第四章工具鋼

第四章工具鋼按用途分為:刃具鋼模具鋼量具鋼模具刃具量具第四章

工具鋼第四章

工具鋼4.1概述工具鋼一般特點(diǎn)（與結(jié)構(gòu)鋼比）一、工作條件：局部壓應(yīng)力為主、磨損；有的升溫

金屬切削:擠壓變形+切離過程，彈、塑性變形，擠裂和切離。第1變形區(qū)近切削刃處層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)；第2變形區(qū)與前刀面接觸的切屑底層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)；第3變形區(qū)近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。第四章

工具鋼受壓二、性能要求：1.高硬度（HRC≥60）2.高耐磨性；3.有的高紅硬性含義:高溫下保持高硬度的能力；表征：HRC=60的溫度、或560℃下硬度。第四章

工具鋼突出受壓下指標(biāo)，故塑性、韌性要求低。要優(yōu)化耐磨性/韌性矛盾第四章

工具鋼用來制造各種切削刀具的鋼種。4.2刃具鋼切削加工工作條件:靠刃部剝離，劇烈磨損，高摩擦熱。深孔及盲孔，高速切削→刃部升溫軟化第四章

工具鋼4.2刃具鋼㈠性能要求1、高硬度

(≥HRC60),主要取決于含碳量。2、高耐磨性

靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來達(dá)到。3、高熱硬性

即高溫下保持高硬度的能力。4、足夠的韌性

以防止脆斷和崩刃。切削加工的基本形式第四章

工具鋼㈡碳素工具鋼共有七個(gè)牌號：T7~T13

1、成分特點(diǎn)：高碳(0.65~1.35%C)

隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。

碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料第四章

工具鋼4.2刃具鋼碳素工具鋼牌號：T*（T**），如T8，T12第四章

工具鋼4.2刃具鋼T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加“A”，如T8A。性能特點(diǎn)：滿足一般高硬度、高耐磨性。

C%-性能。致命弱點(diǎn)：淬透性低、無紅硬性。第四章

工具鋼4.2刃具鋼2、熱處理及組織⑴熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②為淬火作組織準(zhǔn)備。⑵使用狀態(tài)下的組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

球狀珠光體T12鋼正常淬火組織第四章

工具鋼4.2刃具鋼T12鋼組織

(退火)網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體正火絲錐銼刀第四章

工具鋼4.2刃具鋼熱處理：①正火+球化退火，球P。②淬火+低溫回火→高碳回火M+未溶球狀Fe3C。

▲防變形開裂。3、用途∵碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。木工鑿手錘木工鉆第四章

工具鋼4.2刃具鋼低速；小件、簡單件。便宜。木工、五金工具第四章

工具鋼4.2刃具鋼紅酸枝袖珍刨子

T10~T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐銼刀手鋸條鉆頭T12手動(dòng)鋼鋸片第四章

工具鋼4.2刃具鋼1、成分特點(diǎn)：⑴高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高耐回火性：Si③提高耐磨性、細(xì)化晶粒:W、V㈢低合金工具鋼碳素工具鋼基礎(chǔ)+少量合金元素(≤3~5%)低合金工具鋼制品第四章

工具鋼4.2刃具鋼④↑Fe3C穩(wěn)定性含C量+Me+該Me百分含量+……當(dāng)含C量小于1.00%時(shí)，含C量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含C量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含C量大于1.00%時(shí)，不標(biāo)含C量。銑刀第四章

工具鋼

合金工具鋼合金刃具鋼牌號合金元素及含量千分之幾的含碳量

9SiCrW18Cr4V第四章

工具鋼

合金工具鋼高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).※Me種類同彈簧鋼；

※可5%W?！鵆高，故K較多。第四章

工具鋼合金工具鋼第四章

工具鋼合金工具鋼淬透性↑↑↑耐磨性↑，紅硬性仍差。仍屬低速不做木工和五金工具GCr15→Cr22、熱處理及組織同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油(碳素工具鋼為水)。使用狀態(tài)下的組織為：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

3、常用鋼號及用途應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等.

