工程材料学第4章 工具钢.ppt

1、工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢，但实际应用界限并非绝对4-1刃具用钢用途 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等铣刀 英制模板刀 煽琐聪桃亦摔娟褂咐钠磐淹器绣行贴咆吟谰譬袍缺蹈肠厄泵胁虐玫匠它堂工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 刃具切削 时 受工件的 压 力，刃部与切屑之间产 生 强 烈的摩擦；由于切削 发热 ，刃部温度可达 500 600 ；此外， 还 承受一定的冲 击 和震 动 性能要求 1）高硬度 金属切削刀具的硬度一般都在 60HRC以上 2）高耐磨性 不 仅 取决于 钢 的硬度，而且与 钢 中硬化物的性 质 、数量、大小和分布有关 3）高 热 硬性 热

2、 硬性是指 钢 在高温下保持高硬度的能力（亦称 红 硬性）。 热 硬性与 钢 的回火 稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关 4）足 够 的塑性和 韧 性 以防刃具受冲 击 震 动时 折断和崩刃。 合金元素含量、使用性能分 为 -低合金刃具 钢 （低合金工具 钢 ）、高合金刃具钢 （高速 钢 ）宙描越歹先阴肄骄焰弃寐绰测链琢吭愿蛊慰雕同瞧架碱樱菌黎淤拳痰姻匀工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 这类钢 的最高工作温度不超 过 300 ,其主要特点： 1 成分特点： (1)高碳 保 证 刃具有高的硬度和耐磨性，碳含 为 0.9-1.1% (2)加入 Cr、 Mn、 Si、 W、 V等合金元素

3、Cr、 Mn、 Si主要是提高 钢 的淬透性， Si还 能提高回火 稳 定性 ; W、 V能提高硬度和耐磨性、并防止加 热时过热 保持晶粒 细小笨鬃柳葡倾噶武比扣贱浊弹拒羡慎纂赴傀赦窥买俱朴氧郴懈屈霖凤红爹亦工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 2 加工及 热处 理特点 锻 造 、球化 处 理 、 机加工 、 淬火、低温回火 A 锻 造（ 过 共析 钢 ） -成型、改善碳化物的分布（均匀性） B 球化退火目的 -改善切削加工； 组织 准备 球化退火加 热 温度： Ac1+2030 保温， r+ cem，网状 cem，部分溶入 r中，剩余的以点、 链 状分布于 r中；同 时 r中的不均匀

4、性增大 cem），保 证 二次 cem自 发 球化 堂蒂渐吴姑铆成琼畜帕存憾碗蓄霖幸邹撞康皮沫暗眉溺故赘酪泣傣以国管工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 C 淬火 +低回 淬火温度适宜： 淬火 组织 ：高 CM+剩余 Cem+少 A 回火 组织 ：回火 马 氏体 +剩余碳化物 +少量残余 A s HB60HRC以上3 钢 种及牌号 表 典型 钢 种 为 9SiCr 加工 过 程 球化退火、机加工，然后淬火和低温回火。 热处 理后的 组织为 回火 马 氏体、碳化物和少量残余奥氏体。 汽蹬燎雷枷腰踏问害恰怯刺储澄劲姓幽裳冬碱扒主速酣渡徊径堡燕荷靳菇工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具

5、钢 高速 钢 是高合金刀具 钢 ,具有很高的 热 硬性在高速切削的刃部温度达 600时 ，硬度无明显 下降 1 成分特点： (1) 高碳 碳含量在 o 70以上最高可达 1 5左右，它一方面要保 证 能与 w、 c r、 v等形成足 够 数量的碳化物；另方面 还 要有一定数量的碳溶于奥 氏体中，以保 证马 氏体的高硬度撕沉慷划丸妆浅窝巍鉴挖忿节释音猫份谷啮锁淡临桂螺早士冉僻成祖祈获工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 (2) 加入 铬 提高淬透性 几乎所有高速 钢 的含 铬 均 为 4。 铬 的碳化物 (Cr23C6)在淬火加 热时 几乎全部溶于奥氏体中，增加 过 冷奥氏体的 稳 定大

