第二节合金工具钢.ppt

1、第二节第二节 工具钢工具钢 刃具钢刃具钢：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。模具钢：模具钢：制造冷冲模、冷挤压模、热锻模等成型模具。制造冷冲模、冷挤压模、热锻模等成型模具。量具钢：量具钢：制造各种度量工具如卡尺、千分尺、块规等。制造各种度量工具如卡尺、千分尺、块规等。工具钢是用于制造各类工具钢是用于制造各类切削工具切削工具、模具模具和和量具量具的钢类。的钢类。按按化学成分化学成分可分为可分为碳素工具钢碳素工具钢、合金工具钢合金工具钢和和高速钢高速钢；按按用途用途可分为可分为刃具钢刃具钢、模具钢模具钢和和量具钢量具钢。量量具具刃刃具具模模具具一、一、刃具刃

2、具钢1.工作条件与性能要求工作条件与性能要求（1）高硬度）高硬度具有比被加工工件更高的硬度，具有比被加工工件更高的硬度，一般高于一般高于60HRC。（2）高耐磨性）高耐磨性刀具的刃部和金属毛坯存在摩擦。刀具的刃部和金属毛坯存在摩擦。（3）高热硬性（在温度较高的情况下也能保持高硬度，）高热硬性（在温度较高的情况下也能保持高硬度，这种性能称为热硬性）这种性能称为热硬性）切削过程中因摩擦生热使刀具的温度升高。切削过程中因摩擦生热使刀具的温度升高。失效形式有失效形式有卷刃卷刃、崩刃崩刃和和折断折断，但最普遍的是，但最普遍的是磨损磨损。（4）一定的强韧性）一定的强韧性承受冲击、振动载荷承受冲击、振动载荷

3、（一）刃具钢特点（一）刃具钢特点含碳量：高碳含碳量：高碳0.6%1.5%，保证高硬度、高耐磨性保证高硬度、高耐磨性3.热处理热处理：球化退火、淬火：球化退火、淬火+低温回火低温回火防止氧化脱碳防止氧化脱碳盐浴炉或真空炉加热盐浴炉或真空炉加热最终组织最终组织：M回回+K（碳化物）碳化物）+A2.成分特点：成分特点：主加元素主加元素：Cr、W、Mo、V等，提高强度、硬度、等，提高强度、硬度、耐磨性，细化晶粒耐磨性，细化晶粒辅加元素辅加元素：Mn、Ni、Si等，提高淬透性，强化铁素体等，提高淬透性，强化铁素体（二）碳素及低合金刃具钢（二）碳素及低合金刃具钢1、碳素工具钢、碳素工具钢含碳量：含碳量：0

4、.651.30%钢号钢号T7A、T8A、T10A、T12A等等随含碳量增加，硬度、耐磨性增加，但韧性降低。随含碳量增加，硬度、耐磨性增加，但韧性降低。用途用途用于用于制造制造低速、低温低速、低温(200）、低冲击、硬度在）、低冲击、硬度在HRC62左右左右的刃具。的刃具。錾子、凿子、冲子：錾子、凿子、冲子：T7、T8A锉刀、刨刀：锉刀、刨刀：T12A、T13A小钻头、丝锥、低速车刀：小钻头、丝锥、低速车刀：T9T11A加工路线加工路线下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火+低温回火低温回火最终热处理：最终热处理：淬火加热温度：淬火加热温度：760780，水冷。，水冷。回火温度：回

5、火温度：160180手手锤锤锉锉刀刀冲头冲头组织组织:M回回+Fe3C+A2、低合金刃具钢、低合金刃具钢含碳量含碳量：1%左右左右合金元素合金元素：Cr、Si、Mn：提高强度、淬透性、回火稳定性；提高强度、淬透性、回火稳定性；W、V：细化晶粒，提高硬度和耐磨性：细化晶粒，提高硬度和耐磨性常用低合金刃具钢常用低合金刃具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn主要用途主要用途：丝锥、板牙、绞刀、丝锥、板牙、绞刀、载荷较小的冷冲模等，载荷较小的冷冲模等，使用温度不能超过使用温度不能超过250300。800810700720500出炉出炉空冷空冷时间时间/h温度温度/24h68h9SiCr钢球化退火工艺

