材料及熱處理(項(xiàng)目十)

1、項(xiàng)目十項(xiàng)目十 工具用鋼工具用鋼10.1 工具用碳鋼工具用碳鋼10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼10.1 工具用碳鋼工具用碳鋼用于制造刃具、量具和模具等工具的鋼，稱為工具用鋼。工具用于制造刃具、量具和模具等工具的鋼，稱為工具用鋼。工具用鋼包括工具用碳鋼和工具用合金鋼。用鋼包括工具用碳鋼和工具用合金鋼。下一頁返回10.1 工具用碳鋼工具用碳鋼10.1.1工具用碳鋼的成分和牌號(hào)工具用碳鋼的成分和牌號(hào) 工具用碳鋼的含碳量為工具用碳鋼的含碳量為wc= 0. 65%1. 35 %，有益元，有益元素素wSi 0. 35% , wMn0. 4%，有害元素，有害元素wS 0.03%， wP 0.035%。 工具

2、用碳鋼的牌號(hào)是用工具用碳鋼的牌號(hào)是用“T+數(shù)字?jǐn)?shù)字+字母字母”字表示。字表示。T”是是碳素工具鋼碳素工具鋼“碳碳”字漢語拼音的首寫字母，數(shù)字表示鋼中平均字漢語拼音的首寫字母，數(shù)字表示鋼中平均碳含量的千倍。碳含量的千倍。 T8 , T10分別表示鋼中平均碳含量為分別表示鋼中平均碳含量為wc= 0. 80%和和wc = 1. 0%的工具用碳鋼，若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼，則在牌的工具用碳鋼，若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼，則在牌號(hào)最后附以號(hào)最后附以“A”字。如字。如T12A，表示平均含碳量等于，表示平均含碳量等于1. 2%的優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼。的優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼。上一頁 下一頁返回10.1 工具用碳鋼工具用碳鋼10

3、.1.2工具用碳鋼的熱處理及用途工具用碳鋼的熱處理及用途 工具用碳鋼經(jīng)熱處理工具用碳鋼經(jīng)熱處理(淬火淬火+低溫回火低溫回火)后具有高硬度，但是后具有高硬度，但是工具用碳鋼的淬透性低，須用水作淬火介質(zhì)工具用碳鋼的淬透性低，須用水作淬火介質(zhì)(水中的臨界淬透水中的臨界淬透直徑為直徑為1518 min，而油淬的臨界淬透直徑為，而油淬的臨界淬透直徑為5-7 mm，容易產(chǎn)生淬火變形，特別是形狀復(fù)雜的工具，應(yīng)該特別注意容易產(chǎn)生淬火變形，特別是形狀復(fù)雜的工具，應(yīng)該特別注意;其次是隨著含碳量越多，碳化物的量越多，回火穩(wěn)定性小，熱其次是隨著含碳量越多，碳化物的量越多，回火穩(wěn)定性小，熱硬性差，刃部受熱至硬性差，刃部

4、受熱至200250時(shí)，其硬度和耐磨性已迅時(shí)，其硬度和耐磨性已迅速下降。因此只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。速下降。因此只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。上一頁 下一頁返回10.1 工具用碳鋼工具用碳鋼T7T9鋼用于制造要求較高韌性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如鋼用于制造要求較高韌性、承受沖擊負(fù)荷的工具，如木工工具木工工具:沖子、鑿子、錘子等。沖子、鑿子、錘子等。T10T11鋼用于制造要求鋼用于制造要求中韌性的且低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。中韌性的且低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12T13鋼具有高硬度、高耐磨性的特點(diǎn)，但韌性低，用于鋼具有高硬度、高耐磨性的特點(diǎn)，但韌性低，用于

5、制造不受沖擊的耐磨工具，如銼刀、鋸條等。常用的工具用碳制造不受沖擊的耐磨工具，如銼刀、鋸條等。常用的工具用碳鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及力學(xué)性能見表鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及力學(xué)性能見表10-1。上一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼工具用合金鋼是在工具用碳鋼的基礎(chǔ)上添加合金元素形成的鋼，工具用合金鋼是在工具用碳鋼的基礎(chǔ)上添加合金元素形成的鋼，標(biāo)注方法和合金結(jié)構(gòu)鋼相似。其牌號(hào)用標(biāo)注方法和合金結(jié)構(gòu)鋼相似。其牌號(hào)用“一位數(shù)字一位數(shù)字(或無數(shù)或無數(shù)字字)+字母字母+數(shù)字?jǐn)?shù)字+其他其他”來表示。當(dāng)鋼中的來表示。當(dāng)鋼中的wc 1%時(shí)，牌號(hào)前面不標(biāo)出含碳量。后面的字母和數(shù)字則表示合金中時(shí)，牌號(hào)前面

6、不標(biāo)出含碳量。后面的字母和數(shù)字則表示合金中的合金元素的化學(xué)符號(hào)及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如的合金元素的化學(xué)符號(hào)及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如9SiCr表示表示 wc =0. 9%、 wSi1.5%、 wCr 1. 5%的合金工具鋼，的合金工具鋼，Cr12表示平均含碳量表示平均含碳量wc 1%，平均含鉻量，平均含鉻量 wCr =12%合合金工具鋼。金工具鋼。 高速鋼，如高速鋼，如W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2等，它們的碳質(zhì)等，它們的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)量分?jǐn)?shù)wc 1%，但不表明其數(shù)字，但不表明其數(shù)字;合金元素和合金工具鋼的合金元素和合金工具鋼的標(biāo)注一樣，如標(biāo)注一樣，如W 18Cr4V鋼中的成分為鋼中的成分為wc

