《工具和模具钢》PPT课件.ppt

第六章 工具钢,刃具钢：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。 模具钢：制造冷冲模、冷挤压模、热锻模等成型模具。 量具钢：制造各种度量工具如卡尺、千分尺、块规等。,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。,量 具,刃 具,6-1 刃具钢,工作条件与性能要求,（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。,失效形式有卷刃、崩刃和折断，但最普遍的是磨损。,（4）一定的强韧性 承受冲击、振动载荷,一、刃具钢特点：,含碳量：高碳 0.6%1.5%，保证高硬度、高耐磨性,3.热处理：球化退火、淬火+低温回火,防止氧化脱碳盐浴炉或真空炉加热,最终组织：M回+K（碳化物） + A,2.成分特点：,主加元素：Cr、W、Mo、V等，提高强度、硬度、 耐磨性，细化晶粒,辅加元素：Mn、Ni、Si等，提高淬透性，强化铁素体,二 、碳素及低合金刃具钢,（一）碳素工具钢,1、钢号,T7、T8A、T10A、T12A,随含碳量增加，硬度、耐磨性增加，但韧性降低。,2、用途,用于 制造低速、低温(200）、 低冲击、硬度在HRC62左右的刃具。,錾子、凿子、冲子多采用T7、T8A,锉刀、刨刀多采用T12A、 T13A,小钻头、丝锥、低速车刀多采用T9T11A,3、加工路线,下料锻造球化退火 机加工淬火+ 低温回火,最终热处理：,淬火加热温度：760780 回火温度：180 200 ,手 锤,锉 刀,冲头,组织: M回 + Fe3C + A,（二）低合金刃具钢,1、含碳量：1%左右,2、合金元素：,Cr、W、V、Si、 Mn等,提高硬度、耐磨性、强度和淬透性,3、常用低合金刃具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn,4、主要用途：丝锥、板牙、绞刀、载荷较小的冷冲 模等，使用温度不能超过250300,热处理：球化退火、 淬火+低温回火,组织: M回 + K+ A,板牙,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。,（一）用途 高速切削的刃具车、铣、刨、拉刀、钻头和丝锥 工作温度达500600时硬度仍可保持60HRC以上。,典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,（二）合金化,1、C 0.7%1.4% 固溶在马氏体中和形成合金碳化物。 保证钢淬火后马氏体具有高硬度，同时提高耐磨性。,2、W和Mo 提高红硬性 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。,(三) W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点,铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次570回火 磨削加工,铸造:高速钢属于莱氏体钢，铸态组织 中含有大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物，钢的韧性大 幅下降。,高速钢铸态组织,锻造：鱼骨状碳化物不能用热处理来消除，只能依 靠反复多次锻打来击碎。,1.预先热处理球化退火,热处理,球化退火后的组织 : S + 粒状 K,目的：降低硬度，以利切削加工；使碳化物形成均匀分布的颗粒状，为最终热处理做好组织准备。,高速钢锻造退火后组织,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）淬火 加热 淬火加热温度 ： 12601280 为了获得二次硬化效果，加热温度必须高于1200 ,2.最终热处理淬火回火,加热用盐浴炉或真空炉,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。,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,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。,冷却（根据尺寸大小和形状复杂程度选择）,淬火后的组织：M+粒状K+A(2025%),硬度为6263HRC,防止珠光体转变,内外温度均匀后空冷减小变形,淬火组织未溶碳化物+隐针马氏体+残余奥氏体,（2）回火二次硬化,回火后硬度6365HRC,AM,20%25%A,5%A ,1%2%A ,15%A ,为什么要进行三次回火？,回火组织M回+K+A,6-2 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,曲轴模具,一、热作模具钢,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。如热锻模、热挤压模及压铸模等,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 与工件间强烈摩擦作用,足够的淬透性 模具一般体积较大,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,V、W、 Mo等合金元素 提高耐磨性、红硬性、耐热疲劳性能及抑制第二类回火脆性,增加淬透性，强化铁素体，提高强度、韧性及回火稳定性,常用钢号： 5CrMnMo（中小型热锻模具）、5CrNiMo（大型热锻模具） 3Cr2W8V 压铸模用钢（用于制造有色金属的压铸模和热挤压模）,Cr、 Ni、Mn、Si,汽车四缸压铸模,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,预冷,油淬,回火屈氏体或回火索氏体,5CrMnMo的淬火及回火工艺,降低淬火应力减少变形,防止开裂,大型热锻模：淬火高温回火,中、小型热锻模：淬火中温回火,压铸模、热挤压模：淬火高温回火（560630）,属于接近室温状态下 对金属进行冷变形加工的模具。,二、冷作模具钢 制造冲压、冷挤压、冷镦模具,汽车冲压模具,1、冷作模具的工作条件、性能要求,高硬度 良好的耐磨性 足够的强度和韧性,常温下使坯料变形，变形抗力大且存在加工硬化，模具工作部分受到强烈的挤压、摩擦和冲击。,失效：脆断、磨损、变形,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。,冷作模具的选材见p163表6-16,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。,3、冷作模具的热处理,锻造后球化退火,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（低温回火150180 或高温回火500520）,Cr12MoV的淬火及回火工艺,二次硬化,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。,8-3 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）与被测工件接触，受到磨损与碰撞,2、具有高的尺寸稳定性,3、有一定的韧性,二、量具用钢,尺寸小、形状简单、精度较低的卡尺、样板、量规等 T10A、T12A 2. 使用中易受冲击、精度不高量具，如卡规、直尺 10钢、15钢经渗碳淬火及低温回火 50、55、60、60Mn、65Mn钢经调质处理后感应加热表面淬火加低温回火。,2、高精度的量具,采用热处理变形小的钢CrMn、CrWMn、GCr15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+AK 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