工具钢实例讲解

1、第四章第四章工具钢工具钢按用途分为按用途分为: :刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢模具模具第四章第四章 工具钢第四章第四章 工具钢 4.1 概述概述 工具钢一般特点（与结构钢比）工具钢一般特点（与结构钢比） 一、一、 工作条件：工作条件： 局部局部压应力压应力为主、磨损；为主、磨损； 有的升温有的升温金属切削金属切削: 挤压变形挤压变形+切离过程，切离过程， 弹、塑性变形，挤裂和弹、塑性变形，挤裂和切离。切离。第第1变形区变形区 近切削刃处近切削刃处层内层内产生的产生的塑性变形塑性变形区；区；第第2变形区变形区 与与前刀面接触前刀面接触的的切屑底层内产生的变形区；切屑底层内产生的变形区；第

2、第3变形区变形区 近切削刃处近切削刃处已加已加工表层内产生的变形区。工表层内产生的变形区。第四章第四章 工具钢受压受压 二、二、 性能要求：性能要求： 1.高硬度（高硬度（HRC60） 2.高耐磨性；高耐磨性； 3.有的高红硬性有的高红硬性 含义含义:高温下保持高硬度的能力；高温下保持高硬度的能力； 表征：表征：HRC=60的温度、或的温度、或560下硬度。下硬度。第四章第四章 工具钢突出受突出受压压下指标，故塑性、韧性下指标，故塑性、韧性要求低。要求低。要优化要优化 耐磨性耐磨性/韧性矛盾韧性矛盾第四章第四章 工具钢 用来制造用来制造各种切削各种切削刀具的钢刀具的钢种。种。4.2 刃具钢刃具

3、钢切削加工切削加工工作条件工作条件: 1、靠刃部剥离，靠刃部剥离， 剧烈磨损，剧烈磨损， 高摩擦热。高摩擦热。 2、深孔及盲孔，深孔及盲孔， 高速切削高速切削 刃部升温软化刃部升温软化第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 性能要求性能要求 1、高硬度、高硬度 (HRC60),主要主要取决于含碳量。取决于含碳量。 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和析靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。出细小均匀硬碳化物来达到。 3、高热硬性、高热硬性 即高温下保持即高温下保持高硬度的能力。高硬度的能力。 4、足够的韧性、足够的韧性 以防止脆断以防止脆断和崩刃。和崩刃。切削加工的基本形式切削加工的基本形式

4、第四章第四章 工具钢 碳素工具钢碳素工具钢共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13 1、成分特点：、成分特点：l高碳高碳(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，量增加，耐磨性提高，但韧性下降。但韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢碳素工具钢碳素工具钢 牌号：牌号： T*（ T *），如），如T8，T12第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 T + 数字数字 T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几. T8其平均含碳量为千

5、分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 *说明说明：碳素工具钢都是优质以上质量碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加的。高级优质钢在钢号后加“A”，如，如T8A。 性能特点：性能特点：满足一般高硬度、高耐满足一般高硬度、高耐磨性。磨性。 C%-性能。性能。 致命弱点：致命弱点： 淬透性低、淬透性低、 无红硬性。无红硬性。第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 2、热处理及组织、热处理及组织 热处理：热处理：正火正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火 球化退火目的球化退火目的： 降低硬度降低硬度, 便于加工便于加工; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状

6、态下的组织使用状态下的组织： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) 球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢T12钢组织钢组织 (退火退火) 网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体正火正火丝锥丝锥锉刀锉刀第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 热处理：热处理： 正火正火+球化退球化退火，球火，球P。 淬火淬火+低温回低温回火火 高碳回火高碳回火M+未溶未溶球状球状Fe3C。 防变形开裂。防变形开裂。 3、用途、用途 碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具

7、。工具和低速刃具。 T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 低速；小件、简单件。低速；小件、简单件。 便宜。便宜。 木工、五金工具木工、五金工具第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢红酸枝袖珍刨子红酸枝袖珍刨子 T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头T12手动钢锯片手动钢锯片第四章

8、第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢 1、成分特点：、成分特点： 高碳：高碳：0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：提高耐回火性：Si 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V l 低合金工具钢低合金工具钢l碳素工具钢基础碳素工具钢基础+少量合金元素少量合金元素(35%)低合金工具钢制品低合金工具钢制品第四章第四章 工具钢 4.2 刃具钢刃具钢Fe3C稳定性稳定性 含含C量量+Me+该该Me百分百分含量含量+ 当含当含C量小于量小于1.00%时时，含，含C量用一位数字标明，这一量用一位数字标明，这一位数字表示平均含位数字