7、 =0.70.8 %，下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼wCr =4%， wW =18%， wV 1. 5%。 此外，合金工具鋼屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，故牌號(hào)后不再標(biāo)出此外，合金工具鋼屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，故牌號(hào)后不再標(biāo)出”A”字。合金工具鋼按用途可分為量具鋼、刃具鋼、模具鋼和高速字。合金工具鋼按用途可分為量具鋼、刃具鋼、模具鋼和高速工具鋼。工具鋼。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼10.2.1量具用鋼量具用鋼1.量具用鋼的性能特點(diǎn)量具用鋼的性能特點(diǎn)量具是用來度量工件尺寸的工具，如卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)及千分量具是用來度量工件尺寸的工具，如卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)及千分尺等。由于量具在使用過程

8、中經(jīng)常受到工件的摩擦與碰撞，而尺等。由于量具在使用過程中經(jīng)常受到工件的摩擦與碰撞，而量具本身又必須具備非常高的尺寸精確性和恒定性量具本身又必須具備非常高的尺寸精確性和恒定性;因此要求因此要求具有以下性能具有以下性能:(1)高硬度高硬度(60HRC)和高耐磨性。以此保證在長期使用中和高耐磨性。以此保證在長期使用中不致被很快磨損，而失去其精度不致被很快磨損，而失去其精度;還應(yīng)具有較高的熱硬性。還應(yīng)具有較高的熱硬性。(2)高的尺寸穩(wěn)定性。以保證量具在使用和存放過程中保持其高的尺寸穩(wěn)定性。以保證量具在使用和存放過程中保持其形狀和尺寸的恒定。形狀和尺寸的恒定。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具

9、用合金鋼(3)足夠的韌性。以保證量具在使用時(shí)不致因偶然因素碰撞而足夠的韌性。以保證量具在使用時(shí)不致因偶然因素碰撞而損壞。損壞。(4)在特殊環(huán)境下具有抗腐蝕性。在特殊環(huán)境下具有抗腐蝕性。2.量具鋼的化學(xué)成分量具鋼的化學(xué)成分這類鋼屬于高碳低合金的過共析鋼，平均碳含量這類鋼屬于高碳低合金的過共析鋼，平均碳含量wc=0.8%1%，較高的含碳量是保證高硬度和高耐磨性的，較高的含碳量是保證高硬度和高耐磨性的必要條件。含有必要條件。含有Cr, Mn, Si, W, V等合金元素，其總含量小等合金元素，其總含量小于于5%，其作用是提高鋼的淬透性和耐回火性，細(xì)化晶粒的作，其作用是提高鋼的淬透性和耐回火性，細(xì)化晶

10、粒的作用。用。3.常用量具用鋼常用量具用鋼 根據(jù)量具的種類及精度要求，量具可選用不同的鋼種根據(jù)量具的種類及精度要求，量具可選用不同的鋼種:上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼 (1)形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的量具，可選用碳素工具鋼，如形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的量具，可選用碳素工具鋼，如T10A,T11A, T12A。由于碳素工具鋼的淬透性低，尺寸大的。由于碳素工具鋼的淬透性低，尺寸大的量具采用水淬會(huì)引起較大的變形。因此，這類鋼只能制造尺寸小、量具采用水淬會(huì)引起較大的變形。因此，這類鋼只能制造尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度要求較低的卡尺、樣板、量規(guī)等量具。形狀簡(jiǎn)單、精度要求較低的卡尺、樣板、

11、量規(guī)等量具。 (2)精度要求較高的量具精度要求較高的量具(如塊規(guī)、塞規(guī)等如塊規(guī)、塞規(guī)等)通常選用高碳低通常選用高碳低合金工具鋼，如合金工具鋼，如Cr2, CrMn, CrWMn及軸承鋼及軸承鋼GCr15等。由等。由于這類鋼是在高碳鋼中加入于這類鋼是在高碳鋼中加入Cr,Mn , W等合金元素，故可以提等合金元素，故可以提高淬透性、減少淬火變形、提高鋼的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。高淬透性、減少淬火變形、提高鋼的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。 (3)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、精度不高、使用中易受沖擊的量具，如簡(jiǎn)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、精度不高、使用中易受沖擊的量具，如簡(jiǎn)單平樣板、卡規(guī)、直尺及大型量具，可采用滲碳鋼單平樣板、卡規(guī)、直尺及大

12、型量具，可采用滲碳鋼15, 20, 15Cr, 20Cr等。但量具須經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后使用。等。但量具須經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后使用。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼 經(jīng)熱處理后，表面具有高硬度、高耐磨性、心部保持足夠的韌經(jīng)熱處理后，表面具有高硬度、高耐磨性、心部保持足夠的韌性。也可采用中碳鋼性。也可采用中碳鋼50 , 55 , 60 , 65制造量具，但須經(jīng)調(diào)制造量具，但須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，高頻淬火回火后使用，亦可保證量具的精度。質(zhì)處理，高頻淬火回火后使用，亦可保證量具的精度。(4)在腐蝕條件下工作的量具可選用不銹鋼在腐蝕條件下工作的量具可選用不銹鋼4Cr13 , 9Cr

13、18制造。經(jīng)淬火、回火處理后可使其硬度達(dá)制造。經(jīng)淬火、回火處理后可使其硬度達(dá)56 58HRC，同，同時(shí)可保證量具具有良好的耐腐蝕性和足夠的耐磨性。若量具要時(shí)可保證量具具有良好的耐腐蝕性和足夠的耐磨性。若量具要求特別高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，可選滲氮鋼求特別高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，可選滲氮鋼38CrMoAI或或冷作模具鋼冷作模具鋼Cr12MoV 。4.量具鋼的熱處理量具鋼的熱處理 量具鋼熱處理的主要特點(diǎn)是在保持高硬度與高耐磨性的前量具鋼熱處理的主要特點(diǎn)是在保持高硬度與高耐磨性的前提下，盡量采取各種措施使量具在長期使用中保持尺寸的穩(wěn)定。提下，盡量采取各種措施使量具在長期使用中保持尺寸的穩(wěn)定。上一頁

