--合金工具钢

1、合金工具钢主要用于制造刃具、模具、量具等工具。合金工具钢主要用于制造刃具、模具、量具等工具。这些工具要求高硬度和耐磨性，并具有一定的韧性和较小的变形。这些工具要求高硬度和耐磨性，并具有一定的韧性和较小的变形。合金工具钢按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三类合金工具钢按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三类 刃刃 具具模模 具具 量量 具具合金刃具钢主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。合金刃具钢主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。 碳质量分数高：碳质量分数高：0.900.901.501.50之间。之间。合金元素总量在合金元素总量在3.03.0以下。以下。主要元素：主要元

2、素：CrCr、MnMn、SiSi、V V、W W等。等。 CrCr、SiSi可增大淬透性和回火稳定性，保持红硬性；可增大淬透性和回火稳定性，保持红硬性； CrCr、MnMn、V V、W W可细化碳化物，增加耐磨性，细化晶粒提高韧性。可细化碳化物，增加耐磨性，细化晶粒提高韧性。 合金刃具钢可分为低速刃具钢和高速刃具钢。低速刃具钢有碳素工合金刃具钢可分为低速刃具钢和高速刃具钢。低速刃具钢有碳素工具钢和低合金刃具钢；高速刃具钢都是高合金钢。具钢和低合金刃具钢；高速刃具钢都是高合金钢。 低合金刃具钢的耐磨性、红硬性及其他力学性能都比碳素工具低合金刃具钢的耐磨性、红硬性及其他力学性能都比碳素工具钢好，常

3、用牌号有钢好，常用牌号有9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn等。等。低合金刃具钢应预先进行球化处理。低合金刃具钢应预先进行球化处理。最终热处理工艺为：淬火最终热处理工艺为：淬火 + +低温回火。低温回火。 最终组织为：回火马氏体最终组织为：回火马氏体+ +合金碳化物及少量残余奥氏体合金碳化物及少量残余奥氏体 硬度可达硬度可达60HRC60HRC以上。以上。 低合金刃具钢广泛用于制造低速切削的刀具，如板牙、丝锥等，低合金刃具钢广泛用于制造低速切削的刀具，如板牙、丝锥等，也可用作冷冲模。也可用作冷冲模。 低合金刃具钢中加入低合金刃具钢中加入 SiSi、CrCr、W W、

4、V V等元素使奥氏体区缩小，在等元素使奥氏体区缩小，在铸锭中有莱氏体组织，而且碳化物大小分布不均匀，增加了钢的脆铸锭中有莱氏体组织，而且碳化物大小分布不均匀，增加了钢的脆性，因此，必须通过锻造改善莱氏体中的碳化物的结构，使其细小性，因此，必须通过锻造改善莱氏体中的碳化物的结构，使其细小均匀地分布在钢的基体上。均匀地分布在钢的基体上。 合金元素的加入降低了钢的导热性，因此，加热速度和锻造后冷合金元素的加入降低了钢的导热性，因此，加热速度和锻造后冷却速度均应比碳钢缓慢，以防工件开裂。却速度均应比碳钢缓慢，以防工件开裂。 在高速切削过程中，刀具的刃部工作温度可达在高速切削过程中，刀具的刃部工作温度可

5、达 600600以上，低合金刃以上，低合金刃具钢制作的刀具不能满足要求。因此，必须选用合金元素含量较高的高具钢制作的刀具不能满足要求。因此，必须选用合金元素含量较高的高速钢，它可在速钢，它可在600600左右工作时硬度仍保持左右工作时硬度仍保持60HRC60HRC以上，能保持良好的切以上，能保持良好的切削性能，故欲称削性能，故欲称“锋钢锋钢”。 车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头 常用高速钢按其所含的主要合金元素可分为常用高速钢按其所含的主要合金元素可分为 W W系（如系（如W18Cr4VW18Cr4V）和和MoMo系（如系（如W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2）2 2大类。它们共同特点是碳质量分

6、数较高大类。它们共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素并含有较高的碳化物形成元素W W、MoMo、CrCr、V V等。等。 C C：碳质量分数为：碳质量分数为0.70.70.80.8，其作用是经热处理后，一部，其作用是经热处理后，一部 分溶入马氏体增加其硬度和耐磨性，另一部分与合金元素分溶入马氏体增加其硬度和耐磨性，另一部分与合金元素 形成特殊碳化物。形成特殊碳化物。 Cr Cr：加入：加入CrCr可形成碳化物，也可溶于奥氏体中使奥氏体稳定性提可形成碳化物，也可溶于奥氏体中使奥氏体稳定性提 高，淬火后使马氏体具有较高的硬度，并可提高淬透性。高，淬火后使马氏体具有较高的硬度，并可提高