6、曲线钢球化退火工艺曲线热处理热处理：球化退火、：球化退火、淬火淬火+低温回火低温回火P粒粒板牙板牙为了减小变形，为了减小变形，形状简单可取形状简单可取消等温消等温组织组织:M回回+B下下+K+A例题：分析比较例题：分析比较T9和和9SiCr:1）为什么）为什么9SiCr钢的热处理加热温度比钢的热处理加热温度比T9钢高钢高?2）直径为）直径为3040mm的的9SiCr钢在油中能淬透，相钢在油中能淬透，相同尺寸的同尺寸的T9钢能否淬透钢能否淬透?为什么为什么?3）T9钢制造的刀具刃部受热到钢制造的刀具刃部受热到200-250，其硬度，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；和耐磨性已迅速下降而失效；9Si

7、Cr钢制造的刀具，其钢制造的刀具，其刃部受热至刃部受热至230-250，硬度仍不低于，硬度仍不低于60HRC，耐磨性，耐磨性良好，还可正常工作。为什么良好，还可正常工作。为什么?4）为什么）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具?（三）高速钢（三）高速钢特点：使用时因高速摩擦产生热量大，使刃具温度特点：使用时因高速摩擦产生热量大，使刃具温度很高，因而对热硬性和耐磨性要求非常高。很高，因而对热硬性和耐磨性要求非常高。1、用途、用途高速切削的刃具高速切削的刃具车、铣、刨、拉刀、钻头和丝锥车、铣、刨、拉

8、刀、钻头和丝锥工作温度达工作温度达500600时硬度仍可保持时硬度仍可保持60HRC以上以上。车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头典型钢种：典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V22、合金化、合金化（1）C0.7%1.4%固溶在马氏体中和形成合金碳化物。固溶在马氏体中和形成合金碳化物。保证钢淬火后马氏体具有保证钢淬火后马氏体具有高硬度，同时提高耐磨性高硬度，同时提高耐磨性。（2）W和和Mo提高红硬性提高红硬性固溶于固溶于M中的中的W在回火时在回火时W2C产生二次硬化产生二次硬化（热硬性高）（热硬性高）（3）Cr增加淬透性增加淬透性风钢（小尺寸空冷，风钢（小尺寸空冷，大尺寸可以油淬大尺寸可以油淬+空冷

9、）空冷）（4）V提高耐磨性提高耐磨性和热硬性，回火时析出和热硬性，回火时析出VC产生二次硬产生二次硬化并使耐磨性显著提高。化并使耐磨性显著提高。3、W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点铸造铸造锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火+三次三次570回火回火磨削加工磨削加工铸造：铸造：高速钢属于高速钢属于莱氏体钢莱氏体钢，铸态组，铸态组织中含有织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物，碳化物，钢的韧性大幅下降。钢的韧性大幅下降。高速钢铸态组织高速钢铸态组织莱氏体（碳化物呈莱氏体（碳化物呈鱼骨状分布）鱼骨状分布）T或或SM+A锻造：锻造：鱼骨

10、状碳化物不能用热处理来消除，只能依鱼骨状碳化物不能用热处理来消除，只能依靠反复多次锻打来击碎。靠反复多次锻打来击碎。（1）预先热处理）预先热处理球化退火球化退火热处理热处理球化球化退火后的组织退火后的组织:S+粒状粒状K（207255HB）目的目的：降低硬度，以利切削加工；使碳化物形成：降低硬度，以利切削加工；使碳化物形成均匀分布的颗粒状，为最终热处理做好组织准备。均匀分布的颗粒状，为最终热处理做好组织准备。由于合金元素高使由于合金元素高使临界点升高临界点升高高速钢锻造退火后组织高速钢锻造退火后组织KS工艺非常特殊工艺非常特殊淬火加热温度很高、回火温度高淬火加热温度很高、回火温度高（在高硬度范

11、围内）、回火次数多（三次）。（在高硬度范围内）、回火次数多（三次）。淬火淬火加热加热淬火加热温度淬火加热温度：12701280为了获得二次硬化效为了获得二次硬化效果，加热温度必须高果，加热温度必须高于于1200。（2）最终热处理）最终热处理淬火回火淬火回火加热用加热用盐浴炉盐浴炉或或真空炉真空炉a）盐浴炉加热盐浴炉加热加热速度快，适合小批量加热速度快，适合小批量预热预热在在A1温度附近（温度附近（800840）必须预热一次。）必须预热一次。如果尺寸大，还需在如果尺寸大，还需在500650和和10001100再预热。再预热。b）真空炉加热真空炉加热加热速度慢、适合大批量加热速度慢、适合大批量不需

