材料與熱處理(項(xiàng)目十)

項(xiàng)目十工具用鋼10.1工具用碳鋼10.2工具用合金鋼10.1工具用碳鋼用于制造刃具、量具和模具等工具的鋼，稱(chēng)為工具用鋼。工具用鋼包括工具用碳鋼和工具用合金鋼。下一頁(yè)返回10.1工具用碳鋼10.1.1工具用碳鋼的成分和牌號(hào)工具用碳鋼的含碳量為wc=0.65%~1.35%，有益元素wSi≤0.35%,wMn≤0.4%，有害元素wS≤0.03%，wP

≤0.035%。工具用碳鋼的牌號(hào)是用“T+數(shù)字+字母”字表示。"T”是碳素工具鋼“碳”字漢語(yǔ)拼音的首寫(xiě)字母，數(shù)字表示鋼中平均碳含量的千倍。

T8,T10分別表示鋼中平均碳含量為wc=0.80%和wc=1.0%的工具用碳鋼，若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼，則在牌號(hào)最后附以“A”字。如T12A，表示平均含碳量等于1.2%的優(yōu)質(zhì)工具用碳鋼。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.1工具用碳鋼10.1.2工具用碳鋼的熱處理及用途工具用碳鋼經(jīng)熱處理(淬火+低溫回火)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)(水中的臨界淬透直徑為15~18min，而油淬的臨界淬透直徑為5-7mm，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，熱硬性差，刃部受熱至200℃~250℃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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.1工具用碳鋼T7~T9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:沖子、鑿子、錘子等。T10~T11鋼用于制造要求中韌性的且低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車(chē)刀等。T12~T13鋼具有高硬度、高耐磨性的特點(diǎn)，但韌性低，用于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(jiàn)表10-1。上一頁(yè)返回10.2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，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(或無(wú)數(shù)字)+字母+數(shù)字+其他”來(lái)表示。當(dāng)鋼中的wc<1%時(shí)，牌號(hào)中的第一個(gè)數(shù)字表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍;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

wc=0.9%、wSi<1.5%、wCr<1.5%的合金工具鋼，Cr12表示平均含碳量wc

≥1%，平均含鉻量

wCr=12%合金工具鋼。高速鋼，如W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2等，它們的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc≤1%，但不表明其數(shù)字;合金元素和合金工具鋼的標(biāo)注一樣，如W18Cr4V鋼中的成分為wc=0.7~0.8%，下一頁(yè)返回10.2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”A”字。合金工具鋼按用途可分為量具鋼、刃具鋼、模具鋼和高速工具鋼。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼10.2.1量具用鋼1.量具用鋼的性能特點(diǎn)量具是用來(lái)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(guò)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;因此要求具有以下性能:(1)高硬度(≥60HRC)和高耐磨性。以此保證在長(zhǎng)期使用中不致被很快磨損，而失去其精度;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(guò)程中保持其形狀和尺寸的恒定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼(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損壞。(4)在特殊環(huán)境下具有抗腐蝕性。2.量具鋼的化學(xué)成分這類(lèi)鋼屬于高碳低合金的過(guò)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必要條件。含有Cr,Mn,Si,W,V等合金元素，其總含量小于5%，其作用是提高鋼的淬透性和耐回火性，細(xì)化晶粒的作用。3.常用量具用鋼根據(jù)量具的種類(lèi)及精度要求，量具可選用不同的鋼種:上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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T10A,T11A,T12A。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(lèi)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。

(2)精度要求較高的量具(如塊規(guī)、塞規(guī)等)通常選用高碳低合金工具鋼，如Cr2,CrMn,CrWMn及軸承鋼GCr15等。由于這類(lèi)鋼是在高碳鋼中加入Cr,Mn,W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。

(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)單平樣板、卡規(guī)、直尺及大型量具，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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼經(jīng)熱處理后，表面具有高硬度、高耐磨性、心部保持足夠的韌性。也可采用中碳鋼50,55,60,65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。(4)在腐蝕條件下工作的量具可選用不銹鋼4Cr13,9Cr18制造。經(jīng)淬火、回火處理后可使其硬度達(dá)56~58HRC，同時(shí)可保證量具具有良好的耐腐蝕性和足夠的耐磨性。若量具要求特別高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，可選滲氮鋼38CrMoAI或冷作模具鋼Cr12MoV。4.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提下，盡量采取各種措施使量具在長(zhǎng)期使用中保持尺寸的穩(wěn)定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼量具在使用過(guò)程中隨時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生尺寸變化的現(xiàn)象稱(chēng)為量具的時(shí)效效應(yīng)。這是因?yàn)?①用于制造量具的過(guò)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氏體引起體積膨脹;②馬氏體在使用中繼續(xù)分解，晶格重組引起體積收縮;③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)樗苄宰冃我鸪叽缱兓Ｒ虼嗽诹烤叩臒崽幚碇?，?yīng)針對(duì)上述原因采用如下熱處理措施:(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(guò)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，盡量降低淬火溫度并進(jìn)行預(yù)熱，以減少加熱和冷卻過(guò)程中的溫差及淬火應(yīng)力。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼量具的淬火方式為油冷(20℃~30℃)，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，回火溫度為150℃~160℃:，回火時(shí)間不應(yīng)小于4~5h。

