第4章工具鋼-2014

1、第四章第四章 工模具用鋼工模具用鋼主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容高合金工具鋼高速工具鋼（重點）高合金工具鋼高速工具鋼（重點）碳素及低合金工具鋼碳素及低合金工具鋼概述概述模具鋼（冷作模具鋼、熱作模具鋼）模具鋼（冷作模具鋼、熱作模具鋼）工具鋼與結(jié)構(gòu)鋼的總體比較工具鋼與結(jié)構(gòu)鋼的總體比較 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼工具鋼 成分成分-C： 中低中低C 中高中高C Me: 中偏低中偏低 中偏高中偏高組織組織: P（S,T）, B, M M,S,T熱處理：熱處理： 退退 正正 淬淬 回回 淬火回火淬火回火性能：性能： 綜合性能（強韌）綜合性能（強韌） (熱熱)硬，強硬，強應用：應用： 工程或制造結(jié)構(gòu)工程或制造結(jié)構(gòu) 各種工

2、模具各種工模具4.1 4.1 概述概述一一. . 分類分類 按用途按用途，可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼?？煞譃槿芯咪?、模具鋼和量具鋼。 刃具鋼可分為碳素鋼、低合金工具鋼和高速工具鋼。刃具鋼可分為碳素鋼、低合金工具鋼和高速工具鋼。 模具鋼根據(jù)工作狀態(tài)可分為熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑模具鋼根據(jù)工作狀態(tài)可分為熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼。料模具鋼。 量具鋼用來制作量規(guī)、卡尺、樣板等用來測量工件尺寸量具鋼用來制作量規(guī)、卡尺、樣板等用來測量工件尺寸和形狀和形狀. . 按成分按成分，可分為碳素工具鋼、低合金工具和高合金工具鋼。，可分為碳素工具鋼、低合金工具和高合金工具鋼。二二. . 成分成分- -組

3、織組織- -性能要求性能要求 使用性能要求使用性能要求 硬度與耐磨性，熱硬性，強度硬度與耐磨性，熱硬性，強度 韌性，塑性韌性，塑性 熱疲勞性能熱疲勞性能 工藝性能工藝性能 淬透性，變形與開裂傾向淬透性，變形與開裂傾向 氧化與脫氧化與脫C C敏感性敏感性 切削加工性，磨削性切削加工性，磨削性硬度、耐磨性與韌性間的合理平衡硬度、耐磨性與韌性間的合理平衡基體成基體成分和分和K的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布。的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布。主要主要矛盾矛盾成分成分組織組織 一般含一般含 0.61.3%C M+0.61.3%C M+足夠數(shù)量足夠數(shù)量K K 。MM組織組織硬度高、切斷抗力較高、耐磨性好。硬度高、切斷抗

4、力較高、耐磨性好。 CrCr、WW、MoMo、V V等等: : 淬透性、耐磨性和熱穩(wěn)定性；淬透性、耐磨性和熱穩(wěn)定性；MnMn、SiSi輔助加入輔助加入: : 淬透性，回穩(wěn)性淬透性，回穩(wěn)性第二相第二相K K 球狀、細小、均勻分布。球狀、細小、均勻分布。工藝特點 鍛造鍛造 球化退火球化退火不完全淬火不完全淬火 淬火工藝參數(shù)要求嚴格。變形開裂傾向大。淬火工藝參數(shù)要求嚴格。變形開裂傾向大。工藝措施熱熱 應應 力力組織應力組織應力變形變形開裂開裂 分級加熱、分級淬火、等溫淬火、分級加熱、分級淬火、等溫淬火、雙液淬火雙液淬火; ;零件設(shè)計與其他工藝措施等零件設(shè)計與其他工藝措施等工具鋼基本性能及檢測方法 強

5、度強度塑性塑性靜彎或扭轉(zhuǎn)試驗靜彎或扭轉(zhuǎn)試驗彎曲強度、撓度和彎曲強度、撓度和扭轉(zhuǎn)強度、扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)強度、扭轉(zhuǎn)角韌性韌性硬度硬度熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性定性一般采用無缺口沖擊試樣一般采用無缺口沖擊試樣一般硬度一般硬度60 HRC以上，以上，K可適當可適當硬硬度度23 HRC對高速鋼，通常就是紅硬性對高速鋼，通常就是紅硬性4.2 4.2 碳素鋼及低合金工具鋼碳素鋼及低合金工具鋼一一. . 碳素工具鋼碳素工具鋼 成分成分：中高：中高C C鋼，鋼，0.65-1.35%0.65-1.35% 組織組織：高：高C C回火馬氏體回火馬氏體 + + 細粒狀細粒狀K K，HRC58-64HRC58-64。 牌號牌號：T7-T13

