;(f)特定用途优质结构钢。 b.工具钢:(a)碳素工具钢;(b)合金工具钢;(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢:(a)不锈耐酸钢;(b)耐热钢;(c)电热合金钢;(d)电工用钢;(e)高锰耐磨钢。
7、按冶炼方法分类
(1) 按炉种分
a.平炉钢:(a)酸性平炉钢;(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢:(a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢;(c)顶吹转炉钢。 c. 电炉钢:(a)电弧炉钢;(b)电渣炉钢;(c)感应炉钢;(d)真空自耗炉钢;(e)电子束炉钢。
(2)按脱氧程度和浇注制度分
a.沸腾钢;b.半镇静钢;c.镇静钢;d.特殊镇静钢。


看到这里大家要疯了,对于武器的选择主要选择弹簧钢或合金钢


有人在微信群中讨论的时候说赵伟的裁纸大刀不错,其实裁纸大刀一般都是高碳钢,也是工具钢,裁纸刀已经调质处理过了,硬度很高,可以达到HRC50左右,甚至HRC60,我们选手的武器,包括我们的冠军,他的武器材质我不知道,但是可以看出来只是出厂状态,也就是正火态,这样的钢比较软,在碰撞的过程中很容易就卷边了。但其实裁纸刀也是有缺陷的,比较脆,容易崩,容易断裂。

角斗士是机械工程师,他用了高淬透性的工具钢,40CrNiMo,这种钢属于中碳钢,调质处理后HRC一般能达到40多,他的硬度不如赵伟的裁纸刀,但是其韧性要远好于裁纸刀,至少不容易断裂。还有一种低碳钢一般调质后硬度只有20到30,但是这就很软了,但是其韧性非常好,要想用低碳钢那就得进行表面热处理,让其表面硬度比较高,中心比较韧的状态。大师提的局部热处理中就包含表面热处理。



2钢的热处理工艺

钢的热处理工艺包括退火、正火淬火回火和表面热处理等方法。淬火+高温回火也就是调质。

我们要选择制作武器,那么我们要买的是钢要是锻钢,不要买什么冷轧钢,钢板,镀锌钢什么的,不合适。


你买到的锻钢的原材料都是正火态的,这种状态都很软,为什么,因为不管谁买回去都是要加工的,给你的太硬,你就很难加工,或者加工成本太高了。

下面我介绍4种适合武器的热处理方式,以及对材料的选择。

1、低碳合金钢, 武器加工好,然后渗碳处理,喷丸,再磨一刀,这样下来表面硬度能达到HRC60,当然热处理工艺是非常重要的,如果处理不到,会产生很多缺陷,很可能你的武器还没碰到别人,自己就散架了,所以一定要注重其过程的控制和检测。但这种加工温度较高变形较大,自己看着办吧,需要你们设计的时候考虑了。

2、中碳合金钢,其实角斗士选用的40CrNiMo非常好了,并且他也调质处理了,但是他的武器表面还是被别人打坏了一些地方,就是不够硬,这种钢在进行一次氮化处理。这种变形较小,也是我比较推荐的,这样一般能达到HV650甚至更高。这样表面就不容打坏了。




3、感应淬火,这种也是采用中碳钢来实施,这种针对每种不同的零件都需要设计感应头,成本比较大,所以对于我们不是太友好,当然,如果有金主支持可以一试。
4、碳氮共渗,这种只在书上学过,没在工作中控制过,但在其他企业看见过,不知道是其他企业做的不行还是什么原因,这种容易产生缺陷,不推荐

最后可以看出来,我对武器材料和热处理选择的方式是比较推荐氮化处理的。

我13年从企业中出来,那个时候氮化的费用大概10元/公斤


3、硬度   
钢材的硬度 :金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同,
●常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用
没有专门的设备一般测不出来,并且硬度的测量都是破坏性试验,武器有损失,采用随炉式样检测,同时检测金相组织,查看外协企业温度记录仪数据。


大师说的焊达钢,是一种中碳钢,淬火+中低温回火,布氏硬度600的那种换算下来其实HRC也不高


去学校材料专业的实验室或者机械厂最少会有洛氏硬度测量仪器。




qq215104863549  初级技匠

发表于 2018-4-1 10:51:23

抢个沙发,涨姿势
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DGG  高级技师 来自手机

发表于 2018-4-1 13:25:20

kaka 发表于 2018-4-1 08:37
最近在群里交流,发现大家对于材料的知识非常有限,以为有好的材料就可以,但不知道光有好的材料,却缺少合 ...