(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-80℃~-70℃并保溫3h，使淬火后留下來(lái)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，再在120℃~150℃進(jìn)行24~36h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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼總之，量具鋼的熱處理除了要進(jìn)行一段過(guò)共析鋼的正常熱處理(不完全淬火+低溫回火)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、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10-2所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼10.2.2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發(fā)展起來(lái)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)。1.刃具用鋼的性能特點(diǎn)高硬度(≥60HRC)，主要取決于含碳量;高耐磨性，靠高硬度和析出細(xì)小均勻的碳化物來(lái)達(dá)到;高熱硬性，即高溫下保持高硬度的能力;足夠的韌性，以防止脆斷和崩刃。2.刃具用鋼的化學(xué)成分上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼合金刃具鋼的含碳量為wc=0.75%~1.5%，合金元素總量則在5%以下，所以又稱(chēng)低合金刃具鋼。加入的合金元素為Cr,Mn,Si,W和V等。其中Cr,Mn,Si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;W和V在鋼中形成WC和VC碳化物，加熱時(shí)能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，因此可以細(xì)化晶粒;Cr,Mn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，Si使鋼在加熱時(shí)易脫碳和石墨化，使用中應(yīng)注意。如果Si,C:同時(shí)入鋼中，則能降低鋼的脫碳和石墨化傾向。3.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)64~66HRC且有較高的耐磨性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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，故有低變形鋼之稱(chēng)。生產(chǎn)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(zhǎng)絲錐等。也可作量具、冷變形模具和高壓油泵的精密部件(柱塞)等。針對(duì)提高耐磨性的要求，發(fā)展了Cr06,W,W2及CrW5等鋼。其中CrW5又稱(chēng)鉆石鋼，在水中冷卻時(shí)，其硬度可達(dá)67~68HRC。主要用于制作截面尺寸不大(5~15mm)、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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼4.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，也包括加工前的球化退火和成形后的淬火與低溫回火。回火溫度一般為160℃~200℃

。合金刃具鋼為過(guò)共析鋼，一般采用不完全淬火。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，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600℃~650℃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(如Cr06,CrW5等鋼)采用水淬。最常用的合金刃具鋼的成分、熱處理工藝、性能和用途如表10-3所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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)。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(mǎn)足不了生產(chǎn)要求。如回火溫度達(dá)到250℃時(shí)硬度值已降到60HRC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)展了高速鋼。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼10.2.3模具用鋼用于制造沖壓模、鍛模、擠壓模、壓鑄模等的鋼稱(chēng)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。1.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?；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)金屬進(jìn)行變形加工的模具，也稱(chēng)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，模具表面溫度一般不超過(guò)300℃。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透性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼(2)冷作模具鋼的化學(xué)成分及其作用。這類(lèi)鋼屬于高碳鋼，平均碳含量

