第四章工具钢.ppt
第四章 工具钢,工具钢：刃具用钢模具钢 量具钢,使用性能要求的共同点：高硬度、高耐磨性,各自特殊性的要求： 刃具钢：高硬度、高耐磨性外，红硬性、强度、韧性 冷作模具钢：高硬度、高耐磨性外、高强度、高韧性 热作模具钢：高硬度、高耐磨性外，高的回火稳定 性、高耐热疲劳性,第四章 工具钢,按化学成份分为：碳素工具钢，合金工具钢，高速钢,成份： 高C（0.651.55%） 高硬度、高耐磨性， Mn、 Si 非C化物形成元素，主要提高淬透性， Cr, W, Mo,V 提高率透性，增加回火稳定性， 较多的W、Mo、V、Co等提高红硬性。 S、P0.020.03%（高纯洁度要求） 使用状态组织：回火马化体+C化物颗粒+少量残A,第一节 碳素及低合金工具钢,碳素刃具钢 T7、T7A、T13、T13A C：0.65%1.35%高碳 热处理及使用态组织： 亚共析 最终热处理：完全淬火（AC3+30-50） 低温回火回火细针马氏体+少量残A 过共析：球化退火+不完全 淬火（Ac1+30-50）+ 低温回火 回火隐晶马氏体+未溶C化物颗 粒+少量残A,碳素工具钢,碳素工具钢,注意的问题： 及时回火（应力大，变形开裂倾向）；石 墨化问题（高温下长时间保温）；脱C问题 缺点：淬透性低；红硬性差；耐磨性不够,在碳素工具钢的基础上添加合金元素而成 C：0.75-1.5%， 合金元素5% Cr，Mn，Si（提高淬透性，强化马氏体基体，提高回火稳定性）； W，V（形成C化物，细化晶粒，红硬性）； 石墨化，Si+Cr，减少石墨化倾向 低合金工具钢优点：（相对C素钢） 淬透性，变形开裂倾向小（因为可以使用较缓和的介质）耐磨性，红硬性,低合金工具钢,低合金工具钢,两个体系： 高淬透性 Cr Cr2 9SiCr CrWMn 等。 淬透直径大，尺寸较大的刀具。 CrWMn：Mn使有较多残A，淬火变形小，低变形 钢，高硬度HRC 64-66 高耐磨性 Cr06，W，W2及CrW5 淬透性不大尺寸不大，如雕刻工具，高硬度、高耐磨。 热处理：预备热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火，使用状态组织：回火隐晶马氏体+剩余C化物颗粒+残A（导热差，淬火预热，分级加热）,第二节 高速工具钢,大幅提高钢的红硬性 低合金刃具钢：250硬度大幅下降60HRC 高红硬性，600以上，硬度60HRC 高淬透性：风钢之称（中小型刃具在空气中能淬透） 切削速度24倍，寿命815倍。 含有大量 W，Mo， Cr, V， Co等合金元素（合金元素为高耐磨性服务，因为量大，很容易得到马氏体）,高速工具钢,高C 高合金 C： 0.71.65% W: 022% Mo 0-10% Cr 4% V: 15% Co 0-12% 各元素作用：p6566 C: 淬透性及马氏体 C浓度，硬度 C与Cr、W、Mo、V等形成C化物，硬度，耐磨 性，红硬性 C含量 过高 过低都不好，平衡C理论 C = 0.033W + 0.063Mo + 0.06Cr+0.200V,高速工具钢,b、合金元素 红硬性 Cr. W. Mo. V大量细小，弥散、坚硬，不易聚集 长大的C化物二次硬化 W 维持马氏体晶格，马氏体高温稳定性 固溶Cr. W. Mo等高温（500-600）固溶效果好， 使基体有热强性 Cr 高温氧化能力, Cr 减少粘刀 Co 高速钢熔点 淬火温度 Cr. Mo. W.V等合金元素溶解，固溶强化基体 减慢合金C化物析出和聚集长大，细化C化物 二 次硬化能力及红硬性（P66，figure 410） CoW金属间化合物，弥散强化,高速工具钢系列,W系 （W18Cr4V 为代表）高硬，高耐磨，高红硬 性，但脆性大，产生崩刃（C化物不均匀所致） Mo系：Mo8Cr4V2为代表，高硬，高耐磨，高红硬，C 化物不均匀性小，韧性高，但脱C倾向性大， 且过热敏感性大） W-Mo系：W6Mo5Cr4V2为代表（高温轴承），小的脱C 敏感性与过热敏感性，脆性小，韧性高（红 硬性最低） 高钒高速 进一步提高红硬性和耐磨性 高钴高速 进一步提高红硬性， 超硬高速 加工难切削材料,高速钢的铸态组织及其压力加工,高C高合金，铸态有共晶体（莱氏体） p60,figure 4-2 C化物量大且分布不均匀， C化物分布不均的危害 p61, read together 消除高速钢中碳化物分布不均匀性的方法 p61,read together,高速工具钢的热处理,W18Cr4V, Accm 1330 球化退火（Ac1+20-30） 目的：降低硬度，便于机加工，为淬火作组织准备。 退火后组织：索氏体基体上分布着均匀的C化物颗粒）。