嗯 好的热处理能让材料达到更好的效果,一般来说,材料越硬 则代表越脆 在受到冲击的时候会直接崩断或者缺口,软的材料会有比较好的韧性,我们的武器,最好是二者兼具 但是这个又有点矛盾,所以局部热处理或者表面渗氮可能都会有比较好的效果 这样就能达到硬韧兼具的效果,我们买的材料一般都是预硬状态的 这是为了获得更好的加工性能,传统加工后对材料进行热处理会比较经济,我觉得你推荐的表面渗氮是比较好的 经济实惠效果也好 我一直苦于找不到好的热处理加工商,大部分加工商都是比较粗燥 好坏全靠运气  一方面是他们专业不够 无法对不同的材料做出正确的处理 一方面是成本太高 开炉的时候只能随大批量的产品一起处理 效果往往不佳 要是你能带着我们在材料这一块做好 那我们格斗机器人的水平上了可不是一个等级!
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yybing110  见习技师

发表于 2018-4-2 10:17:36

太专业了  向我们这小客户 小地方 找这种热处理都不好找啊,有没有什么土办法可以自己解决的
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swanglei  超级版主

发表于 2018-4-2 11:42:37

可能对于小白来说有点看不太懂~最好是后面稍微结合点实例或者视频好一些~的确这个还是有点太专业了。
很感谢你的科普教程~哈哈
所以你推荐大家勇于格斗机器人的武器使用什么钢材?怎么样的热处理呢?
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MARK  学徒

发表于 2018-4-28 17:08:32

swanglei 发表于 2018-4-2 11:42
可能对于小白来说有点看不太懂~最好是后面稍微结合点实例或者视频好一些~的确这个还是有点太专业了。
很感 ...

确实没有说具体的牌号,但是推荐了选择弹簧钢或合金钢,具体什么牌号就看哪种比较常见了,常见的成本一般不高而且性能也比较均衡,但据我所知这两种 钢材买来都是不容易进行加工的。如果要加工就得买没经过热处理的中碳钢,加工之后再进行高温调质热处理。不知道理解的对不对。
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kaka  版主
 楼主|

发表于 2018-5-4 13:00:24

DGG 发表于 2018-4-1 13:25
嗯 好的热处理能让材料达到更好的效果,一般来说,材料越硬 则代表越脆 在受到冲击的时候会直接崩断或者 ...

这种小批量的肯定没人做,必须要随别人的炉,我这边认识一些做齿轮热处理的企业,可以一试,就采购和人家一样的材料,走一样的热处理工艺
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kaka  版主
 楼主|

发表于 2018-5-4 13:03:02

yybing110 发表于 2018-4-2 10:17
太专业了  向我们这小客户 小地方 找这种热处理都不好找啊,有没有什么土办法可以自己解决的 ...

有,你见过打铁的不?你买中碳钢,再买把焊枪,用点盐水,表面烧红,然后迅速扔到盐水中,这种质量无法保证,好坏看运气
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kaka  版主
 楼主|

发表于 2018-5-4 13:04:04

swanglei 发表于 2018-4-2 11:42
可能对于小白来说有点看不太懂~最好是后面稍微结合点实例或者视频好一些~的确这个还是有点太专业了。
很感 ...

写了钢材种类了啊,建议氮化,42CrMo,或40CrNiMo
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kaka  版主
 楼主|

发表于 2018-5-4 13:07:41

MARK 发表于 2018-4-28 17:08
确实没有说具体的牌号,但是推荐了选择弹簧钢或合金钢,具体什么牌号就看哪种比较常见了,常见的成本一般 ...

直接买的钢材都是只正火过的 ,很容易加工,然后加工好后调质,这样能获得比较好的机械性能,但表面硬度不够,然后再氮化,氮化,我用过42CrMo,或40CrNiMo,40CrNi2Mo
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swanglei  超级版主

发表于 2018-5-7 20:17:26

kaka 发表于 2018-5-4 13:07
直接买的钢材都是只正火过的 ,很容易加工,然后加工好后调质,这样能获得比较好的机械性能,但表面硬度 ...

恩恩,不错,下次联系的上的话,试试~~~
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