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: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;又要保證馬氏體中存在一定的碳過(guò)飽和度，以獲得高硬度、高耐磨性以及較高的熱硬性;鉻的作用是鋼中的主要合金元素，與碳所形成的Cr7C3或(Cr,Fe)7C3具有極高的硬度(約為1820HV)，極大地增加了鋼的耐磨性。鑰和釩的作用除能改善Cr12MoV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，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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相似。模具經(jīng)淬火+低溫回火，得到回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，硬度為58~62HRC。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(jiàn)表10-4。2.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(chēng)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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼同時(shí)還要有足夠的硬度和耐磨性;工作時(shí)經(jīng)常與熾熱的金屬接觸，型腔表面溫度高達(dá)400℃~600，所以必須具有高的回火穩(wěn)定性;工作中反復(fù)受到熾熱金屬的加熱和冷卻介質(zhì)冷卻的交替作用，極易引起“龜裂”現(xiàn)象，即所謂“熱疲勞”，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。①碳。鋼中的碳含量為0.50%~0.60%。從熱鍛模的工作條件出發(fā)，碳含量不能過(guò)高，以免降低鋼的熱導(dǎo)性和韌性;鋼中碳含量也不能過(guò)低，否則無(wú)法保證強(qiáng)度、硬度和耐磨性的要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼②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。③鎳。在5CrNiM。鋼中，鎳與鉻能顯著提高鋼的淬透性;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，使5CrNiMo鋼獲得良好的綜合力學(xué)性能。因此，5CrNiMo鋼適用于大型熱鍛模具。④錳。在5CrMnM。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SCrMnMo鋼只適用于中、小型熱鍛模具。⑤鑰。在兩種鋼中均含有0.16%~0.30%的鑰，其主要作用在于防止產(chǎn)生第二類(lèi)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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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。最終熱處理為淬火后中溫回火或高溫回火。淬火加熱溫度為840℃~870℃，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(jiàn)表10-5。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼10.2.4高速工具鋼1.高速工具鋼的性能特點(diǎn)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(chē)削速度為10~20m/min時(shí)，刃部溫度為200℃~300℃;車(chē)削速度為50~80m/min時(shí)，刃部溫度為500℃~550℃;車(chē)削速度大于100m/min時(shí)，刃部溫度為800℃~1000℃。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60HRC的最高溫度來(lái)表示。常用的刃具材料的熱硬性:合金工具鋼為200℃~300℃，高速鋼為550℃~600℃。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼2.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。現(xiàn)以應(yīng)用較廣泛的W18Cr4V鋼為例，說(shuō)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;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(guò)飽和的馬氏體，從而保證高硬度、高耐磨性以及高的熱硬性。W18Cr4V鋼的碳含量為0.70%~0.90%，若含碳量過(guò)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均減少，以致降低鋼的硬度、耐磨性以及熱硬性;若含碳量過(guò)高，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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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熱硬性。在退火狀態(tài)下，鎢以Fe4W2C的形式存在。在淬火加熱時(shí)，一部分Fe4W2C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560℃左右回火時(shí)一部分鎢以W2C形式彌散沉淀析出，形成“二次硬化”。在淬火加熱時(shí)未溶的Fe4W2C能阻止高溫下奧氏體晶粒長(zhǎng)大。所以鎢含量的增加，可提高鋼的熱硬性，并減小其過(guò)熱敏感性;但W超過(guò)20%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;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1%的鑰可以代替2%的鎢。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼(3)鉻。鉻的主要作用是提高鋼的淬透性，改善耐磨性和提高硬度。在淬火加熱時(shí)，鉻能全部溶入奧氏體，能顯著提高過(guò)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氏體組織。目前高速鋼中鉻的含量大多在4%左右，超過(guò)4%時(shí)會(huì)使鋼的殘余奧氏體量增多，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V4C3(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)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)行高速鋼標(biāo)準(zhǔn)中大多數(shù)鋼的釩含量不超過(guò)3%，只有少數(shù)鋼的釩含量大到5%。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2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包括鍛后退火和機(jī)加工后淬火+回火。(1)預(yù)備熱處理。高速鋼的鑄態(tài)組織中具有魚(yú)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860℃~880℃保溫后，快冷到740℃~750℃等溫6h，爐冷至500℃~550℃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，其硬度為26~33HRC。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼(2)最終熱處理。高速鋼最終熱處理的特點(diǎn)是“淬火+三次高溫回火”。高速鋼的熱硬性主要取決于馬氏體中合金元素的含量，對(duì)熱硬性影響最大的元素W及V，在奧氏體中的溶解度只有在1000℃以上時(shí)才有明顯的增加。在1270℃~1280℃時(shí)，奧氏體中含有7%~8%的鎢，4%的鉻，1%的釩，溫度再高，奧氏體晶粒就會(huì)迅速長(zhǎng)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，所以其淬火溫度一般為1270℃~1280℃。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(kāi)裂。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼由于W18Cr4V鋼在淬火后的組織為隱針馬氏體+粒狀滲碳體+殘余奧氏體(20%~25%)，硬度約為60HRC。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余奧氏體減至最低量(一次回火后約剩15%，二次回火后剩3%~5%，三次回火后剩1%~2%，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?；鼗鸷蟮慕M織由回火馬氏體+少量殘余奧氏體(1%~2%+碳化物所組成，硬度為63~66HRC。W18Cr4V鋼的硬度與回火溫度之間的關(guān)系如圖10-1所示。由圖可知，在550℃~570℃回火時(shí)硬度最高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10.2工具用合金鋼因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)，鎢及釩的碳化物W2C,

VC)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(zhǎng)大，從而提高了鋼的硬度，這就是所謂的“彌散硬化”;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，降低了殘余奧氏體中碳及合金元素含量，提高了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)隨后冷卻時(shí)，就會(huì)有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度得到提高。W6Mo5Cr4V2為生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的另一種高速鋼，其熱塑性、使用狀態(tài)的韌性、耐磨性