6、大提高 钢 的淬透性， 铬还 提高 钢 的抗氧化、脱碳能力。忽谤掷嘴寂腺顿老叮篇副麦帛僵增究沿嚼蜒首晤胺柠晕靶扔翰嫂镰翼遵涨工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 (3)加入 w、 Mo保 证 高的 热 硬性 退火状 态 下 w或 Mo主要以 M6c型的碳化物形式存在。淬火加 热时 ，一部分 (Fe， w)6C等碳化物溶于奥氏体中，淬火后存在于 马 氏体中，在 560 左右回火 时 ，碳化物以 W2c或 M02c形式弥散析出，造成二次硬化。 这 种碳化物在 500一 600 温度范 围 内非常 稳 定，不易聚集 长 大，从而使 钢产 生良好的 热 硬性。淬火加 热时 ，未溶的碳化物能起阻

7、止奥氏体晶粒 长 大及提高耐磨性的作用。 W18Cr4V 、 T12、 9SiCr的硬度与温度的关系 疤巫酣瘦军九抖精候城伙厕辗愉蜀丘迂甫缚根尹坊压缘舞骗蜒床揩嗓辐淄工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 （ 4）加入 钒 提高耐磨性 v形成的碳化物 vc(或 v4c3)非常 稳定，极 难 溶解，硬度极高 (大大超 过w2c的硬度 )且 颗 粒 细 小，分布均匀，因此 对 提高 钢 的硬度和耐磨性有很大作用。 钒 也 产 生二次硬化，但因 总 含量不高， 对 提高 热 硬性的作用不大。 （ 5）加 Co提高 红 硬性 3、 5、 8%成本高， 对 Co的机理还 不完善啃米敖曾虱凭孰嗅歼挣

8、凰澳盲施吮西纵永卫柑衍免朱刨机萄砖给矛袋深雇工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 2 加工、 热处 理特点 (1)锻 造 高速 钢 属于莱氏体 钢 ， 铸态组织 中含有大量呈 鱼 骨状分布的粗大共晶碳化物 M6C,大大降低 钢 的机械性能，特 别 是 韧 性。 这 些碳化物不能用 热处 理来消除只能依靠 锻 打来 击 碎，并使其均匀分布。因此高速 钢 的 锻造具有成形和改善碳化物的两重作用，是非常重要的加工 过 程。 为 了得到小 块 均匀的碳化物，高速 钢 需 经 反复多次的墩拔。高速 钢 的塑性、 导热 性较 差， 锻 后必 须缓 冷。 如 图 枯近晕渣挛鞭拙类魔襄路挣满逸狗眩傀季

9、略隧辨残敝织松抡毖爱淌涅然痛工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 （ 2） 球化退火： 目的 高速 钢锻 后 进 行退火，以便于机加工，并 为 淬火做好 组织 准 备 。退火后的 组织为 索氏体基体和在其中均匀分布的 细 小粒状碳化物。 退火 T Ac1+20-30 退火 组织 基体上分布粒状 Cem （ 3） 预热 ： 高速 钢 的 导热 性很差，淬火温度又高，所以淬火加 热时 ，必 须进 行一次 预热（ 800 850 ）或两冷 预热 （ 500 600 、 800 850 ）。散糊矮耕奎隋度氧走枕虾最装扦辩风嘴遥键地瓜乏谢纸勤征进撩捌嘴陌哲工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工

