第二节-合金工具钢

第二节合金工具钢一、刃具钢二、模具钢三、量具钢刃具钢：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具的钢类。模具钢量具钢工具钢是用于制造各类切削工具、模具和量具的钢类。按化学成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢；按退火组织可分为亚共析钢、过共析钢和莱氏体钢；按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。一、刃具钢（一）对性能要求1、高硬度必须具有比被加工工件更高的硬度，一般高于60HRC。2、高耐磨性刀具的刃部和金属毛坯存在摩擦3、高热硬性（在温度较高的情况下也能保持高硬度，这种性能称为热硬性）切削过程中因摩擦生热使刀具的温度升高。刀具损坏的主要形式是磨损，但有时会因突然加载或强度、韧性不足而折断，因此，刃具钢经适当热处理后应具有高的硬度、耐磨性和热硬性，足够的强度，一定的韧性，以及良好的工艺性。含碳量：0.6%~1.5%热处理：淬火+回火防止氧化脱碳——盐浴炉或真空炉加热组织：M回+K（碳化物）+A'（二）碳素及低合金刃具钢冲头1、碳素刃具钢1)钢号T7、T8A、T10A、T12A随含碳量增加，耐磨性增加。2)用途在常温下使用的凿子、冲头、剪刀、木工工具、刨刀、拉丝模等，见表6-10。3)加工路线下料→锻造→球化退火→机加工→淬火+低温回火热处理淬火加热温度：760℃~780℃回火温度：180℃~200℃2、低合金刃具钢1）含碳量：1%左右2）合金元素：Cr、Mn、W、V、Si等提高淬透性和耐磨性（合金渗碳体更耐磨）3）常用低合金刃具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn4）主要用途：丝锥、板牙、绞刀、载荷较小的冷冲模等热处理：淬火+低温回火为了减小变形，形状简单可取消等温（三）高速钢特点：使用时因高速摩擦产生热量大，使刃具温度很高，因而对热硬性和耐磨性要求非常高。1、用途高速切削的刃具——车、铣、刨、拉刀、钻头和丝锥典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V22、合金化1）C0.7%~1.4%固溶在马氏体中和形成合金碳化物。2）W和Mo这两个元素可以互相代替，主要形成Fe4W2C等多种化合物，熔点高（细化晶粒），耐磨性比Fe3C高，固溶于M中的W在回火时W2C产生二次硬化（热硬性高）3）Cr增加淬透性和耐磨性——风钢（小尺寸空冷，大尺寸可以油淬+空冷）4）V提高耐磨性和热硬性，回火时析出VC产生二次硬化并使耐磨性显著提高。1）预先热处理—球化退火由于合金元素高使临界点升高3、热处理高速钢铸态组织莱氏体（碳化物呈鱼骨状分布）T或SM+A'高速钢锻造退火后组织KS工艺非常特殊——加热温度最高、回火温度最高（在高硬度范围内）、回火次数最多（三次）。（1）加热温度加热温度范围很宽1000℃~1300℃但为了获得二次硬化效果，加热温度必须高于1200℃2）最终热处理由于合金元素多，导热性差，要求升温速度要慢，否则加热时会因热应力而开裂。加热用盐浴炉或真空炉空冷——小尺寸。先油冷后空冷——尺寸较大、但形状较简单。分级淬火——形状复杂，对变形量要求高。（2）加热和冷却a）盐浴炉加热加热速度快，适合小批量预热在A1温度附近（800℃~840℃）必须预热一次如果尺寸大，还需在500℃~650℃和1000℃~1100℃再预热冷却（根据尺寸大小和形状复杂程度选择）防止珠光体转变内外温度均匀后空冷减小变形b）真空炉加热加热速度慢、适合大批量不需要预热。冷却采用高压气淬，容易控制冷却速度淬火组织——未溶碳化物+隐针马氏体+残余奥氏体未溶K隐针M+A'高温奥氏体晶界（3）回火——二次硬化析出W2C和VCA'→M1h560℃空冷A'→M560℃空冷1h560℃空冷1h20%~25%A'5%A'1%~2%A'15%A'时间温度回火组织——M回+K+A'未溶KM回+A'二、模具钢模具钢：用于制造冲压、模锻、挤压、压铸等模具的钢根据模具工作条件的不同可分为热作模具和冷作模具（一）热作模具钢——制造热锻模具和压铸模具热作模具属于受热状态下对金属进行变形加工的模具，也称为热变形模具。