6、T7-T13。T7-T13T7-T13做低速切削的刃具和簡單的冷沖做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。淬透性低，斷面尺寸小于模。淬透性低，斷面尺寸小于15 mm15 mm的工具。的工具。 T7 有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等； T8 易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；易過熱，制造形狀簡單的木工工具等； T10、T12 耐磨性較好，強度高，但韌度低，制造不耐磨性較好，強度高，但韌度低，制造不 受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等。 熱處理：熱處理：球化退火球化退火 + + 淬火與低溫回火淬火與

7、低溫回火 淬火冷卻方式常用水淬火冷卻方式常用水- -油雙液淬火、分級淬火油雙液淬火、分級淬火. . 性能性能： 成本低，冷熱性能較好，熱處理簡單，應用范圍較寬。成本低，冷熱性能較好，熱處理簡單，應用范圍較寬。 不足處：不足處： 1 1）淬透性低）淬透性低, , 鹽水中淬火鹽水中淬火, , 變形開裂傾向大。變形開裂傾向大。 2 2）組織穩(wěn)定性差）組織穩(wěn)定性差, ,熱硬性低熱硬性低, ,工作溫度小于工作溫度小于200 200 。 應用：應用：制作工件尺寸較小、受熱溫度不高、形狀簡單、不制作工件尺寸較小、受熱溫度不高、形狀簡單、不受較大沖擊的工具如受較大沖擊的工具如 低速切削的刃具和簡單的冷沖模。低

8、速切削的刃具和簡單的冷沖模。成成本低、工藝性能好、用量大。本低、工藝性能好、用量大。二二. . 低合金工具鋼低合金工具鋼 加入合金元素：加入合金元素：如如Si, Mn, Cr, W, Mo, VSi, Mn, Cr, W, Mo, V 合金元素作用：合金元素作用：提高硬度及耐磨性；提高淬透性；提高硬度及耐磨性；提高淬透性；提高回火穩(wěn)定性好；細化晶粒；提高韌性；增大提高回火穩(wěn)定性好；細化晶粒；提高韌性；增大熱硬性。熱硬性。 鋼種：鋼種：Cr06, Cr, Cr2, 9Cr2Cr06, Cr, Cr2, 9Cr2, 9SiCr, 8MnSi, , 9SiCr, 8MnSi, CrMn, CrWMn

9、, CrW5, W, V CrMn, CrWMn, CrW5, W, V 不足：不足：熱硬性差熱硬性差, , 難以滿足高速切削的需要。難以滿足高速切削的需要。 淬火工藝T淬淬為為Ac1 +3050油冷，或熔鹽分級淬火，油冷，或熔鹽分級淬火，或等溫淬火或等溫淬火(B等溫淬火和等溫淬火和M等溫淬火等溫淬火) 一般組織含碳量含碳量0.50.6的的M+未溶粒狀未溶粒狀K合金化 Cr、Si、W、Mo、Mn 、V等元素，等元素，耐磨性和回穩(wěn)性，耐磨性和回穩(wěn)性，淬透性淬透性采用采用緩冷方式，緩冷方式，變形開裂。變形開裂。9SiCr： Si / Cr: 淬透性，淬透性，D油油60HRC； K細小、均細小、均

10、勻勻不容易崩刃；不容易崩刃； 分級淬火或等溫淬火處理，變形較小；分級淬火或等溫淬火處理，變形較??； Si使鋼的脫碳傾向較大使鋼的脫碳傾向較大。 適于制作形狀較復雜、變形要求小工件，特別適于制作形狀較復雜、變形要求小工件，特別是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。CrWMn： Cr、W、Mn復合，復合，淬透性，淬透性，D油油=5070mm； AR在在1820%，淬火后變形??；，淬火后變形??； 含含Cr、W碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒細小細小高硬度、高耐磨性；高硬度、高耐磨性； 回穩(wěn)性較好，回穩(wěn)性較好，250回火，回火，60HRC； W使碳化物易形