絲錐板牙低合金工具鋼扳手第四章

工具鋼合金工具鋼加工或修正外螺紋的螺紋加工工具。相當(dāng)于一個(gè)具有很高硬度的螺母ThreadingDie板牙熱處理：基本同碳工鋼。

但常用等溫淬火、分級淬火。高碳回火M+未溶K（合金Fe3C、VC）第四章

工具鋼

小徑定心漸開線花鍵拉刀圓拉刀鍵槽拉刀第四章

工具鋼9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線板牙㈣高速鋼（鋒鋼、風(fēng)鋼、18-4-1鋼）高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時(shí),HRC63以上)、有一定的強(qiáng)度和韌性。銑刀鉆頭車刀1、性能特點(diǎn):高熱硬性(600℃)、高淬透性2、成分特點(diǎn)⑴高碳:0.70~1.5%C⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高熱硬性、耐磨性:W、Mo、V制造高速切削刃具用鋼。高速鋼冷軋鋼帶高速鋼形材第四章

工具鋼高C0.7～1.5%:W18%:Mo5%:保證高硬度退火狀態(tài)下形成M6C碳化物,在560℃左右回火時(shí),彌散析出W2C,

造成二次硬化,提高鋼的紅硬性。1%Mo的作用等同于2%W。第四章

工具鋼Cr4%:形成Cr23C6碳化物;提高鋼的淬透性。V1.5%:形成VC,硬度極高,

提高鋼的硬度和耐磨性,產(chǎn)生二次硬化。第四章

工具鋼C：共析、過共析。保證M中0.5%C、及大量K。Me：~18W（或W+Mo×2≈18）、4Cr、1~5V。（超硬型：5~12Co、1Al）成分第四章

工具鋼√W：二次硬化獲高紅硬性。平衡態(tài)M6C型。淬火加熱（~1300℃）:約1/2溶入A→快冷M（高回火穩(wěn)定性）→高溫回火→回M（析出極高硬度、高彌散、與M共格的W2C）→二次硬化。（未溶的M6C細(xì)化A、↑耐磨性）

第四章

工具鋼Cr：平衡態(tài)M23C6型。淬火加熱全溶入A，↑淬透性；↓Ms，↑殘余A；一定抗氧化性（高溫回火析出Cr23C6，也↑耐磨性）第四章

工具鋼V：平衡態(tài)MC型。淬火加熱~1/3溶入A→高溫回火析出VC→二次硬化。

未溶的細(xì)化、↑耐磨性第四章

工具鋼Co（機(jī)理還不十分清楚）：基本全固溶（部分可形成金屬間化合物如CoW）↑淬火加熱溫度（Co↑熔點(diǎn)），↑A中合金含量；

回火時(shí)↑Mo2C形核率、并↓其長大，進(jìn)一步↑紅硬性。

但Co提高C活度，淬火加熱易脫碳，故需保護(hù)。第四章

工具鋼鋼種、分類通用型W系：18-4-1；W的K易粗大、不均勻，脆性大。Mo系：0-8-4-2；Mo的K均勻細(xì)小，脆性小，950-1150℃具良好熱塑性。但穩(wěn)定性不如W系，加熱時(shí)易分解造成脫碳與Mo的揮發(fā)。（淬火控溫與氣氛保護(hù)）W-Mo系：6-5-4-2；取長補(bǔ)短。切削HB≯230結(jié)構(gòu)鋼、灰鐵第四章

工具鋼超硬型。更高紅硬性（HRC可達(dá)70）；切削HB≯350的結(jié)構(gòu)鋼、灰鐵；軟金屬。難磨削。①高C高V（3~5V）②高Co（5~12Co）③高C高V高Co④+Al。

第四章

工具鋼平衡組織室溫平衡組織：P,

+萊氏體,

+二次K（M6C）。（實(shí)際上，還有VC、Cr23C6，而未見Fe3C，故僅為近似。）第四章

工具鋼萊氏體萊氏體萊氏體第四章

工具鋼不平衡結(jié)晶：

①包晶難。則多余δ→（γ+K）即δ共析體。

第四章

工具鋼δ共析體δ共析體δ共析體第四章

工具鋼②γ共析轉(zhuǎn)變及析出二次K可被抑制（淬透性高）。

則γ→M+殘余A

。第四章

工具鋼M+殘余AM+殘余AM+殘余A第四章

工具鋼室溫鑄態(tài)組織：

M+殘余A,

+

δ共析體（黑色組織）,

+萊氏體，二次K。第四章

工具鋼W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織3、加工與熱處理高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織:由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。第四章