1、热作模具的工作条件及性能要求足够的强韧性热作模具工作的过程中受到很大的压应力、张应力、弯曲应力及冲击应力足够的硬度和耐磨性足够的淬透性良好的耐热疲劳性热作模具反复受热和冷却，易发生热疲劳而龟裂2、热作模具的化学成分碳含量≤0.5%含碳量较低，保证足够的韧性常含有Cr、Ni、Mo、Mn等合金元素增加淬透性，强化铁素体常用钢号：5CrMnMo（中小型热锻模具）、5CrNiMo（大型热锻模具）3、热作模具的热处理锻造后退火消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为随后的淬火作组织准备。淬火及回火回火500~540820~850预冷油淬500回火屈氏体和回火索氏体5CrMnMo的淬火及回火工艺降低淬火应力减少变形防止开裂属于接近室温状态下对金属进行冷变形加工的模具。1、冷作模具的性能要求高硬度良好的耐磨性足够的强度和韧性2、冷作模具的化学成分（和刃具钢基本相似）刃具钢T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等都可以作为冷作模具钢。对于尺寸较大的重载或要求精度较高、热处理变形小的模具，一般用Cr12、Cr12MoV等。（二）冷作模具钢—制造冲压、挤压、冷镦模具冷作模具的选材见p163表6-163、冷作模具的热处理锻造后退火消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为随后的淬火作组织准备。淬火及回火根据使用条件和硬度范围选择回火种类Cr12MoV的淬火及回火工艺250~275回火960~1050800~830油淬空冷为了提高模具的耐磨性、抗疲劳能力及减小变形，延长模具的使用寿命，也可采用渗氮、氮碳共渗（软氮化）和渗硼等对模具局部表面进行化学热处理。三、量具钢（一）对量具钢的要求1、量具的工作部分应具有高的硬度和耐磨性（＞62HRC）2、具有高的尺寸稳定性3、有一定的韧性（二）量具用钢1、精度低、形状简单的量具T10A、T12A、9SiCr10钢、15钢经渗碳淬火及低温回火50、55、60、60Mn、65Mn钢经感应加热表面淬火2、高精度的量具采用热处理变形小的钢CrMn、CrWMn等。（三）量具钢的热处理1、精度低、形状简单的量具淬火及低温回火，得到M回+A'存在一定的淬火应力2、高精度的量具淬火→冷处理→低温回火→时效处理→精磨或研磨820~840研磨时效处理110~12036h140~1603h油冷冷处理-75~-783h110~1203h精磨≈650随堂思考题1．冲硅钢片用的模具可选用的材料是（）。(a)45(b)CrWMn(c)Cr12MoV(d)42CrMo2.形状简单的小冲头可选用的材料是（）。(a)45(b)CrWMn(c)35(d)42CrMo3．压铸铝合金用的模具，其合适的材料和热处理工艺是（）。(a)45调质(b)5CrMnMo淬火低温回火(c)3Cr2W8V调质+渗氮(d)W18Cr4V淬火+200℃回火4．手工使用的錾子、凿子、冲子等多采用()（a）50（b）T7和T8A（c）CrWMn（d）W18Cr4V5．锉刀、刨刀等要求硬度和耐磨性高的刃具采用（）（a）T7（b）T12A、T13A（c）1Cr18Ni9Ti（d）60Si2Mn6．小钻头、丝锥、低速车刀等多采用（）（a）5CrMnMo（b）W18Cr4V（c）T9～T11(A)（d）42CrMo7．板牙、长丝锥、长铰刀以及一些精密量具（如游标卡尺、块规等）和形状复杂的冷作模具可以选用（）（a）CrWMn（b）T7（c）45（d）60Si2Mn8．重载的冲孔落料模可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）Cr12MoV（d）9SiCr9．重载的拉丝模可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）Cr12（d）9SiCr10．重载的冲孔用的冲头可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）W18Cr4V（d）9SiCr11.热锻模可以选用（）。（a）CrWMn（b）5CrMnMo（c）40Cr（d）451．GCr15轴承钢不能用于制造刃具。（）2．W18Cr4V高速钢不能用来制造冷冲模具。（）3．高速钢的淬火加热温度不能低于1150℃。（）