7、淬透性。 W W与与MoMo：W W与与MoMo的主要作用是提高钢的回火稳定性。的主要作用是提高钢的回火稳定性。W W可溶入奥氏可溶入奥氏 体，增大了钢的淬透性和回火稳定性，在体，增大了钢的淬透性和回火稳定性，在500500650650回火时，回火时， 析出析出W W2 2C C以弥散分布，产生以弥散分布，产生“二次硬化二次硬化”，提高钢的红硬性，未，提高钢的红硬性，未溶溶 的碳化物的碳化物WCWC可增加钢的硬度和耐磨性；可增加钢的硬度和耐磨性；MoMo与与W W有同样效果，有同样效果，MoMo比比 W W的碳化物细小，且退火时易于球化，因此的碳化物细小，且退火时易于球化，因此MoMo系具有较

8、好的韧性。系具有较好的韧性。 V V：V V与与C C能形成细微、弥散和稳定的能形成细微、弥散和稳定的VCVC，可产生二次硬化提高回，可产生二次硬化提高回 火稳定性，使钢具有很高的红硬性和耐磨性，但含火稳定性，使钢具有很高的红硬性和耐磨性，但含V V量不宜过量不宜过 高，否则会使钢的韧性降低。高，否则会使钢的韧性降低。 高速钢的铸态组织：屈氏体高速钢的铸态组织：屈氏体+ +鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体+ +马氏体马氏体+ +残余奥氏体残余奥氏体 锻造锻造 高速钢的铸态组织中含有大量分布高速钢的铸态组织中含有大量分布不均匀的粗大共晶莱氏体碳化物，使钢不均匀的粗大共晶莱氏体碳化物，使钢的力学性能降低。

9、共晶莱氏体碳化物不的力学性能降低。共晶莱氏体碳化物不能用热处理方法来改变其状态，只能用能用热处理方法来改变其状态，只能用反复锻造，将大块碳化物击碎，并使其反复锻造，将大块碳化物击碎，并使其均匀地分布在基体上，终锻温度不宜低均匀地分布在基体上，终锻温度不宜低于于 900900，以免锻裂，锻造后缓慢冷却，以免锻裂，锻造后缓慢冷却以免形成马氏体。以免形成马氏体。 高速钢的铸态组织高速钢的铸态组织 热处理工艺热处理工艺下料下料锻造锻造切削加工切削加工后三次高温后三次高温喷丸喷丸磨削。磨削。 W18Cr4VW18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线 目的：消除内应力、降低硬度、细化晶粒、便于切削加工

10、，为目的：消除内应力、降低硬度、细化晶粒、便于切削加工，为 淬火作好组织准备淬火作好组织准备。 组织：索氏体组织：索氏体 + +细粒状合金碳化物。细粒状合金碳化物。 硬度为硬度为207207225HBS 225HBS 高速钢退火组织高速钢退火组织 淬火淬火A A、采用分级预热，防止淬火加热速度过快而引起变形和开裂。、采用分级预热，防止淬火加热速度过快而引起变形和开裂。 B B、加热温度很高，目的是使合金元素尽可能多地溶入奥氏体从、加热温度很高，目的是使合金元素尽可能多地溶入奥氏体从 而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，以提高其而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，以提高其 红热性

11、和回火稳定性。红热性和回火稳定性。 C C、对尺寸小，形状简单的工件，可采用油淬；形状复杂或要求、对尺寸小，形状简单的工件，可采用油淬；形状复杂或要求 变形量小的工件可采用分级淬火或等温淬火。变形量小的工件可采用分级淬火或等温淬火。 特点：特点：组织：淬火马氏体组织：淬火马氏体 + +细粒状合金碳化物细粒状合金碳化物+ +残余奥氏体残余奥氏体 硬度为硬度为636364HRC64HRC， 高速钢淬火组织高速钢淬火组织 回火回火 高速钢淬火后必须回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少高速钢淬火后必须回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少残余奥氏体的数量。常用回火工艺是残余奥氏体的数量。常用回火工艺