11、成網(wǎng)狀。使碳化物易形成網(wǎng)狀。 適于制作要求變形小、耐磨性高的工件，如拉刀適于制作要求變形小、耐磨性高的工件，如拉刀等，也可做量具及形狀較復雜的高精度沖模等，也可做量具及形狀較復雜的高精度沖模。4.3 4.3 高速工具鋼高速工具鋼一一. . 高速鋼概述高速鋼概述 用途：用途：適用于高速切削刀具，也可制作高溫工作的彈簧、適用于高速切削刀具，也可制作高溫工作的彈簧、軸承和模具。軸承和模具。 特點：特點：合金度高，高熱硬性（刃部在合金度高，高熱硬性（刃部在650650時實際硬度仍時實際硬度仍高于高于HRC50 HRC50 ）。）。 主要性能：主要性能：高硬度，高熱硬性，高耐磨性，高強度和一定高硬度，高

12、熱硬性，高耐磨性，高強度和一定的韌性。的韌性。 主要成分：主要成分：C, W, Mo, Cr, V, Co, Nb, Al, SiC, W, Mo, Cr, V, Co, Nb, Al, Si。 分類：分類：通用型及特殊高性能高速鋼。通用型及特殊高性能高速鋼。上左上左: :直、錐柄加長麻花鉆直、錐柄加長麻花鉆上右上右: :整體硬質(zhì)合金鉆頭銑整體硬質(zhì)合金鉆頭銑 刀刀、鉸刀鉸刀、復合刀具復合刀具下左下左: :各種合金車刀各種合金車刀 W系系 W18Cr4V W、Mo系系 W6Mo5Cr4V2 Mo系系 Mo8Cr4VW 高高C高高V 含含Co高高V通用型通用型高速鋼高速鋼特殊高性能高速鋼特殊高性能

13、高速鋼高速鋼的分類高速鋼的分類鋼鋼 號號CWMoVCrCoW18Cr4V0.8018.0010%AR + K1 （約（約15-20%）回火回火組織組織回火回火組織組織M回回 + M +少量少量AR（5-8%）+ K2（約（約2025%）M回回 + (少量少量M) + AR (25%) W18Cr4V鋼回火一次金相組織鋼回火一次金相組織 （400X） W18Cr4V鋼回火三次的金相組織鋼回火三次的金相組織 （400X） 五、新型工具鋼及表面改性技術(shù)五、新型工具鋼及表面改性技術(shù) 日本神戶鋼鐵公司開發(fā)粉末工具鋼日本神戶鋼鐵公司開發(fā)粉末工具鋼Fe18Cr2Mo1V2.2C( KAD181)，經(jīng)，經(jīng)HI

14、P后不用鍛造，具有很好的性能，在模后不用鍛造，具有很好的性能，在模具、輥子、刀具等方面應用很廣泛。具、輥子、刀具等方面應用很廣泛。 美國美國開發(fā)坩堝粉末冶金法（開發(fā)坩堝粉末冶金法（CPM）韌性和耐磨性韌性和耐磨性,使用壽命。如使用壽命。如CRM T440V(Fe17Cr0.4Mo5.5V)的耐蝕的耐蝕性與不銹鋼性與不銹鋼T-440C差不多，但耐磨性是差不多，但耐磨性是T-440C的幾倍，的幾倍，制成的造球機刮刀，其實際使用壽命是制成的造球機刮刀，其實際使用壽命是T-440C的的20倍倍. 經(jīng)濟合金化經(jīng)濟合金化是高速鋼的一個發(fā)展方向，在不降低性能是高速鋼的一個發(fā)展方向，在不降低性能的前提下盡可能