9、表示平均含C量的量的千分千分之几，如之几，如8MnSi. 当含当含C量大于量大于1.00%时，不标含时，不标含C量。量。第四章第四章 工具钢 合金工具钢合金刃具钢合金刃具钢牌号牌号合金元素及含量合金元素及含量千分之几的千分之几的含碳含碳量量 9 Si Cr W18 Cr4 V第四章第四章 工具钢 合金工具钢n 高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C). Me种类同弹簧钢；种类同弹簧钢； 可可5 %W。 C高，故高，故K较多。较多。第四章第四章 工具钢 合金工具钢第四章第四章 工具钢 合金工具钢淬透性淬透性耐磨性耐磨性，红硬性仍差。红硬性仍差。仍属仍属低速

10、低速不做不做木工和五木工和五金工具金工具GCr15Cr2 2、热处理及组织、热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介质为同碳素工具钢，只是淬火介质为油油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。 使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制造形。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等如丝锥、板牙等. 丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手第四章第四章 工具钢 合金工具钢加工或修正外螺纹的螺纹加加工或修正外螺纹的螺纹加工工具。

11、相当于一个具有很高硬工工具。相当于一个具有很高硬度的螺母度的螺母Threading Die板牙板牙 热处理：热处理： 基本同碳工钢。基本同碳工钢。 但常用等温淬火、但常用等温淬火、分级淬火分级淬火。 高碳回火高碳回火M+未溶未溶K（合金（合金Fe3C、VC）第四章第四章 工具钢 小径定心渐开线花键拉刀小径定心渐开线花键拉刀圆拉刀圆拉刀 键槽拉刀键槽拉刀第四章第四章 工具钢9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线板牙板牙 高速钢（高速钢（锋钢、风钢锋钢、风钢 、18-4-1钢）钢）高硬度、高硬度、高耐磨性、高耐磨性、高的红硬性高的红硬性(600时时,HRC63以上以上) 、有一定的

12、强度和韧性。有一定的强度和韧性。铣刀铣刀钻头钻头车刀车刀 1、性能特点、性能特点: 高热硬性高热硬性(600)、高淬透性、高淬透性 2、成分特点、成分特点 高碳高碳: 0.701.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性：提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V l制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材第四章第四章 工具钢v高高C 0.71.5%:vW 18%:vMo 5%:保证高硬度保证高硬度退火状态下形成退火状态下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火时左右回火时, 弥散析弥散析出出W2C, 造成二

13、次硬化造成二次硬化, 提高提高钢的红硬性钢的红硬性。1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W。第四章第四章 工具钢vCr 4%:形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高钢的提高钢的淬透性淬透性。vV1.5%: 形成形成VC, 硬度极高硬度极高, 提高钢的提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, 产生二次硬化。产生二次硬化。第四章第四章 工具钢C：共析、过共析。：共析、过共析。 保证保证M中中0.5%C、及大量、及大量K。Me：18W（或（或W+ Mo218）、）、 4Cr、 15V。 （超硬型：（超硬型：512Co、1Al）成分成分第四章第四章 工具钢W：二次硬化获高红硬性。：二次硬化获高红硬性。 平衡

14、态平衡态M6C型。型。 淬火加热（淬火加热（1300）: 约约1/2溶入溶入A 快冷快冷M（高回火稳定性高回火稳定性） 高温回火高温回火回回M （析出（析出极高硬度、高弥散、与极高硬度、高弥散、与M共格共格的的W2C）二次硬化。二次硬化。 （未溶未溶的的 M6C细化细化A 、耐磨性）耐磨性） 第四章第四章 工具钢Cr： 平衡态平衡态M23C6型。型。 淬火加热全溶入淬火加热全溶入A， 淬透性；淬透性；Ms，残余残余A；一定抗；一定抗氧化性氧化性 （高温回火析出（高温回火析出Cr23C6， 也也耐磨性）耐磨性）第四章第四章 工具钢V： 平衡态平衡态MC型。型。 淬火加热淬火加热1/3溶入溶入A