12、是550550570570回火三次，每次回火三次，每次保温保温1 1小时。小时。 W18Cr4V W18Cr4V钢淬火后约有钢淬火后约有25253030的残余奥氏体，经多次回火可的残余奥氏体，经多次回火可使大部分残余奥氏体转变为马氏体。第一次回火约剩使大部分残余奥氏体转变为马氏体。第一次回火约剩1515，第二次，第二次回火约剩回火约剩3 35 5，第三次回火约剩，第三次回火约剩1 1。 组织：回火马氏体组织：回火马氏体 + +细粒状合金碳化物细粒状合金碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体 硬度可达硬度可达636366HRC 66HRC 高速钢回火组织高速钢回火组织常用的模具钢有：冷作模具钢

13、、热作模具钢、塑料模具钢常用的模具钢有：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢 汽车门冲压模具汽车门冲压模具曲轴模具曲轴模具热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯作用：冷作模具钢用于在冷塑性成型的模具，如落料、冲孔模等。作用：冷作模具钢用于在冷塑性成型的模具，如落料、冲孔模等。工作条件：冷作模具一般在室温工作，承受较大的冲击载荷。工作条件：冷作模具一般在室温工作，承受较大的冲击载荷。性能：很高的硬度、强度、良好的耐磨性和足够的韧性性能：很高的硬度、强度、良好的耐磨性和足够的韧性 硬度达到硬度达到585862HRC62HRC以上。以上。 常用牌号：常用牌号：T10T10、T10AT10A、T12T12、T12

14、AT12A：形状简单、冲击载荷小的模具。：形状简单、冲击载荷小的模具。9SiCr9SiCr、GCr15 GCr15 ：形状复杂的模具。：形状复杂的模具。Cr4W2MoVCr4W2MoV、6W6Mo5Cr4V6W6Mo5Cr4V：形状复杂、载何很大的在型模具：形状复杂、载何很大的在型模具 Cr12Cr12型钢热处理工艺为：球化退火型钢热处理工艺为：球化退火淬火淬火+ +低温回火低温回火退火组织：球状珠光体和均匀分布的碳化物，硬度退火组织：球状珠光体和均匀分布的碳化物，硬度 255HBS255HBS 淬火淬火+ +回火组织：回火马氏体回火组织：回火马氏体 + +残奥氏体残奥氏体+ +少量合金碳化物

15、少量合金碳化物 硬度为硬度为606062HRC62HRC。 作用：热作模具钢用于热塑性成型的模具，如热锻模、热挤压模等作用：热作模具钢用于热塑性成型的模具，如热锻模、热挤压模等 。工作条件：热作模具在载荷和温度均发生周期性变化的条件下工作。工作条件：热作模具在载荷和温度均发生周期性变化的条件下工作。 性能：性能：良好的热疲劳性能、高温强度、高温冲韧性、良好的导热性、良好的热疲劳性能、高温强度、高温冲韧性、良好的导热性、 回火稳定性和淬透性等。回火稳定性和淬透性等。 硬度达到硬度达到585862HRC62HRC以上。以上。 常用牌号：常用牌号：40Cr40Cr、5CrMnMo5CrMnMo、5C

16、rNiMo5CrNiMo：用于较大型锻模：用于较大型锻模5CrNiMo5CrNiMo：用于大型热缎模：用于大型热缎模3Cr2W8V3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV：用于工作温度在：用于工作温度在600600700700的热作模具的热作模具热处理工艺：锻造热处理工艺：锻造退火退火淬火淬火+ +高温回火，高温回火，组织：回火索氏体，具有较好的力学性能。组织：回火索氏体，具有较好的力学性能。 量具钢是制造各种测量工具的钢种，如量规、块规、千分尺等。量具钢是制造各种测量工具的钢种，如量规、块规、千分尺等。块块 规规游标卡尺游标卡尺千分尺千分尺T10AT10A、T12AT12A：简单

17、的量具：简单的量具GCr15GCr15、9SiCr9SiCr：高精度量具：高精度量具CrWMoCrWMo：精度高，形状复杂的量具。：精度高，形状复杂的量具。 热处理工艺：淬火热处理工艺：淬火+ +低温回火。低温回火。组织：回火马氏体组织：回火马氏体+ +残余奥氏体，获得高的硬度和耐磨性。残余奥氏体，获得高的硬度和耐磨性。 对于精度高的量具，通常在淬火后立即进行冷处理，使残余奥氏体对于精度高的量具，通常在淬火后立即进行冷处理，使残余奥氏体转变，然后再低温回火。转变，然后再低温回火。常用牌号：常用牌号：性能要求：具有高的硬度与耐磨性，热处理变形小，在存放和使用过性能要求：具有高的硬度与耐磨性，热处