14、下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼 量具在使用過程中隨時(shí)間延長而發(fā)生尺寸變化的現(xiàn)象稱為量具量具在使用過程中隨時(shí)間延長而發(fā)生尺寸變化的現(xiàn)象稱為量具的時(shí)效效應(yīng)。這是因?yàn)榈臅r(shí)效效應(yīng)。這是因?yàn)?用于制造量具的過共析鋼淬火后含用于制造量具的過共析鋼淬火后含有一定數(shù)量的殘余奧氏體，殘余奧氏體變?yōu)轳R氏體引起體積膨有一定數(shù)量的殘余奧氏體，殘余奧氏體變?yōu)轳R氏體引起體積膨脹脹;馬氏體在使用中繼續(xù)分解，晶格重組引起體積收縮馬氏體在使用中繼續(xù)分解，晶格重組引起體積收縮;殘殘余內(nèi)應(yīng)力的存在和重新分布，使彈性變形部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冇鄡?nèi)應(yīng)力的存在和重新分布，使彈性變形部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃我鸪叽缱兓Ｒ虼嗽诹烤叩?/p>

15、熱處理中，應(yīng)針對(duì)上述原因采形引起尺寸變化。因此在量具的熱處理中，應(yīng)針對(duì)上述原因采用如下熱處理措施用如下熱處理措施: (1)調(diào)質(zhì)處理。其目的是獲得回火索氏體組織，以減少淬火調(diào)質(zhì)處理。其目的是獲得回火索氏體組織，以減少淬火變形和提高機(jī)械加工的光潔度。變形和提高機(jī)械加工的光潔度。 (2)淬火和低溫回火。量具鋼為過共析鋼，通常采用不完全淬火和低溫回火。量具鋼為過共析鋼，通常采用不完全淬火加低溫回火處理，在保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫淬火加低溫回火處理，在保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度并進(jìn)行預(yù)熱，以減少加熱和冷卻過程中的溫差及淬火應(yīng)力。度并進(jìn)行預(yù)熱，以減少加熱和冷卻過程中的溫差及淬火應(yīng)力。上一頁

16、 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼量具的淬火方式為油冷量具的淬火方式為油冷(2030)，不宜采用分級(jí)淬火和，不宜采用分級(jí)淬火和等溫淬火，只有在特殊情況下才予以考慮。一般采用低溫回火，等溫淬火，只有在特殊情況下才予以考慮。一般采用低溫回火，回火溫度為回火溫度為150160 :，回火時(shí)間不應(yīng)小于，回火時(shí)間不應(yīng)小于45 h。 (3)冷處理。高精度量具在淬火后必須進(jìn)行冷處理，以減少殘冷處理。高精度量具在淬火后必須進(jìn)行冷處理，以減少殘余奧氏體量，從而增加尺寸穩(wěn)定性。冷處理就是在淬火冷卻到余奧氏體量，從而增加尺寸穩(wěn)定性。冷處理就是在淬火冷卻到室溫后，冷卻室溫后，冷卻-80 -70并保溫并保溫3

17、h，使淬火后留下來的，使淬火后留下來的殘余奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變，以達(dá)到減少或消除殘余奧氏體殘余奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變，以達(dá)到減少或消除殘余奧氏體的目的。的目的。 (4)時(shí)效處理。為了進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性，淬火、回火后，時(shí)效處理。為了進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性，淬火、回火后，再在再在120 150進(jìn)行進(jìn)行2436 h的時(shí)效處理，這樣可消除的時(shí)效處理，這樣可消除殘余內(nèi)應(yīng)力，大大增加尺寸穩(wěn)定性而不降低其硬度。殘余內(nèi)應(yīng)力，大大增加尺寸穩(wěn)定性而不降低其硬度。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼總之，量具鋼的熱處理除了要進(jìn)行一段過共析鋼的正常熱處理總之，量具鋼的熱處理除了要進(jìn)行一段過共析鋼的正

18、常熱處理(不完全淬火不完全淬火+低溫回火低溫回火)之外，還需要有三個(gè)附加的熱處理工之外，還需要有三個(gè)附加的熱處理工序，即淬火之前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、正常淬火處理之間的冷處理、序，即淬火之前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、正常淬火處理之間的冷處理、正常熱處理之后的時(shí)效處理。常用量具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、正常熱處理之后的時(shí)效處理。常用量具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、主要特性及用途如表主要特性及用途如表10-2所示。所示。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼10.2.2刃具用鋼刃具用鋼 合金刃具鋼是在碳素刃具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素而合金刃具鋼是在碳素刃具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素而發(fā)展起來的。其目的是克服碳素刃具

19、鋼的淬透性低、紅硬性差、發(fā)展起來的。其目的是克服碳素刃具鋼的淬透性低、紅硬性差、耐磨性不足的缺點(diǎn)。耐磨性不足的缺點(diǎn)。1.刃具用鋼的性能特點(diǎn)刃具用鋼的性能特點(diǎn) 高硬度高硬度(60HRC )，主要取決于含碳量，主要取決于含碳量;高耐磨性，靠高高耐磨性，靠高硬度和析出細(xì)小均勻的碳化物來達(dá)到硬度和析出細(xì)小均勻的碳化物來達(dá)到;高熱硬性，即高溫下保高熱硬性，即高溫下保持高硬度的能力持高硬度的能力;足夠的韌性，以防止脆斷和崩刃。足夠的韌性，以防止脆斷和崩刃。2.刃具用鋼的化學(xué)成分刃具用鋼的化學(xué)成分上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼合金刃具鋼的含碳量為合金刃具鋼的含碳量為wc = 0. 75

