第3章 電子課件(工業(yè)用鋼)

1、一、合金刃具鋼合金刃具鋼主要用來(lái)制造刀具，如車(chē)刀、銑刀、鉆頭、絲錐等。對(duì)刃具鋼的性能要求是：高的硬度和耐磨性，高的熱硬性，足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性。合金刃具鋼又分為低合金刃具鋼和高速鋼兩類(lèi)。（一）低合金刃具鋼1化學(xué)成分和性能低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。其其C 0.751.5的范圍內(nèi)，以保證鋼的淬硬性和形成合金碳化物的需要。加入的合金元素主要有硅、錳、鉻、鎢、釩等。其中硅、錳、鉻的主要作用是提高鋼的淬透性，增加鋼的強(qiáng)度；鎢和釩形成碳化物，細(xì)化晶粒并提高鋼的硬度、耐磨性和熱硬性。因此，低合金工具鋼的淬透性比碳素工具鋼好，淬火冷卻可在油中進(jìn)行，使變形和開(kāi)裂傾向減小。但由于合

2、金元素的加入量不大，故鋼的熱硬性仍不太高，一般工作溫度不得高于300。2熱處理和應(yīng)用刃具毛坯鍛造后的預(yù)先熱處理采用球化退火，切削加工后的最終熱處理采用淬火和低溫回火。最終熱處理后的組織為細(xì)回火馬氏體、粒狀合金碳化物及少量的殘余奧氏體，一般硬度可達(dá)6065HRC。9SiCr是最常用的低合金刃具鋼，被廣泛用來(lái)制造各種薄刃工具，如板牙、絲錐、鉸刀等。（二）高速鋼用高速鋼制作的刃具在使用時(shí)，能以比低合金刃具鋼刀具更高的切削速度進(jìn)行切削，因而被稱(chēng)為高速鋼。它的特點(diǎn)是熱硬性高達(dá)600，切削時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間保持刃口鋒利，故又稱(chēng)為“鋒鋼”，并且還具有高的強(qiáng)度、硬度和淬透性。淬火時(shí)在空氣中冷卻即可得馬氏體組織，因此，

3、又俗稱(chēng)為“風(fēng)鋼”、“白鋼” 1高速鋼的成分特點(diǎn)高速鋼的含碳量較高， C在0.751.60的范圍內(nèi)，并含有大量的碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩等。高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性。鉬和鎢提高熱硬性，鉻提高淬透性，釩提高硬度耐磨性未溶的VC阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大.2高速鋼的鍛造高速鋼鑄態(tài)組織中含有大量的魚(yú)骨狀碳化物（見(jiàn)圖6-4），分布很不均勻，顯著降低了鋼的力學(xué)性能，特別是韌性。而且用熱處理方法不能根本改變碳化物的分布狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造的方法將碳化物打碎，并使其盡可能均勻分布。鍛造比最好大于10，鍛后必須緩冷，以免開(kāi)裂。3高速鋼

4、的熱處理高速鋼的熱處理包括退火、淬火和回火，其特點(diǎn)是退火溫度低，淬火溫度高，回火溫度高且次數(shù)多。（1）退火。為了消除坯料在鍛造時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，細(xì)化晶粒，為切削加工和淬火作準(zhǔn)備，高速鋼在鍛后必須及時(shí)進(jìn)行球化退火。退火溫度為 Ac1 3050，退火后的組織為索氏體和粒狀合金碳化物，硬度為207255HBS。（2）淬火。高速鋼的淬火加熱溫度很高（12001300），目的是為了使碳化物盡可能多地溶入奧氏體，從而提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性。由于高速鋼的導(dǎo)熱性較差，故淬火加熱時(shí)必須進(jìn)行一至二次預(yù)熱。如圖 6-5所示。高速鋼淬火后的組織是隱晶馬氏體、粒狀碳化物及 25左右的殘余奧氏體，如圖6-

5、6所示。圖6-5 W18Cr4V鋼的淬火、回火工藝曲線圖6-6 W18Cr4V鋼淬火后 的組織（400）（3）回火。高速鋼淬火后應(yīng)立即回火，一般性550570回火三次。在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上升；同時(shí)由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，也使硬度上升，從而形成二次硬化，保證了鋼的高硬度、高耐磨性及熱硬性。進(jìn)行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量（體積分?jǐn)?shù)為12）殘余奧氏體，如圖6-7所示，硬度可達(dá)6366HRC。圖6-7 W18Cr4V鋼淬火回火 后的組織（400