18、理变形小，在存放和使用过 程中，尺寸稳定，始终保持高的精度，并具有足够的韧性和良好程中，尺寸稳定，始终保持高的精度，并具有足够的韧性和良好 的加工工艺性。的加工工艺性。 特殊性能钢指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标特殊性能钢指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢，主要有：高强度钢、耐磨钢、耐热钢、耐蚀钢（不锈钢）等。的钢，主要有：高强度钢、耐磨钢、耐热钢、耐蚀钢（不锈钢）等。硝酸生产装置硝酸生产装置挖掘机挖掘机气轮机叶片气轮机叶片南京长江大桥南京长江大桥 高强度钢一般指抗拉强度高强度钢一般指抗拉强度b b1500Mpa1500Mpa，具有一定的强度和，具有一定的

19、强度和韧性的钢，称为高强度钢。用于建筑业、运输业、机械工业和军韧性的钢，称为高强度钢。用于建筑业、运输业、机械工业和军事工业等领域。事工业等领域。压力容器压力容器远洋货轮远洋货轮 热处理工艺为：淬火热处理工艺为：淬火+ +低温回火。低温回火。 b b1800MPa1800MPa一般用于制造小型零件，工作温度低于一般用于制造小型零件，工作温度低于200200这类钢是在调质钢的基础上发展起来的这类钢是在调质钢的基础上发展起来的 其碳质量分数为其碳质量分数为0.300.300.500.50 合金元素总量小于合金元素总量小于5.05.0 可保证具有良好的强度和韧性可保证具有良好的强度和韧性常用牌号常用

20、牌号35CrMnSiA35CrMnSiA、40CrNiMoA40CrNiMoA、45CrNiMoVA45CrNiMoVA等。等。 这类钢可通过马氏体高温回火时产生二次硬化，这类钢可通过马氏体高温回火时产生二次硬化， 使钢获得高的强韧性，使钢获得高的强韧性， b b=2000MPa=2000MPa 碳质量分数为碳质量分数为0.300.300.500.50 合金元素总量为合金元素总量为5 51010 合金元素大多为强碳化物形成元素合金元素大多为强碳化物形成元素一般用于制作热作模具及在一般用于制作热作模具及在500500以下工作的零件以下工作的零件常用牌号：常用牌号：4Cr5MoVSi4Cr5MoV

21、Si等等 碳质量分数碳质量分数0.030.03，合金元素总量为，合金元素总量为18182525， 淬火后可获得稳定的马氏体组织，并可通过时效处理，可以从马氏淬火后可获得稳定的马氏体组织，并可通过时效处理，可以从马氏 体基体上析出细小弥散分布的金属化合物，使钢的强度显著提高体基体上析出细小弥散分布的金属化合物，使钢的强度显著提高 常用牌号有常用牌号有Ni25Ti2AlNbNi25Ti2AlNb（25Ni25Ni）和）和Ni18Co9Mo5TiAlNi18Co9Mo5TiAl（18Ni18Ni） 用于制造航空器件、压铸模等。用于制造航空器件、压铸模等。 高合金高强度钢碳质量分数较低，合金元素总量较

22、高。高合金高强度钢碳质量分数较低，合金元素总量较高。常用的有常用的有和和。 是在是在W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢的基础上发展起来的高速钢的基础上发展起来的 W6Mo4Cr4V2W6Mo4Cr4V2具有很高的抗拉强度，但脆性很大。具有很高的抗拉强度，但脆性很大。 改进合金元素的比例，使合金元素在热处理时完全溶入固溶体，改进合金元素的比例，使合金元素在热处理时完全溶入固溶体， 得到高速钢淬火回火后的基体组织得到高速钢淬火回火后的基体组织 常用牌号：常用牌号：65Cr4W3Mo2VNb65Cr4W3Mo2VNb，用于制造航天器上的紧固件。，用于制造航天器上的紧固件。耐磨钢主要指在冲