工具鋼{M+殘余A}（白亮）+δ共析體（黑色組織）+萊氏體（魚骨狀）W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)鑄造鍛造球化退火機(jī)加工淬火+三次570℃回火磨削加工

鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。第四章

工具鋼W18Cr4V鑄態(tài)組織420

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織圖第四章

工具鋼⑴鍛造目的：打碎粗大的魚骨狀碳化物，使其均勻分布于基體中。第四章

工具鋼鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織210

第四章

工具鋼M+殘余A（~15%）+K（~20%）⑵退火目的：球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,降低硬度，便于機(jī)加工,為淬火作好組織準(zhǔn)備。第四章

工具鋼W18Cr4V鋼的退火組織

W18Cr4V球化退火組織退火后組織：S+30%K，HB200～250，易切削⑶淬火目的:獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高(>1200℃)。淬火后組織：

M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V鋼的淬火組織Fe77W18Cr4V1—C相圖第四章

工具鋼W18Cr4V鋼淬火組織

W18Cr4V淬火組織300第四章

工具鋼M+殘余A（25%）+未溶K（10%）（M6C、MC）的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms點(diǎn)上升，回火冷卻時(shí)，A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸。每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。⑷回火目的：主要為減少A’。穩(wěn)定組織,消除內(nèi)應(yīng)力。常用560℃三次回火.回火時(shí)的組織變化：①析出W、Mo、V高速鋼硬度與回火溫度關(guān)系第四章

工具鋼三次570℃回火在570℃回火時(shí),產(chǎn)生二次硬化。第四章

工具鋼

W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖第四章

工具鋼三次570℃回火*淬火后A’約20～25%。*第一次回火后A’約剩15～18%。*第二次回火后A’約剩3～5%。*第三次回火后A’約剩1～2%?；鼗鸷蟮慕M織:M回+Cm+A’(1～2%)組織硬度為HRC65以上。第四章

工具鋼

W18Cr4V淬火+一次回火組織W18Cr4V淬火+一次回火組織105第四章

工具鋼一次回火：回M+M+殘余A（5%）+未溶K

W18Cr4V淬火+三次回火組織W18Cr4V淬火+三次回火組織420

第四章

工具鋼二次回火：回M+回M+M+未溶K（10%）三次回火：回M+回M+回M+未溶K（10%）W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織4、使用狀態(tài)下組織

M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）第四章

工具鋼高速鋼熱處理缺陷金相組織－過熱第四章

工具鋼高速鋼熱處理缺陷金相組織－過燒第四章

工具鋼不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織鑄態(tài)淬火回火態(tài)淬火態(tài)退火態(tài)第四章

工具鋼5、常用鋼號及用途常用鋼號為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。第四章

工具鋼車刀銑刀高速鋼銑刀鉆頭汽車沖壓模具用以制造冷熱模具的鋼種.㈠冷作模具鋼工作溫度為200～300℃。制造金屬冷成型模具鋼種.1、性能要求⑴高硬度和耐磨性。⑵足夠的強(qiáng)度和韌性。⑶良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）4.3、模具鋼2、常用鋼種⑴小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具,可用碳素工具鋼和低合金工具鋼制造。⑵截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具鋼制造.①成分特點(diǎn)：高C(1.4~2.3%C)；高Cr(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，細(xì)化晶粒。第四章

工具鋼Cr12鋼冷沖壓件②加工及熱處理：Cr12型模具鋼也是萊氏體鋼，需進(jìn)行鍛造、退火,目的同高速鋼.③常用鋼號為Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。最終熱處理為:淬火+低溫回火使用狀態(tài)下的組織:M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)汽車外板冷沖模第四章

工具鋼*一次硬化法:

淬火+低溫回火

(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:

淬火+三次回火

(1100～1000℃)(510～520℃)熱處理后的組織:

M回

+Cm+A殘熱處理特點(diǎn)第四章

工具鋼㈡熱作模具鋼制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具鋼種工作溫度為600℃以上1、性能要求⑴高溫下良好的綜合力學(xué)性能。⑵抗熱疲勞性能。⑶高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。曲軸模具熱模鍛曲軸毛坯第四章

工具鋼高的熱硬性、高溫耐磨性;高的抗氧化能力;高的熱強(qiáng)性和足夠