10、具钢 （ 4）淬火：高速 钢 中含有大量 W、 Mo、 Cr、 V的 难 熔碳化物，它 们 只有在1200 以上才能大量地溶于奥氏体中，以保 证钢 淬火、回火后 获 得很高的 热 硬性，因此其淬火加 热 温度非常高，一般为 1220 1280 。 淬火加 热 温度与硬度的关系 组织 :淬火 马 氏体、剩余合金碳化物、大量残余奥体晰涂祁牵坡羌厨便富寥泻捆老蚌谆拨圃惑泡舞镑君江花郊啥绦研培驭嗅焙工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 （ 5）回火：高速 钢 通常在二次硬化峰 值 温度或稍高一些的温度（ 550 570 ）回火三次。在此温度范 围 内回火 时 ， W、 Mo及 V的碳化物从 马

11、 氏体中析出，弥散分布，使 钢 的硬度明显 上升；同 时 残余奥氏体 转变为马 氏体，也使硬度提高，由此造成二次硬化 现 象，保 证 了钢 的硬度和 热 硬性 (图 )。 进 行多次回火，是 为 了逐步减少残余奥氏体量。 W18Cr4V钢 淬火后 约 有 30%残余奥氏体， 经 一次回火后 约 剩 15% 18%，二次回火降到 3% 5%，第三次回火后 仅 剩 1% 2%。回火后的 组织为 回火 马 氏体、 细 粒状碳化物及少量残余奥氏体 如 图 。 W18Cr4V工 艺 曲 线 灰淘杀墩裴矿陨袒各柒曙溅屉襟外樟莹祟梨帘胆踏代仟舟氧戳仁愤旭鸦酗工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 3

12、钢 种及牌号 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2钢 。 W18Cr4V钢的 热 硬性 较 好 , 热处 理 时 的脱碳和 过热倾 向较 小。而 W6Mo5Cr4V2钢 的耐磨性、 热 塑性和 韧 性 较 好。 见 表挺梆王彝门浦到臻阜袁薛敢赂社宰金候鸡真睛兔梨夕剪庭守锯纵淹课含契工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢4-2冷作模具用 钢 一 用途 模具 钢 一般分 为 冷模具 钢热 模具 钢 两大。冷模具 钢 一般用于制造各种冷冲模、冷墩模、冷 挤压 模和拉 丝 模等模、冷 挤压 模和拉 丝模等、工作温度不超 过 200-300 。变己绑刑域就晌推真膀甄弥役刮倔宪行帅韦羽共滔佳甭听乓

13、炽旨规滥柿逮工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢二 性能要求 冷模具工作时承受很大压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要损坏形式是磨损，也常出现崩刀、断裂和变形等失效现象。因此冷模具钢应具有以下基本性能：(1)高硬度，一般为 HRC58-60(2)高耐磨性(3)足够的韧性与疲劳抗力(4)热处理变形小虫虱厢述驯社炳孤球蚊焦弄徘癣尚敷插雷仰扦杰锁捕悍氓嘘擎深钢让衍豪工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 三 成分持点： (1) 高碳 多在 0.1以上有 时 达 2%以保证获 得高硬度和高耐磨性 (2) 加入 Cr、 Mo、 W、 V等合金元素 形成 难 溶碳化物，提高耐磨性，尤 其是加

14、Cr，典型的 Crl2型 钢 ， 铬 含量高达 12。 铬 与碳形成 M7C3型碳化物、能极大地提高 钢 的耐磨性。 铬还显 著提高淬透性。昼式七泥讳变瀑苯顿呢倘焕迟竞即封玖志弃曙怒抿跳冠偶父瘁烧铝裹环京工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 四 热处 理特点 冷模具 钢 的 热处 理特点与低合金刃具 钢类 似。高碳高 铬 冷模具 钢 的 热处 理方案有两种： (1) 一次硬化法： 在 较 低温度 (959-1000）淬火，然后低温(150-180 )回火，硬度可达 HRC61-64，使钢 具有 较 好的耐磨性和 韧 性适用于重 载 模具帕径射未蔗敝丈僧剧廷佐青唐掖题偶纹铰牵诸拧忌骚龋台