23、击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。耐磨钢主要指在冲击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。主要成分为：主要成分为：1.01.01.31.3C C、11.011.01414MnMn常用牌号：常用牌号：ZGMn8ZGMn8、ZGMn13ZGMn13 这类钢由铸造而成，再经这类钢由铸造而成，再经“水韧处理水韧处理”后使，形成单相奥氏体组后使，形成单相奥氏体组织。织。经水韧处理后的高锰钢，其组织是单相奥氏体组织，硬度不高，不经水韧处理后的高锰钢，其组织是单相奥氏体组织，硬度不高，不耐磨，但在使用时由于受到冲击载荷和较大摩擦力的作用后，使奥耐磨，但在使用时由于受到冲击载荷和较大摩擦力的作用后，使奥氏体产生加工硬化，同

24、时部分残余奥氏体转变为马氏体，提高表面氏体产生加工硬化，同时部分残余奥氏体转变为马氏体，提高表面的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。 高锰钢的零件在使用中必须拌随着冲击和压力作用，不然高锰钢高锰钢的零件在使用中必须拌随着冲击和压力作用，不然高锰钢是起不到耐磨的作用，因此，可用作制造挖掘机的铲齿、拖拉机、是起不到耐磨的作用，因此，可用作制造挖掘机的铲齿、拖拉机、坦克履带、破碎机锷板等。坦克履带、破碎机锷板等。 对高温下工作尺寸精度要求高的零件，如涡轮机叶片等，可对高温下工作尺寸精度要求高的零件，如涡轮机叶片等，可 用蠕变强度来选用材料。用蠕变强度来选用材料。 1 1）蠕变：高温工作的钢在小于）蠕变：

25、高温工作的钢在小于S S的应力作用下，随着时间延长的应力作用下，随着时间延长 发生缓慢塑性变形的现象。过量变形会使零件失效。发生缓慢塑性变形的现象。过量变形会使零件失效。 评定高温强度的指标：持久强度（评定高温强度的指标：持久强度（ ） 蠕变强度（蠕变强度（ ） 对高温下工作只需一定寿命而变形要求不高的零件，如锅炉对高温下工作只需一定寿命而变形要求不高的零件，如锅炉 管道等，可用持久强度表示。管道等，可用持久强度表示。50050010000100007007000.2/10000.2/1000高温下工作的普通钢铁材料在高温下工作的普通钢铁材料在570570以上生成多孔的以上生成多孔的FeOFe

26、O的现象。的现象。 FeOFeO与基体的结合力极差，组织疏松，而氧原子易通过与基体的结合力极差，组织疏松，而氧原子易通过FeOFeO膜扩散，膜扩散，使钢内部氧化，最终导致零件破坏。这是钢在高温下工作的使钢内部氧化，最终导致零件破坏。这是钢在高温下工作的另一种失效形式，通常将对钢的抗氧化要求，称为钢的抗氧化性。另一种失效形式，通常将对钢的抗氧化要求，称为钢的抗氧化性。 2 2）氧化）氧化 加入加入CrCr、NiNi、MoMo、W W等合金元素，固溶强化钢的基体，提高再结晶温度。等合金元素，固溶强化钢的基体，提高再结晶温度。 加入加入TiTi、CrCr、W W、V V等合金元素，生成特殊碳化物弥散

27、强化分布，提高硬等合金元素，生成特殊碳化物弥散强化分布，提高硬 度和热稳定性。度和热稳定性。 加入加入SiSi、CrCr、AlAl等合金元素，形成连续致密的氧化膜，使金属表层不继等合金元素，形成连续致密的氧化膜，使金属表层不继 续氧化，续氧化， 常用牌号：常用牌号：1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo4Cr14Ni14W2Mo等。等。 这类钢在这类钢在600600750750使用，兼有抗氧化和热强性。广泛用于使用，兼有抗氧化和热强性。广泛用于 汽轮机、舰艇、石油等部门的高温装置的重要构件。一般要进汽轮机、舰艇、石油等部门的高温装置的重要构件。一般要进 行固溶处理和时效处理后使用。行固溶处理和时效处理后使用。 这类钢可在低于这类钢可在低于650650工作。与奥氏体不锈钢相比，合金元素含工作。与奥氏体不锈钢相比，合金元素含 量较低，工艺性好，价格低廉，故被广泛使用。量较低，工艺性好，价格低廉，故被广泛使用。 如：如：15CrMo15CrMo、1Cr171Cr17等，可长期在等，可长期在580580650650使用。使用。 碳质量分数低有利提高耐蚀能力，并在钢表面生成稳定致密的氧碳质量分数低有利提高耐蚀能力，并在钢表面生成稳定致密的氧化膜；化膜；NiNi可提高钢的强度和韧性。可提高钢的强度和韧性。CrCr与与NiNi在奥