15、降低鋼中的的前提下盡可能降低鋼中的W W含量含量 采用表面強化方法，通過化學熱處理或在刃具表面覆層： 1）表面氮化（如輝光離子氮化、氣體軟N化）、硫氮共滲或硫氮硼等多元共滲、蒸氣處理等；2）PVD法在工件表面沉積TiC或TiN覆層，具有高硬度、高耐磨性、抗粘著性和抗咬合性，顯著提高工件使用壽命。n 工模具表面技術(shù):4.4 4.4 冷作模具鋼冷作模具鋼 一一. . 概述概述 冷作模具鋼是用來制作使金屬冷變形的模具，如冷作模具鋼是用來制作使金屬冷變形的模具，如冷沖、冷鐓、冷擠壓、沖裁拉絲等模具。冷沖、冷鐓、冷擠壓、沖裁拉絲等模具。 具有高硬度和耐磨性，一定韌性。具有高硬度和耐磨性，一定韌性。典型沖

16、壓模及產(chǎn)品典型沖壓模及產(chǎn)品常用兩類常用兩類 1 1）中小型模具）中小型模具 如如 T12 T12、Mn2VMn2V、Cr2Cr2、CrWMnCrWMn等。等。 2 2）大型模具）大型模具 高淬透性、高耐磨的高碳高鉻鋼、高碳中鉻鋼、低高淬透性、高耐磨的高碳高鉻鋼、高碳中鉻鋼、低C C高速高速鋼鋼 或基體鋼。或基體鋼。 如：如：Cr12, Cr12MoVCr12, Cr12MoV（高碳高鉻鋼）（高碳高鉻鋼） Cr6WV, Cr4W2MoV, Cr5Mo1V Cr6WV, Cr4W2MoV, Cr5Mo1V（高碳中鉻鋼）（高碳中鉻鋼） 6W6Mo5Cr4V2; 5Cr4W3Mo2VNb 6W6Mo5

17、Cr4V2; 5Cr4W3Mo2VNb （低（低C C高速鋼）高速鋼） 50Cr4Mo3W2V50Cr4Mo3W2V， 60Cr4Mo3Ni2WV 60Cr4Mo3Ni2WV（基體鋼）（基體鋼）二二. . 高鉻和中鉻模具鋼高鉻和中鉻模具鋼 Cr12Cr12及及Cr12MoVCr12MoV 高高C C亞共晶萊氏體鋼，亞共晶萊氏體鋼，CrCr7 7C C3 3型，型，HV2100HV2100，具有高淬透性。，具有高淬透性。 Cr12MoV Cr12MoV可用可用兩種熱處理工藝兩種熱處理工藝：1 1）低溫淬火和低溫回火）低溫淬火和低溫回火, M+Ar(, M+Ar(少少) )，HRC 61-63HR

18、C 61-63；2 2）高溫淬火與高溫回火，）高溫淬火與高溫回火，M+Ar(M+Ar(多），多次回火，提高硬度。多），多次回火，提高硬度。 三三. . 新型冷作模具鋼新型冷作模具鋼1. 1. 高韌性、高耐磨性模具鋼高韌性、高耐磨性模具鋼 8Cr8Mo2VSi 8Cr8Mo2VSi、Cr8Mo2V2WSiCr8Mo2V2WSi等。等。 2. 2. 粉末冶金冷作模具鋼粉末冶金冷作模具鋼 用水霧化法將鋼水霧化成細小鋼粉末，通過快速凝固，用水霧化法將鋼水霧化成細小鋼粉末，通過快速凝固，每顆粉末中的高合金萊氏體得到細化，顯著改善燒結(jié)后鋼每顆粉末中的高合金萊氏體得到細化，顯著改善燒結(jié)后鋼的韌性。可以生產(chǎn)用傳統(tǒng)冶金方法難以生產(chǎn)的高碳高合金的韌性?？梢陨a(chǎn)用傳統(tǒng)冶金方法難以生產(chǎn)的高碳高合金冷作模具鋼。使鋼中含有更多的硬質(zhì)碳化物冷作模具鋼。使鋼中含有更多的硬質(zhì)碳化物VCVC，具有更，具有更高的耐磨性。高的耐磨性。 4.5 4.5 熱作模具鋼熱作模具鋼 n 金屬的熱成型主要有兩種途徑金屬的熱成型主要有兩種途徑 錘鍛、擠壓；錘鍛、擠壓； 壓鑄壓鑄n 工作條件對熱作模具鋼提出的熱性能要求工作條件對熱作模具鋼提出的熱性能要求 高溫硬度、高溫強度、高抗熱塑性變形能力、高高溫硬度、高溫強度、高抗熱塑性變形能力、高韌性、高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性。韌性、高抗熱疲勞、