6、）4常用的高速鋼高速鋼的種類(lèi)很多，應(yīng)用最多的有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V三種。 二、合金模具鋼（）冷作模具鋼冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下產(chǎn)生變形的模具，如冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模等。這些模具在工作中要承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和強(qiáng)烈的摩擦。因此，冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，要求具有高的硬度（5862HRC）和耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)要求熱處理變形小。1小型冷作模具鋼冷作模具鋼的化學(xué)成分、熱處理特點(diǎn)也基本上與刃具鋼相似。對(duì)于小型冷作模具，可用碳素工具鋼和低合金刃具鋼制造。如 T10A、9SiCr、 CrWMn、 9Mn2V等。其熱處理一般

7、是球化退火、淬火和低溫回火 .大型冷作模具鋼（Cr12型鋼）（1）成分對(duì)于大型模具常用Cr12型鋼制造。Cr12型鋼是最常用的冷作模具鋼，牌號(hào)有Cr12和Cr12MoV等。其成分特點(diǎn)是高碳高鉻（ C =1.452.3、 Cr1113），具有高硬度、高強(qiáng)度和極高的耐磨性，并具有極好的淬透性（油淬直徑達(dá)200mm），淬火變形小。但淬火后殘余奧氏體量較多。（2）鍛造Cr12型鋼屬于萊氏體鋼，網(wǎng)狀共晶碳化物的不均勻分布將使模具變脆。因此，要通過(guò)反復(fù)鍛造來(lái)消除碳化物的不均勻性。鍛造后應(yīng)緩冷，然后進(jìn)行預(yù)先熱處理球化退火，以消除鍛造內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，為后續(xù)工序做準(zhǔn)備。（3）熱處理Cr12型鋼的最終熱處理有兩

8、種方法。一種是低溫淬火（980）和低溫回火法（170）（也叫一次硬化法）。這種方法可使模具獲得高硬度和高耐磨性，淬火變形小。一般承受較大載荷和形狀復(fù)雜的模具采用此法處理。另一種熱處理方法是高溫淬火（1100）和高溫（510520）多次回火法（也叫二次硬化法）。這種方法能使模具獲得高的熱硬性和耐磨性，但韌性較差。一般承受強(qiáng)烈摩擦，在400450條件下工作的模具適用此法。Cr12型鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體。（二）熱作模具鋼熱作模具鋼用于制造在受熱狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行變形加工的模具，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。這類(lèi)模具在工作中除承受較大的沖擊載荷、很大的壓力、彎曲

9、力外，還受到熾熱金屬在模腔中流動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦力，同時(shí)還受到反復(fù)的加熱和冷卻。因此，要求熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱硬性和高溫耐磨性，良好的綜合力學(xué)性能，高的熱疲勞強(qiáng)度和較好的抗氧化能力，同時(shí)還要求具有高的淬透性、導(dǎo)熱性。（1）成分熱作模具鋼一般是中碳合金鋼，其C 0.3 0.6，以保證鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度（3552HRC）和較高的熱疲勞強(qiáng)度。加入的合金元素有錳、鉻、鎳、鎢、釩等，主要是提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性細(xì)化晶粒，同時(shí)還提高鋼的強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度。 （2）熱處理熱鍛模具鋼的最終熱處理與調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫（550左右）回火，以獲得回火索氏體回火托氏體組織。鋼種5CrMn

10、Mo 、5CrNiMo熱壓模具鋼的熱處理是淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度（600左右）回火23次，獲得的組織為回火馬氏體和粒狀碳化物，以保證模具的熱硬性。鋼種3Cr2W8V三、合金量具鋼量具是用來(lái)測(cè)量和檢驗(yàn)零件尺寸的工具，如千分尺、游標(biāo)卡尺、量塊、樣板等。量具在使用過(guò)程中經(jīng)常受到磨損和碰撞。因此，要求量具鋼必須具備高硬度（6265HRC）、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性及足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)還要求熱處理變形小等。量具用鋼沒(méi)有專(zhuān)用鋼種。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小、精度要求不高的量具（如簡(jiǎn)單卡規(guī)、低精度量塊等），可用碳素工具鋼T10A、T12A制造；或用滲碳鋼（20、15Cr等）制造，并經(jīng)滲碳淬火處理；或用中碳鋼（50、60鋼等）制造，并經(jīng)高頻表面淬火處理。精度要求高或形狀復(fù)雜的量具，一般用合金工具鋼或滾動(dòng)軸承鋼（如9SiCr、Cr2、CrWMn、GCr15等）制造。量具的最終熱處理主要是淬火和低溫回火，目的是獲得高硬度和高