20、%1. 5%，合金元素總，合金元素總量則在量則在5%以下，所以又稱低合金刃具鋼。加入的合金元素為以下，所以又稱低合金刃具鋼。加入的合金元素為Cr, Mn, Si, W和和V等。其中等。其中Cr,Mn , Si主要是提高鋼的主要是提高鋼的淬透性，同時(shí)強(qiáng)化馬氏體基體，提高回火穩(wěn)定性淬透性，同時(shí)強(qiáng)化馬氏體基體，提高回火穩(wěn)定性;W和和V在鋼中在鋼中形成形成WC和和VC碳化物，加熱時(shí)能阻止奧氏體晶粒長大，因此碳化物，加熱時(shí)能阻止奧氏體晶粒長大，因此可以細(xì)化晶?？梢约?xì)化晶粒;Cr, Mn等可溶入滲碳體而形成合金滲碳體，等可溶入滲碳體而形成合金滲碳體，有利于鋼耐磨性的提高。另外，有利于鋼耐磨性的提高。另外，

21、Si使鋼在加熱時(shí)易脫碳和石墨使鋼在加熱時(shí)易脫碳和石墨化，使用中應(yīng)注意。如果化，使用中應(yīng)注意。如果Si , C:同時(shí)入鋼中，則能降低鋼的同時(shí)入鋼中，則能降低鋼的脫碳和石墨化傾向。脫碳和石墨化傾向。3.常用刃具鋼常用刃具鋼CrW Mn鋼是最常用的合金刃具鋼。經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)鋼是最常用的合金刃具鋼。經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)6466HRC且有較高的耐磨性。且有較高的耐磨性。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼 CrW Mn鋼淬火后，有較多的殘余奧氏體，使其淬火變形小，鋼淬火后，有較多的殘余奧氏體，使其淬火變形小，故有低變形鋼之稱。生產(chǎn)中常用調(diào)整淬火溫度和冷卻介質(zhì)配合，故有低變形鋼之稱。生產(chǎn)

22、中常用調(diào)整淬火溫度和冷卻介質(zhì)配合，使形狀復(fù)雜的薄壁工具達(dá)到激變形或不變形。這種鋼適于做截使形狀復(fù)雜的薄壁工具達(dá)到激變形或不變形。這種鋼適于做截面尺寸較大、要求耐磨性高、淬火變形小，但工作溫度不高的面尺寸較大、要求耐磨性高、淬火變形小，但工作溫度不高的拉刀、長絲錐等。也可作量具、冷變形模具和高壓油泵的精密拉刀、長絲錐等。也可作量具、冷變形模具和高壓油泵的精密部件部件(柱塞柱塞)等。等。 針對(duì)提高耐磨性的要求，發(fā)展了針對(duì)提高耐磨性的要求，發(fā)展了Cr06 , W , W2及及CrW5等鋼。其中等鋼。其中CrW 5又稱鉆石鋼，在水中冷卻時(shí)，其硬又稱鉆石鋼，在水中冷卻時(shí)，其硬度可達(dá)度可達(dá)6768HRC。

23、主要用于制作截面尺寸不大。主要用于制作截面尺寸不大(515mm)、形狀簡(jiǎn)單又要求高硬度、高耐磨性的工具，如、形狀簡(jiǎn)單又要求高硬度、高耐磨性的工具，如雕刻工具及切削硬材料的刃具。雕刻工具及切削硬材料的刃具。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼4.刃具鋼的熱處理刃具鋼的熱處理合金刃具鋼的熱處理與碳素刃具鋼基本相同，也包括加工前的合金刃具鋼的熱處理與碳素刃具鋼基本相同，也包括加工前的球化退火和成形后的淬火與低溫回火?；鼗饻囟纫话銥榍蚧嘶鸷统尚魏蟮拇慊鹋c低溫回火?；鼗饻囟纫话銥?60200 。合金刃具鋼為過共析鋼，一般采用不完全淬。合金刃具鋼為過共析鋼，一般采用不完全淬火。淬火加熱溫

24、度要根據(jù)工件形狀、尺寸及性能要求等選定并火。淬火加熱溫度要根據(jù)工件形狀、尺寸及性能要求等選定并嚴(yán)格控制，以保證工件質(zhì)量。另外，合金刃具鋼導(dǎo)熱性較差，嚴(yán)格控制，以保證工件質(zhì)量。另外，合金刃具鋼導(dǎo)熱性較差，對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸大的工件，在淬火加熱前往往先在對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸大的工件，在淬火加熱前往往先在600650左右進(jìn)行預(yù)熱，然后再淬火，一般采用油淬、左右進(jìn)行預(yù)熱，然后再淬火，一般采用油淬、分級(jí)淬火或等溫淬火。少數(shù)淬透性較低的鋼分級(jí)淬火或等溫淬火。少數(shù)淬透性較低的鋼(如如C r06 , CrW5等鋼等鋼)采用水淬。最常用的合金刃具鋼的成分、熱處理工藝、性采用水淬。最常用的合金刃具鋼的成分、