15、高温回火析出高温回火析出VC二次硬化。二次硬化。 未溶的未溶的细化、细化、耐磨性耐磨性第四章第四章 工具钢Co（机理还不十分清楚）：（机理还不十分清楚）： 基本全固溶基本全固溶 （部分可形成金属间化合物如（部分可形成金属间化合物如CoW） 淬火加热温度（淬火加热温度（Co熔点），熔点）， A中合金含量；中合金含量； 回火时回火时Mo2C形核率、并形核率、并其长大，其长大， 进一步进一步红硬性红硬性。 但但Co提高提高C活度，淬火加热易脱碳，故活度，淬火加热易脱碳，故需保护需保护。第四章第四章 工具钢钢种、分类钢种、分类通用型通用型 W系：系：18-4-1；W的的K易粗大、不均匀，脆性大。易粗大

16、、不均匀，脆性大。 Mo系：系：0-8-4-2；Mo的的K均匀细小，脆性小，均匀细小，脆性小，950-1150具良好热塑性。具良好热塑性。 但稳定性不如但稳定性不如W系，加热时易分解造成脱碳系，加热时易分解造成脱碳与与Mo的挥发。（淬火控温与气氛保护）的挥发。（淬火控温与气氛保护） W-Mo系：系：6-5-4-2；取长补短。；取长补短。 切削切削HB 230结构钢、灰铁结构钢、灰铁第四章第四章 工具钢超硬型。超硬型。 更高红硬性（更高红硬性（HRC可达可达70）；切削）；切削HB 350的结构钢、灰铁；软金属。难磨削。的结构钢、灰铁；软金属。难磨削。 高高C高高V（35 V ） 高高Co（51

17、2 Co ） 高高C高高V高高Co +Al。 第四章第四章 工具钢 平衡组织平衡组织 室温室温平衡平衡组织：组织： P, +莱氏体莱氏体, +二次二次K（M6C）。）。 （实际上，还有（实际上，还有VC、Cr23C6，而未见，而未见Fe3C，故仅为近似。）故仅为近似。）第四章第四章 工具钢莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体第四章第四章 工具钢 不平衡不平衡结晶结晶： 包晶难。包晶难。 则则多余多余（+K）即）即共析体。共析体。 第四章第四章 工具钢共析体共析体共析体第四章第四章 工具钢共析转变共析转变 及析出二次及析出二次K可被抑制可被抑制 （淬透性高）（淬透性高）。 则则M+残余残余A 。

18、第四章第四章 工具钢M+残余残余AM+残余残余AM+残余残余A第四章第四章 工具钢 室温室温铸态铸态组织组织： M+残余残余A , + 共析体（黑色组织）共析体（黑色组织） , + 莱氏体，二次莱氏体，二次K。第四章第四章 工具钢W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l3、加工与热处理、加工与热处理 高速钢是莱氏体钢，高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶其铸态组织为亚共晶组织组织:由鱼骨状莱氏由鱼骨状莱氏体与树枝状体与树枝状M+T组成，组成，脆性大且无法热处理脆性大且无法热处理改善。改善。第四章第四章 工具钢M+残余残余A（白亮）（白亮）+共析体（黑色组共析体（黑色组织）织）+ 莱氏体（鱼骨状

19、）莱氏体（鱼骨状）W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+三次三次570回火回火 磨削加工磨削加工 铸造铸造:高速钢属于高速钢属于莱氏体钢莱氏体钢,铸态组织铸态组织 中含有中含有大量呈鱼骨状分布的粗大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物大共晶碳化物M6C,钢的韧性大钢的韧性大 幅下降。幅下降。第四章第四章 工具钢W18Cr4V铸态组织铸态组织 420 W18Cr4V钢的铸态组织图钢的铸态组织图第四章第四章 工具钢l 锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼打碎粗大的鱼骨状碳化物，骨状碳化物，使其均匀分布使其均匀分布于基体中

20、。于基体中。第四章第四章 工具钢锻造锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依只能依 靠反复多次锻打来击碎靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织锻造组织 210 第四章第四章 工具钢M+残余残余A（15%）+K（20%） 退火目的：退火目的：球化退火球化退火:消除应力消除应力,调整组织调整组织,降低硬度降低硬度，便于机便于机加工加工, 为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。第四章第四章 工具钢W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 W18Cr4V球化退火组织球化退火组织退火后组织：退火后组织：S+30%K，HB200250，易切削，易切削 淬火目的淬火目