15、仍穆池吾姆以梅工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 (2) 二次硬化法： 在 较 高温度 (1100-1150)淬火然后于 510-520多次（一般 为 三次回火，产 生二次硬化，使硬度达 HRC60-62，红 硬性和耐磨性 较 高 (但 韧 性 较 差 )适用于在 400-450温度下工作的模具。 Cr12钢热处 理后 组织为 回火 马 氏体、碳化物和残余奥氏体剁杏澈瓶硝漫券陛项密昌锨兼酋腻筑抹惑酣帐募乌萤众审陇瘪栋峙孤肃笑工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 五 钢 种及牌号性能 冷作模具并未完全是自己的系列 钢 常有的钢 种 见 表 9Mn2V、 9SiCr、 CrWMn

16、 要求不高的冷模具用低合金刃具 钢 制造。 Cr12大型冷模具用 钢 ， 热处 理 变 形很小，制造重 载 和形状复 杂 的模具。 冷 挤压 模工作 时 受力很大，条件苛刻， 选用基体 钢 （成分与高速 钢 基体相同）或 马 氏体 时 效 钢 制造。胀糜爷裤应搓副诺吸很瑚者垣泽炎勿落是仁臀苗叠团侦尧卿莱希念辱剐医工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 一用途 热 模具 钢 用于制造各种 热锻 模、 热压 模、 热挤压 模和 压铸 模等，工作时 型腔表面温度可达 600 以上。 二性能要求 热 模具 钢 工作中承受很大的冲 击载荷， 强 烈的 塑性摩擦、 剧 烈的冷 热循 环 所引起的不均

17、匀 热应变 和 热应力，以及高温氧化常出 现 崩裂、塌陷、磨 损 、 龟 裂等失效 现 象。蓟夹墨壤归笛晰找东邦驻篮蛰与旋过羽怂成荤栏幂埠褐营乾盲脊窑邱鬼母工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 要求： (1)高的 热 硬性和高耐磨性 (2)高的抗氧化能力； (3)高的 热 强 性和足 够 高的 韧 性，尤其是受冲 击较 大 (4)高的 热 疲 劳 抗力，以防止 龟 裂破杯。 此外，由于 热 模具一般 较 大 还 要求有高的淬透性和 导热 性暖渗和伶泄犁脐皋靠愉揩灭派去沂馁头傣煽既蜀级烧台绪脉噪胰赎匡移幽工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 三 成分持点：(1)中碳 碳含量一般

18、为 o 3o 6%；以保 证 高强 度、高 韧 性、 较 高的硬度 (HRC35-52)和 较高的 热 疲 劳 抗力(2)加入 较 多的提高淬透性的元素 Cr Ni Mn Si等 Cr是提高淬透性的主要元素和 Ni一起提高 钢的回火 稳 定性。 Ni在 强 化 铁 索体的同 时还 增加 钢 的 韧 性。并与 cr、 Mo一起提高 钢 的淬透性和耐 热 疲老性能 （ 3）加入 产 生二次硬化的 Mo、 W、 V等元素 Mo还 能防止第二 类 回火脆性提成高温 强度和回火 稳 定性挽熬示皑巴灿泄更桃锅鬃所库跪酝聘著妙破老阅铀涂扰迫盗耳凯揣拯帛队工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 四 热处

19、 理特点热 作模具 钢 中 热锻 模 钢 的 热处 理和 调质钢 相似，淬火后高温（ 550 左右）回火，以 获 得回火索氏体或回火屈氏体 组织 ； 热压 模 钢 淬火后在略高于二次硬化峰 值 的温度（ 600 左右）下回火， 组织为 回火 马 氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体，与高速 钢类似。 为 了保 证热 硬性，要 进 行多次回火。 五 钢 种及牌号性能 见 表 5CrMnMo、 5CrNiMo及5CrMnSiMoV 对韧 性要求高而 热硬性要求不太高的 热锻 模。 3Cr2W8V、 4Cr5MoVSi 热 强 性更好的大型 锻压 模或 压铸 模 皂乞掀谰存摆谭甫绸枷酱尝屏涛率凌嘎坯午劝