退火温度太高不好（中Me，冷却时稳定性差，易得到M，硬度太高） 淬火， 两次预热：减小变形开裂倾向；减小高 温氧化及过热倾向 高温淬火：加热温度，（1280，Accm以下尽可能 高）促进C化物溶解，即合金元素的含量，保 证红硬性（马氏体中合金元素含量，回 火稳定性） 冷却：大、中尺寸，油冷；小尺寸刃具， 分级淬火、等温淬火 （高速钢淬火后的正常组织，p63， figure 46，过烧组织，47）,高速工具钢热处理,三次高温回火：560，回火时马氏体，残A变化， 未溶C化物不变化 组织：马氏体（60%）+残A（30%）+C化物颗粒（10%） 560左右，回火时硬度，抗弯强度达到峰值 p64， figure 48，figure 49 二个原因：二次硬化+二次淬火 大量的W、Mo、V的C化物析出，C化物粒状细小，弥散，均 匀，弥散分布（第二相强化）二次硬化 残A应力释放，析出C化物，C和合金含量，残AM，硬度 二次淬火现象 600以上回火，C化物聚集，硬度,W18Cr4V, Accm 1330,高速工具钢的热处理,高速钢热处理： 球化退火+（二次预热）+高温淬火+三次高温回火 使用态组织：回火马氏体（6570%）+ C化物颗粒（20%-25%）+残A（5%左右） （插入 “王” p75，figure 4.6）,总结:,第三节 冷作模具钢,冷变形模具（又称冷作模具）包括拉延模、拔丝模、压弯模、冲裁模(落料、冲孔、修边模、冲头等)、冷镦模和冷挤压模等。 使用性能要求： 高淬透性，更高耐磨性，更高韧性,冷作模具钢钢种,（1）尺寸小，形状简单，轻负荷的冷作模具 优质C素工具钢，T7A，T8A等 缺点：淬透性低，淬火变形大，耐磨性低。 （2）尺寸大，形状复杂，轻负荷的冷作模具 （淬透性必须高，变形必须小，耐磨要求不高） 9SiCr， CrWMn，GCr15 等（低变形钢），它们淬 透性大， 油冷即可，变形开裂倾向小 （3）尺寸大，形状复杂，重负荷（中、高合金 钢，高速钢）,高铬及中铬的模具钢,高铬及中铬的模具钢 Cr12(C2.002.30%)；Cr6WV 高C，高合金，注意： a.C化物不均匀性及危害，去除方法、铸态多次墩粗，拉伸去除；锻造后正火去除 b.加热时分级预热 热处理： 一次硬化法：球化退火+低温淬火+低温回火 组织：回火马氏体+粒状C化物+少量残A 二次硬化法：球化退火+高温淬火+23次高温回火 组织：回火马氏体+粒状C化物+少量残A 高硬度，高耐磨，高红硬，但韧性低，变形大，少用,高速钢用作冷作模具,a. C化物不均匀性及危害，消除方法 b、分级加热 刃具：高温淬火（1280） 十 三次高温回火 模具时：低温淬火(1190) + 低温回火，高硬度, 高耐磨，高韧性 韧性与马氏体晶粒度有关，高温淬火晶粒大，韧 性，脆性大； 与C化物析出有关，高温回火大量C化物析出， 韧性,基体钢和低碳高速钢,基体钢：p68， 低碳高速钢： p68,高韧性冷作模具钢,切边模，冲裁模，刃口单薄受冲击大，冲击韧性要大。 降低含C量 C化物折出; Si,Cr 加入固溶强化，提高回火稳定，从而回 火温度，充分消除淬火应力，又保持硬度; 加入W等形成难熔C化物，细化晶粒，韧性; 8Cr8Mo2V2Si,第四节 热作模具钢,与冷作模具相比，使用条件(p69)，性能要求： （1）模腔表层金属受热（热挤压模500-800受热， 锤锻模，400以上） 高温硬度，高温强度，高温塑变抗力，即钢的回火稳定性要高，加入Cr,W.Si等提高回火稳定性，而非红硬性，只要有强度即可 （2）抗热疲劳性能 反复的热胀冷缩要求高的热疲劳抗力，其影响因素 a、钢的导热性，这与C含量有关，选用中C钢（0.30.6），C太低也不利（硬度，强度下降） b、钢的临界点影响，AC1，疲劳倾向性小 (Cr,W,Si提高临界点),锤锻模,要求：冲击韧性（冲击力大）， 淬透性要求高（模具尺寸 较大，而且要求组织和性能均匀） 常用的锤锻模钢，以5CrNiMo，5CrMnMo最常用，成分 与调质钢相近，只是C含量较高 Cr提高淬透性，耐磨性及回火稳定性， Ni提高韧性，淬透性，耐热疲劳性。 Mn代替Ni，淬透性，但强度，韧性不如含Ni Mo：细化晶粒，提高韧性及减小回火脆性 热处理：淬火+高温回火（450-500） 组织：回火索氏体（回火屈低体）+ 残A（高强、 高韧）,热挤压模用钢,性能要求：高的高温强度和高的耐热疲劳性能，冲 击韧性要求不高，因为加载速度慢 常用钢种： 3Cr2W8V 半高速钢，是高热强钢，有明显的二次硬化效果，热硬性，热强性，回火稳定性都较高，能在600-650长期股役） H13(4Cr5MoSiV1)(进口) （韧性与热疲劳抗力都较前者高） 热处理： 冲击负荷大的模具：低温淬火（1100以下） 工作温度高但冲击负荷不大的模具：高温淬火（1140-1150） 回火：560-660，多次回火，550回火，出现二次硬化效果。 组织：回火马化体+粒状炭化物残A,压铸模用钢,要求与热挤压模相近，选钢种相 近，但对不同熔点的合金压铸，选材 不同。 低熔点合金：调质钢40Cr,40CrMo A1，Mg，可用热挤压模具用钢， 4CrW2Si（高韧冷作模、热挤压、模 压铸模均可用） 高熔点：Cu, 可用3Cr2W8V,