21、的: 获得高合获得高合金元素含量的马氏体。金元素含量的马氏体。因此淬火温度高因此淬火温度高(1200)。l淬火后组织：淬火后组织： M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A (20%)W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图第四章第四章 工具钢W18Cr4V钢淬火组织钢淬火组织 W18Cr4V淬火组织 300 第四章第四章 工具钢M+残余残余A（25%）+未溶未溶K（10%） （M6C、MC） 的碳化物，产生二次硬化。的碳化物，产生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，A转变为转变为M。每次回火加热都使

22、前一次的淬火马氏体回火。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。l 回火目的：主要回火目的：主要为减少为减少A。稳定组织。稳定组织,消除内应力。消除内应力。l常用常用560三次三次回火回火.l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l 析出析出W、Mo、V高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系第四章第四章 工具钢三次三次570回火回火在在570回火时回火时 , 产生产生二次硬化二次硬化。第四章第四章 工具钢 W18Cr4V钢的热处理过程示意图钢的热处理过程示意图第四章第四章 工具钢三次三次570回火回火*淬火后淬火后A约约2025 %。*第一次回火后第一次回火后A约剩约剩1518 %。

23、*第二次回火后第二次回火后A约剩约剩35 %。*第三次回火后第三次回火后A 约剩约剩12 %。回火后的组织回火后的组织: M回回 + Cm + A ( 1 2 % )组织硬度为组织硬度为HRC65以上。以上。第四章第四章 工具钢 W18Cr4V淬火淬火+ 一次回火组织一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织 105 第四章第四章 工具钢一次回火：回一次回火：回M+M+残余残余A（5%）+未溶未溶K W18Cr4V淬火淬火+ 三次回火组织三次回火组织W18Cr4V淬火淬火+ 三次回火组织三次回火组织 420 第四章第四章 工具钢二次回火：回二次回火：回M+回回M+M+未溶未溶K （10%）

24、三次回火：回三次回火：回M+回回M+回回M+未溶未溶K （10%）W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 4、使用状态下组织、使用状态下组织 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）第四章第四章 工具钢高速钢热处理缺陷金相组织高速钢热处理缺陷金相组织过热过热第四章第四章 工具钢高速钢热处理缺陷金相组织高速钢热处理缺陷金相组织过烧过烧第四章第四章 工具钢不同状态下不同状态下W18Cr4V的组织的组织铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态第四章第四章 工具钢 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和和W6Mo

25、5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。铣刀、钻头等。第四章第四章 工具钢车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀钻头钻头汽车汽车冲压模具冲压模具 用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种. . 冷作模具钢冷作模具钢工作温度为200300。 制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 良好的工艺性能（淬透性、良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）切削加工性等）4.3、模具钢、模具钢2、常用钢种、常用钢种 小尺寸小尺寸

26、、形状简单形状简单、受力不大的模受力不大的模具具, 可用可用碳素工具钢碳素工具钢和和低合金工具钢低合金工具钢制造。制造。 截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12型型冷作模具钢制造冷作模具钢制造.l 成分特点：高成分特点：高C(1.42.3%C)；高；高Cr(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性；提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 第四章第四章 工具钢Cr12钢钢 加工及热处理：加工及热处理：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火火, 目的同高速钢目的同高速钢.l 常用钢号

27、为常用钢号为Cr12和和Cr12MoV。用于。用于制造冷冲模、挤压制造冷冲模、挤压模等。模等。l最终热处理为最终热处理为: : 淬火淬火+ +低温回火低温回火l使用状态下的组织使用状态下的组织: M回回+颗粒颗粒状碳化物状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模第四章第四章 工具钢*一次硬化法一次硬化法: 淬火淬火 + 低温回火低温回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法二次硬化法: 淬火淬火 + 三次回火三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 )热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm + A残残热处理特点热处理特点第四章第四章 工具钢

28、 热作模具钢热作模具钢 制造使加热金属或液态金制造使加热金属或液态金属成型模具钢种属成型模具钢种工作温度为600以上 1、性能要求、性能要求 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。综合力学性能。 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好的导高的淬透性和良好的导热性。热性。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯第四章第四章 工具钢高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性; ;高的抗氧化能力高的抗氧化能力; ;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性; ;高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力( ( 防止龟裂防止龟裂 ););高的淬透性和导热性高的淬透性和导热性; ; 第四章第四章 工具钢热镦模热镦模凸缘模凸缘模 2、常用钢种、常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMo 前者用于大型热锻模，后前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模者用于中小型热锻模. 成分特点、合金元素作用成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。及热处理同调质钢。 使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回第四章第四章 工具钢