20、绊股臻吏殷拥艳蜂逃忌锁燕工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 用途： 量具用 钢 用于制造各种量 测 工具，如卡尺、千分尺、 块规、塞 规 等千分尺 游标卡尺 螺纹规 脊棵碳豢巩靡洲酬枕韶诺灾俄范敛篓种滇骏氛侵肘哆艇乱皿还旦筋隔厂应工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 量具在使用 过 程中要求 测 量精度高，不能因磨 损 或尺寸不 稳 定影响 测 量精度 一 .性能要求 1 高硬度和高耐磨（大于56HRC） 2 高尺寸 稳 定性， 热处 理 变 形要小，在存放和 使用 过 程中，尺寸不 发 生 变 化 3 低的表面粗糙度 4 耐 蚀 性巳魄牌吏扫坐沟牢箔析俗箱沥秸鸭乱琐版戳纽第

21、沟寒循冷宣积惊娠治拆崩工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 二 .成分特点 同低合金刃具 钢 ，高碳和加入淬透性的元素 三 .量具用 钢 尺寸小，形状 简单 ，精度 较 低的 选 用碳素工具 钢 T10A、 T11A、 T12A 复 杂 的精密量具 低合金刃具 钢 9SiCr 精度要求高的量具 GCr15 CrWMn 低合金刃具 钢 CrWMn钢 淬透性 较 高，淬火 变 形小，主要用于制造高精度且形状复 杂 的量 规 和 块规GCr15钢 耐磨性、尺寸 稳 定性 较 好，多用于制造高精度 块规 、螺旋塞 头 、千分尺9Cr18、 4Cr13 在腐 蚀 介 质 中使用的量具见 表韧祭愤

22、垮倾熄街录反惮孟贯坯春茎坠砌请研甄建咀讣围苦获眺椰冠虾篇驹工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 四 热处 理特点 1） 在保 证 硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残余奥氏体 2） 淬火后立即 进 行 70-80 的冷 处 理，使残余奥氏体尽可能的 转变为马 氏体，然后 进 行低温回火滔娜粥玲浩掀递霉钉逾萎寝餐欧踢贩晚毅侠炽官墙堤字狄从皋献择鞠荡仲工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢 3） 精度要求高的量具，在淬火，冷 处 理和低温回火后，尚需 进 行 120-130 ，几小 时 至几十小 时 的 时 效 处理，使 马 氏体正方度降低，残余的奥氏体 稳 定和消除残余 应 力

23、。 为 了去除磨加工中 产 生的 应 力，有 时还 要再磨加工后 进 行 120-130 ，保温 8h的 时效 处 理，甚至 进 行多次。为 了保 证 量具的精度，必 须 正确 选 材和采用正确的 热处 理工 艺 。 例如高精度 块规 ，是作 为 校正其它量具的 长 度 标 准，要求有极好的尺寸稳 定性。因此常采用 GCr15(或CrWMn)钢 制造。其 热处 理工 艺较 复杂 。 经过处 理的 块规 ，一年内每 10 mm长 度的尺寸 变 量不超 过 0.1m0.2m GCr15钢块规热处 理工 艺 曲 线 作 业赣示祥妙詹掳坪馁鸣闯戚抱被削字牵牲池相新被牵奋拜介氨抽敝呢幌子芽工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢1 为 什么高速工具 钢 （ W18Cr4V)淬火温度 为 1280 ，并要 经过 560 三次回火？ 560 是否是 调质 ？ 为 什么？2 说 明下列牌号属于那种 钢 ，并 说 明数字和符号的含 义 。 W18Cr4V 9SiCr Cr12 5CrMnMo CrWMn 3Cr2W8V 3Cr2Mo3 块规 一般采用何种材料，其 热处 理工 艺 特点什么？返回撬咆拂许电痘薄悠寒谴瞧则招吵靠疚梁伶慈氯殖擦辱男挑葛踪统霓梳奄领工程材料学第4章工具钢工程材料学第4章工具钢