25、熱處理工藝、性能和用途如表能和用途如表10-3所示。所示。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼綜上所述，合金刃具鋼解決了淬透性低、耐磨性不足等缺點(diǎn)。綜上所述，合金刃具鋼解決了淬透性低、耐磨性不足等缺點(diǎn)。但由于合金刃具鋼所加合金元素?cái)?shù)量不多，仍屬于低合金范圍，但由于合金刃具鋼所加合金元素?cái)?shù)量不多，仍屬于低合金范圍，故其熱硬性雖比碳素刃具鋼高，但仍滿足不了生產(chǎn)要求。如回故其熱硬性雖比碳素刃具鋼高，但仍滿足不了生產(chǎn)要求。如回火溫度達(dá)到火溫度達(dá)到250時(shí)硬度值已降到時(shí)硬度值已降到60 HRC以下。因此要想大以下。因此要想大幅度提高鋼的熱硬性，靠合金刃具鋼難以解決，所以發(fā)展了高幅度提高鋼

26、的熱硬性，靠合金刃具鋼難以解決，所以發(fā)展了高速鋼。速鋼。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼10.2.3模具用鋼模具用鋼 用于制造沖壓模、鍛模、擠壓模、壓鑄模等的鋼稱為模具鋼。用于制造沖壓模、鍛模、擠壓模、壓鑄模等的鋼稱為模具鋼。根據(jù)模具的工作條件不同可以分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。根據(jù)模具的工作條件不同可以分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。1.冷作模具鋼冷作模具鋼(1)冷作模具鋼的性能特點(diǎn)。冷作模具包括拉延模、拔絲?；蚶渥髂＞咪摰男阅芴攸c(diǎn)。冷作模具包括拉延模、拔絲?；驂簭澞?、沖裁模、冷墩模和冷擠壓模等，均屬于在室溫冷下對(duì)壓彎模、沖裁模、冷墩模和冷擠壓模等，均屬于在室溫冷下對(duì)金屬進(jìn)行

27、變形加工的模具，也稱為冷變形模具。這些冷作模具金屬進(jìn)行變形加工的模具，也稱為冷變形模具。這些冷作模具在工作時(shí)承受很大的壓力，彎曲力，沖擊和摩擦，模具表面溫在工作時(shí)承受很大的壓力，彎曲力，沖擊和摩擦，模具表面溫度一般不超過度一般不超過300 。由其工作條件可知，冷作模具鋼的性。由其工作條件可知，冷作模具鋼的性能特點(diǎn)是高硬度、高耐磨性、足夠高的韌性與疲勞抗力和高淬能特點(diǎn)是高硬度、高耐磨性、足夠高的韌性與疲勞抗力和高淬透性。透性。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼(2)冷作模具鋼的化學(xué)成分及其作用。這類鋼屬于高碳鋼，平冷作模具鋼的化學(xué)成分及其作用。這類鋼屬于高碳鋼，平均碳含量均碳含

28、量 wc =1. 4%2. 3 %， wCr =11.00% 12.50%、 wMo=0. 40%0. 60 %、 wV =0. 15% 0. 30%。合金元素的作用。合金元素的作用:碳的作用是既要保證與鉻、鑰、碳的作用是既要保證與鉻、鑰、釩等形成足夠數(shù)量的碳化物釩等形成足夠數(shù)量的碳化物;又要保證馬氏體中存在一定的碳又要保證馬氏體中存在一定的碳過飽和度，以獲得高硬度、高耐磨性以及較高的熱硬性過飽和度，以獲得高硬度、高耐磨性以及較高的熱硬性;鉻的鉻的作用是鋼中的主要合金元素，與碳所形成的作用是鋼中的主要合金元素，與碳所形成的Cr7C3或或(Cr, Fe)7C3具有極高的硬度具有極高的硬度(約為約

29、為1820 HV)，極大地增加了鋼，極大地增加了鋼的耐磨性。鑰和釩的作用除能改善的耐磨性。鑰和釩的作用除能改善Cr12MoV鋼的淬透性和回鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性外，還可細(xì)化晶粒、改善碳化物的不均勻性，提高鋼火穩(wěn)定性外，還可細(xì)化晶粒、改善碳化物的不均勻性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。的強(qiáng)度和韌性。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼(3)冷作模具鋼的熱處理。冷作模具鋼的熱處理和量具刃具鋼冷作模具鋼的熱處理。冷作模具鋼的熱處理和量具刃具鋼相似。模具經(jīng)淬火相似。模具經(jīng)淬火+低溫回火，得到回火馬氏體低溫回火，得到回火馬氏體+粒狀碳化物粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，硬度為少量殘余奧氏體，硬度為58

30、 62HRC 。常用的冷作模具。常用的冷作模具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理、性能及用途見表鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理、性能及用途見表10 -4。2.熱作模具鋼熱作模具鋼(1)熱作模具鋼的性能特點(diǎn)。熱作模具包括熱鍛模、熱墩模、熱作模具鋼的性能特點(diǎn)。熱作模具包括熱鍛模、熱墩模、熱擠壓模、精密鍛造模、高速鍛模等，均屬于在受熱狀態(tài)下對(duì)熱擠壓模、精密鍛造模、高速鍛模等，均屬于在受熱狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行變形加工的模具，也稱為熱變形模具。由于熱作模具金屬進(jìn)行變形加工的模具，也稱為熱變形模具。由于熱作模具是在非?？量痰臈l件下工作，承受壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力是在非常苛刻的條件下工作，承受壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖

31、擊應(yīng)力，還經(jīng)受到強(qiáng)烈的摩擦，因此熱作模具鋼必須具有及沖擊應(yīng)力，還經(jīng)受到強(qiáng)烈的摩擦，因此熱作模具鋼必須具有高的強(qiáng)度以及與韌性的良好配合。高的強(qiáng)度以及與韌性的良好配合。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼同時(shí)還要有足夠的硬度和耐磨性同時(shí)還要有足夠的硬度和耐磨性;工作時(shí)經(jīng)常與熾熱的金屬接工作時(shí)經(jīng)常與熾熱的金屬接觸，型腔表面溫度高達(dá)觸，型腔表面溫度高達(dá)400600，所以必須具有高的回火，所以必須具有高的回火穩(wěn)定性穩(wěn)定性;工作中反復(fù)受到熾熱金屬的加熱和冷卻介質(zhì)冷卻的交工作中反復(fù)受到熾熱金屬的加熱和冷卻介質(zhì)冷卻的交替作用，極易引起替作用，極易引起“龜裂龜裂”現(xiàn)象，即所謂現(xiàn)象，即所謂“熱疲勞

32、熱疲勞”，因此熱，因此熱作模具鋼還必須具有抗熱疲勞能力。此外，由于熱作模具一般作模具鋼還必須具有抗熱疲勞能力。此外，由于熱作模具一般尺寸較大，因而還要求熱作模具鋼具有高的淬透性和熱導(dǎo)性。尺寸較大，因而還要求熱作模具鋼具有高的淬透性和熱導(dǎo)性。 (2)熱作模具鋼的化學(xué)成分及其作用。熱作模具鋼的化學(xué)成分及其作用。 碳。鋼中的碳含量為碳。鋼中的碳含量為0. 50%0. 60%。從熱鍛模的工。從熱鍛模的工作條件出發(fā)，碳含量不能過高，以免降低鋼的熱導(dǎo)性和韌性作條件出發(fā)，碳含量不能過高，以免降低鋼的熱導(dǎo)性和韌性;鋼中碳含量也不能過低，否則無法保證強(qiáng)度、硬度和耐磨性的鋼中碳含量也不能過低，否則無法保證強(qiáng)度、硬

33、度和耐磨性的要求。要求。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼鉻。鋼中的鉻是提高淬透性的重要元素，同時(shí)還能提高鋼的鉻。鋼中的鉻是提高淬透性的重要元素，同時(shí)還能提高鋼的回火穩(wěn)定性。回火穩(wěn)定性。鎳。在鎳。在5 CrNiM。鋼中，鎳與鉻能顯著提高鋼的淬透性。鋼中，鎳與鉻能顯著提高鋼的淬透性;鎳鎳固溶于鐵索體中，在強(qiáng)化鐵索體的同時(shí)，還可以增加鋼的韌性，固溶于鐵索體中，在強(qiáng)化鐵索體的同時(shí)，還可以增加鋼的韌性，使使5 CrNiMo鋼獲得良好的綜合力學(xué)性能。因此，鋼獲得良好的綜合力學(xué)性能。因此，5 CrNiMo鋼適用于大型熱鍛模具。鋼適用于大型熱鍛模具。錳。在錳。在5 CrMnM。鋼中，錳能顯

34、著提高鋼的淬透性，但錳。鋼中，錳能顯著提高鋼的淬透性，但錳固溶于鐵索體中，在強(qiáng)化鐵索體的同時(shí)使韌性有所降低。因此固溶于鐵索體中，在強(qiáng)化鐵索體的同時(shí)使韌性有所降低。因此SCrMnMo鋼只適用于中、小型熱鍛模具。鋼只適用于中、小型熱鍛模具。鑰。在兩種鋼中均含有鑰。在兩種鋼中均含有0. 16%0. 30%的鑰，其主要作的鑰，其主要作用在于防止產(chǎn)生第二類回火脆性。同時(shí)，鑰還有細(xì)化晶粒、提用在于防止產(chǎn)生第二類回火脆性。同時(shí)，鑰還有細(xì)化晶粒、提高淬透性、提高回火穩(wěn)定性等作用。高淬透性、提高回火穩(wěn)定性等作用。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼 (3)熱作模具鋼的熱處理。由熱作模具鋼制作的鍛

35、件后的預(yù)備熱作模具鋼的熱處理。由熱作模具鋼制作的鍛件后的預(yù)備熱處理是退火，目的是消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性。最熱處理是退火，目的是消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性。最終熱處理為淬火后中溫回火或高溫回火。淬火加熱溫度為終熱處理為淬火后中溫回火或高溫回火。淬火加熱溫度為840870 ，回火溫度根據(jù)零件的大小確定。常用的熱，回火溫度根據(jù)零件的大小確定。常用的熱作模具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理、性能及用途見表作模具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理、性能及用途見表10-5。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼10.2.4高速工具鋼高速工具鋼1.高速工具鋼的性能特點(diǎn)高速工具鋼的性能特點(diǎn) 由于加

36、工刀具隨著切削速度和進(jìn)給量的增加，其刃部的溫由于加工刀具隨著切削速度和進(jìn)給量的增加，其刃部的溫度會(huì)隨之增加，如車削速度為度會(huì)隨之增加，如車削速度為10 20 m/min時(shí)，刃部溫度時(shí)，刃部溫度為為200300;車削速度為車削速度為50 80 m/min時(shí)，刃部溫時(shí)，刃部溫度為度為500550;車削速度大于車削速度大于100 m/min時(shí)，刃部溫時(shí)，刃部溫度為度為800 1 000 。因此高速鋼的主要性能是具有良好。因此高速鋼的主要性能是具有良好的熱硬性和高的硬度。所謂熱硬性，是指材料在高溫下保持高的熱硬性和高的硬度。所謂熱硬性，是指材料在高溫下保持高硬度的一種特性，一般用材料在加熱時(shí)能保持大于