12、要预热。不需要预热。冷却采用高压气淬，容易控制冷却速度。冷却采用高压气淬，容易控制冷却速度。空冷空冷小尺寸。小尺寸。先油冷后空冷先油冷后空冷尺寸较大、但形状较简单。尺寸较大、但形状较简单。分级淬火分级淬火形状复杂，对变形量要求高。形状复杂，对变形量要求高。冷却冷却（根据尺寸大小和形状复杂程度选择）（根据尺寸大小和形状复杂程度选择）淬火后的组织：淬火后的组织：M+粒状粒状K+A(2025%)硬度为硬度为6263HRC防止珠光体转变防止珠光体转变内外温度均匀后内外温度均匀后空冷减小变形空冷减小变形淬火组织淬火组织未溶碳化物未溶碳化物+隐针马氏体隐针马氏体+残余奥氏体残余奥氏体未溶未溶K隐针隐针M+

13、A高温奥氏体晶界高温奥氏体晶界回火回火二次硬化二次硬化析出析出W2C和和VCAM回火后硬度回火后硬度6365HRC1h560空空冷冷AM560空空冷冷1h560空空冷冷1h20%25%A5%A1%2%A15%A时间时间温度温度为什么要进行三次回火？为什么要进行三次回火？回火组织回火组织M回回+K+A未溶未溶KM回回+A二、二、模具模具钢模具钢：用于制造冲压、模锻、挤压、压铸等模模具钢：用于制造冲压、模锻、挤压、压铸等模具的钢。具的钢。根据模具工作条件的不同可分为根据模具工作条件的不同可分为热作模具热作模具和和冷作模具。冷作模具。曲轴模具曲轴模具（一）热作模具钢（一）热作模具钢热作模具属于受热状

14、态下对金属进行变形加工的模热作模具属于受热状态下对金属进行变形加工的模具，也称为热变形模具。具，也称为热变形模具。如如热锻模热锻模、热挤压模热挤压模及及压铸模压铸模等。等。1、热作模具的工作条件及性能要求、热作模具的工作条件及性能要求足够高的高温硬度、高温耐磨性（足够高的高温硬度、高温耐磨性（高的回火稳定性）高的回火稳定性）高的热强性和足够高的韧性。高的热强性和足够高的韧性。模腔受热，与工件间强烈摩擦作用。模腔受热，与工件间强烈摩擦作用。足够的淬透性和导热性足够的淬透性和导热性模具一般体积较大模具一般体积较大良好的耐热疲劳性良好的耐热疲劳性热作模具反复受热和冷却，易发生热作模具反复受热和冷却，

15、易发生热疲劳热疲劳而龟裂而龟裂2、热作模具的化学成分、热作模具的化学成分碳含量碳含量0.30.6%一般为中碳钢，保证一定的硬度和足够的韧性。一般为中碳钢，保证一定的硬度和足够的韧性。辅加元素：辅加元素：V、W、Mo细化晶粒，提高耐磨性、红硬性、耐热疲劳性能细化晶粒，提高耐磨性、红硬性、耐热疲劳性能及及抑制第二类回火脆性抑制第二类回火脆性增加淬透性，强化铁素体，提高强度、韧性及增加淬透性，强化铁素体，提高强度、韧性及回火稳定性回火稳定性合金元素：合金元素：主加元素：主加元素：Cr、Ni、Mn、Si汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模常用钢号：常用钢号：5CrMnMo（中小型热锻模具）、中小型热锻模具）、

16、5CrNiMo（大型热锻模具）大型热锻模具）3Cr2W8V压铸模用钢（用于制造有色金属的压铸模和热挤压压铸模用钢（用于制造有色金属的压铸模和热挤压模）模）3、热作模具的热处理、热作模具的热处理锻造后退火锻造后退火消除锻造应力；消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；降低硬度，利于切削加工；为随后的淬火作组织准备。为随后的淬火作组织准备。淬火及回火淬火及回火大型热锻模：大型热锻模：淬火高温回火淬火高温回火中、小型热锻模：中、小型热锻模：淬火中温回火淬火中温回火热锻模钢热锻模钢：5CrMnMo（中小型热锻模具）、（中小型热锻模具）、5CrNiMo（大型热锻模具）（大型热锻模具）回火回火500600820850预冷（预冷（750780)油淬油淬500回火屈氏体回火屈氏体+回火索氏体回火索氏体5CrMnMo的淬火及回火工艺的淬火及回火工艺降低淬火应力减少变形降低淬火应力减少变形防止开裂防止开裂210球化退火球化退火淬火淬火高温回火高温回火（560630）淬火淬火(10801150)+560630三次回火三次回火热处理后的组织热处理后的组织:M回回+K粒状粒状+A压铸模、热挤压模钢压铸模、热挤压模