37、或等于硬度的一種特性，一般用材料在加熱時(shí)能保持大于或等于60 HRC的最高溫度來表示。常用的刃具材料的熱硬性的最高溫度來表示。常用的刃具材料的熱硬性:合金工具合金工具鋼為鋼為200 300 ，高速鋼為，高速鋼為550600。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼2.高速工具鋼的化學(xué)成分及其作用高速工具鋼的化學(xué)成分及其作用高速鋼的性能主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理?，F(xiàn)以應(yīng)用較高速鋼的性能主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理?，F(xiàn)以應(yīng)用較廣泛的廣泛的W18Cr4V鋼為例，說明高速鋼的成分及熱處理特點(diǎn)。鋼為例，說明高速鋼的成分及熱處理特點(diǎn)。 (1)碳。一部分碳要與鎢、鉻、釩形成合金碳化物碳。一

38、部分碳要與鎢、鉻、釩形成合金碳化物;另一部分碳另一部分碳在淬火加熱時(shí)溶于高溫奧氏體，冷卻后獲得過飽和的馬氏體，在淬火加熱時(shí)溶于高溫奧氏體，冷卻后獲得過飽和的馬氏體，從而保證高硬度、高耐磨性以及高的熱硬性。從而保證高硬度、高耐磨性以及高的熱硬性。W18Cr4V鋼的鋼的碳含量為碳含量為0. 70%0. 90 %，若含碳量過低，則不能保證形，若含碳量過低，則不能保證形成足夠數(shù)量的合金碳化物，在高溫奧氏體和馬氏體中的含碳量成足夠數(shù)量的合金碳化物，在高溫奧氏體和馬氏體中的含碳量均減少，以致降低鋼的硬度、耐磨性以及熱硬性均減少，以致降低鋼的硬度、耐磨性以及熱硬性;若含碳量過高，若含碳量過高，則碳化物數(shù)量增

39、加，同時(shí)碳化物不均勻性地增加，致使鋼的塑則碳化物數(shù)量增加，同時(shí)碳化物不均勻性地增加，致使鋼的塑性降低，脆性增加，工藝性能降低。性降低，脆性增加，工藝性能降低。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼(2)鎢和鑰。鎢是高速鋼的主要元素，其作用是保證高速鋼的鎢和鑰。鎢是高速鋼的主要元素，其作用是保證高速鋼的熱硬性。在退火狀態(tài)下，鎢以熱硬性。在退火狀態(tài)下，鎢以Fe4 W2 C的形式存在。在淬火的形式存在。在淬火加熱時(shí)，一部分加熱時(shí)，一部分Fe4 W2 C溶入奧氏體，淬火后存在于馬氏體溶入奧氏體，淬火后存在于馬氏體中，提高鋼的回火穩(wěn)定性，同時(shí)在中，提高鋼的回火穩(wěn)定性，同時(shí)在560左右回火時(shí)

40、一部分鎢左右回火時(shí)一部分鎢以以W2 C形式彌散沉淀析出，形成形式彌散沉淀析出，形成“二次硬化二次硬化”。在淬火加熱。在淬火加熱時(shí)未溶的時(shí)未溶的Fe4 W2 C能阻止高溫下奧氏體晶粒長大。所以鎢含能阻止高溫下奧氏體晶粒長大。所以鎢含量的增加，可提高鋼的熱硬性，并減小其過熱敏感性量的增加，可提高鋼的熱硬性，并減小其過熱敏感性;但但W超超過過20%時(shí)，鋼中的碳化物呈不均勻性增加，使鋼的強(qiáng)度及塑時(shí)，鋼中的碳化物呈不均勻性增加，使鋼的強(qiáng)度及塑性降低性降低;若鎢含量減少，則碳化物總量減少，鋼的硬度、耐磨若鎢含量減少，則碳化物總量減少，鋼的硬度、耐磨性及熱硬性將降低。鎢和鑰可以互相代替，大約性及熱硬性將降低

41、。鎢和鑰可以互相代替，大約1%的鑰可以的鑰可以代替代替2%的鎢。的鎢。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼(3)鉻。鉻的主要作用是提高鋼的淬透性，改善耐磨性和提高鉻。鉻的主要作用是提高鋼的淬透性，改善耐磨性和提高硬度。在淬火加熱時(shí)，鉻能全部溶入奧氏體，能顯著提高過冷硬度。在淬火加熱時(shí)，鉻能全部溶入奧氏體，能顯著提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，使鋼在空冷條件下也能得到馬奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，使鋼在空冷條件下也能得到馬氏體組織。目前高速鋼中鉻的含量大多在氏體組織。目前高速鋼中鉻的含量大多在4%左右，超過左右，超過4%時(shí)會(huì)使鋼的殘余奧氏體量增多，降低鋼的脆性。時(shí)會(huì)使鋼的殘余

42、奧氏體量增多，降低鋼的脆性。(4)釩。主要作用是提高鋼的耐磨性。釩與碳形成的釩。主要作用是提高鋼的耐磨性。釩與碳形成的V4C3(或或VC)性能比較穩(wěn)定，其顆粒非常細(xì)小，分布十分均勻，因此性能比較穩(wěn)定，其顆粒非常細(xì)小，分布十分均勻，因此V4C3對(duì)改善鋼的硬度、耐磨性和韌性有很大作用，特別是對(duì)對(duì)改善鋼的硬度、耐磨性和韌性有很大作用，特別是對(duì)提高鋼的耐磨性最為有效。隨著鋼中釩和碳含量的增加，將降提高鋼的耐磨性最為有效。隨著鋼中釩和碳含量的增加，將降低鋼的塑性和韌性，并使可磨削性和可鍛性變得更壞。現(xiàn)行高低鋼的塑性和韌性，并使可磨削性和可鍛性變得更壞。現(xiàn)行高速鋼標(biāo)準(zhǔn)中大多數(shù)鋼的釩含量不超過速鋼標(biāo)準(zhǔn)中大多

43、數(shù)鋼的釩含量不超過3%，只有少數(shù)鋼的釩含，只有少數(shù)鋼的釩含量大到量大到5% 。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼3.高速工具鋼的熱處理高速工具鋼的熱處理高速工具鋼的熱處理包括鍛后退火和機(jī)加工后淬火高速工具鋼的熱處理包括鍛后退火和機(jī)加工后淬火+回火?；鼗?。(1)預(yù)備熱處理。高速鋼的鑄態(tài)組織中具有魚骨骼狀碳化物，預(yù)備熱處理。高速鋼的鑄態(tài)組織中具有魚骨骼狀碳化物，這些粗大的碳化物不能用熱處理的方法予以消除，只有采用鍛這些粗大的碳化物不能用熱處理的方法予以消除，只有采用鍛造的方法將其擊碎，并使其分布均勻。但鍛后的硬度仍然很高，造的方法將其擊碎，并使其分布均勻。但鍛后的硬度仍然很高，且

44、產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。所以高速鋼的預(yù)備熱處理采用等溫球化退且產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。所以高速鋼的預(yù)備熱處理采用等溫球化退火，其退火工藝為加熱火，其退火工藝為加熱860880保溫后，快冷到保溫后，快冷到740750等溫等溫6h，爐冷至，爐冷至500 550后出爐空冷。后出爐空冷。其目的就是為了改善切削加工性能，消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，為最終其目的就是為了改善切削加工性能，消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。退火后的組織為回火索氏體熱處理作組織準(zhǔn)備。退火后的組織為回火索氏體+碳化物，其碳化物，其硬度為硬度為26 33HRC 。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼(2)最終熱處理。高速鋼最終熱處理的特

45、點(diǎn)是最終熱處理。高速鋼最終熱處理的特點(diǎn)是“淬火淬火+三次高三次高溫回火溫回火”。高速鋼的熱硬性主要取決于馬氏體中合金元素的含。高速鋼的熱硬性主要取決于馬氏體中合金元素的含量，對(duì)熱硬性影響最大的元素量，對(duì)熱硬性影響最大的元素W及及V，在奧氏體中的溶解度只，在奧氏體中的溶解度只有在有在1 000以上時(shí)才有明顯的增加。在以上時(shí)才有明顯的增加。在1270 1 280時(shí)，奧氏體中含有時(shí)，奧氏體中含有7%8%的鎢，的鎢，4%的鉻，的鉻，1%的釩，溫度再高，奧氏體晶粒就會(huì)迅速長大，淬火狀態(tài)下殘余的釩，溫度再高，奧氏體晶粒就會(huì)迅速長大，淬火狀態(tài)下殘余奧氏體的量也會(huì)迅速增多，降低高速鋼的性能，所以其淬火溫奧氏體

46、的量也會(huì)迅速增多，降低高速鋼的性能，所以其淬火溫度一般為度一般為1 2701 280。淬火介質(zhì)一般采用在鹽浴中分。淬火介質(zhì)一般采用在鹽浴中分級(jí)淬火或油冷，這可以減小工件的變形與開裂。級(jí)淬火或油冷，這可以減小工件的變形與開裂。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼由于由于W18Cr4V鋼在淬火后的組織為隱針馬氏體鋼在淬火后的組織為隱針馬氏體+粒狀滲碳體粒狀滲碳體+殘余奧氏體殘余奧氏體(20%25%)，硬度約為，硬度約為60HRC。鋼中大量。鋼中大量的殘余奧氏體一次回火難以全部消除，經(jīng)三次回火后才可使殘的殘余奧氏體一次回火難以全部消除，經(jīng)三次回火后才可使殘余奧氏體減至最低量余奧氏體減

47、至最低量(一次回火后約剩一次回火后約剩15%，二次回火后剩，二次回火后剩3% 5%，三次回火后剩，三次回火后剩1%2%，并且后一次回火還可，并且后一次回火還可以消除前一次回火中由于奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。以消除前一次回火中由于奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸷蟮慕M織由回火馬氏體回火后的組織由回火馬氏體+少量殘余奧氏體少量殘余奧氏體(1%2%+碳碳化物所組成，硬度為化物所組成，硬度為6366 HRC 。W18Cr4V鋼的硬度與回火溫度之間的關(guān)系如圖鋼的硬度與回火溫度之間的關(guān)系如圖10-1所示。所示。由圖可知，在由圖可知，在550570回火時(shí)硬度最高?；鼗饡r(shí)硬度最高。上一頁 下一頁返回10.2 工具用合金鋼工具用合金鋼因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)，鎢及釩的碳化物因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)，鎢及釩的碳化物W2 C , VC)呈細(xì)小分散呈細(xì)小分散狀從馬氏體中彌散沉淀析出，這些碳化物很穩(wěn)定，難以聚集長大，狀從馬氏體中彌散沉淀析出，這些碳化物很穩(wěn)定，難以聚集長大，從而提高了鋼的硬度，這就是所謂的從而提高了鋼的硬度，這就是所謂的“彌散硬化彌散硬化”;在此溫度范圍在此溫度范圍內(nèi)，一部分碳及合金元素也從殘余奧氏體中析出，降低了殘余奧內(nèi)，一部分碳及合金元素也從殘余奧氏體中析出，降低了殘余奧氏體中碳