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文档简介
4.1概述
工具钢成分与性能特点,基本性能及检测方法4.2碳素钢及低合金刃具钢4.3高速钢
合金元素作用,碳化物,高速钢热处理4.4冷作模具钢
低合金模具钢,高铬和中铬模具钢,新型模具钢4.5热作模具钢热锤锻模具钢,热挤压模具钢,压铸模具钢4.6其他类型工具用钢第4章工模具用钢4.1概述
按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。①刃具钢可分为碳素、低合金工具钢和高速钢三大类。②模具钢按工作温度可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。③量具钢用来制作量规、卡尺、样板等。用来测量工件尺寸和形状。4.1概述主要矛盾韧度和耐磨性间的合理平衡→基体成分和K的性质、数量、形态和分布。1、工具钢成分与性能特点成分组织一般含0.6~1.3%C→M+足够数量K。M硬度高、切断抗力较高、耐磨性好。Cr、W、Mo、V等:↑淬透性、耐磨性和热稳定性;Mn、Si辅助加入:↑淬透性,回稳性;第二相K→球状、细小、均匀分布。4.1概述4.1概述2、工具钢基本性能及检测方法4.1概述4.1概述4.2碳素钢及低合金刃具钢一、碳素工具钢1.含碳量0.65~1.35%。钢号从T7到T13。做低速切削的刃具和简单的冷冲模。淬透性低,断面尺寸<15mm的工具。T7有较好的塑韧性,宜做受冲击的刃具,如凿子等;T8易过热,制造形状简单的木工工具等;T10、T12耐磨性较好,强度高,但韧度低,制造不受冲击或冲击较小形状简单的工具,如车刀、铣刀等。4.2碳素钢及低合金刃具钢2.热处理工艺及性能采用球化退火→不完全淬火→低温回火。淬火:760~800℃,盐水冷却(因淬透性低)。回火:150~250℃。性能:HRC58~64,但韧性,耐磨性不同。淬火变形开裂倾向大,工件厚淬不透。组织稳定性差,高于200℃硬度明显下降。4.2碳素钢及低合金刃具钢二、低合金工具钢4.2碳碳素钢钢及低低合金金刃具具钢球化退火2.热热处处理工工艺及及性能能采用球球化退退火→→不完完全淬淬火→→低温温回火火。等温退退火,,由退退火温温度以以30~40℃℃/h冷至至700℃左右右,等等温4h,,再炉炉冷到到600℃℃出炉炉。T淬为Acm+30~50℃℃,油油冷、、熔盐盐分级级淬火火、等温淬淬火((B等等温淬淬火和和M等等温淬淬火))。淬火工艺一般组织含碳量0.5~0.6%的M+未溶溶粒状K4.2碳碳素钢及及低合金金刃具钢钢①Si、Cr↑淬透性,,D油<40mm;②Si、Cr↑回火稳定定性,~250℃回火火,>60HRC;③K细细小、均均匀→不容易崩崩刃;④分级级淬火或或等温淬淬火处理理,变形形较小;;⑤Si使钢钢的脱碳碳倾向增增大。9SiCr:适于制作作形状较较复杂、、变形要要求小的的工件,,特别是薄刃工工具,如如丝锥、、扳牙、、铰刀等等。4.2碳碳素钢及及低合金金刃具钢钢CrWMn:4.3高高速钢1898年就有有含W钢钢,1910年年生产了了W18Cr4V。近近几十年年来,高高速钢的的产量、、品种和和质量都都有了很很大的发发展。按照其成成分和性性能特点点可分为为以下几几类:(1)W系高速速钢:W18Cr4V(18-4-1)型型,M1。(2)W-Mo系高速速钢:W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2))型,(M2))。(3)Co系高高速钢::W18Cr4VCo5,W6Mo5Cr4V2Co8。红红硬性高高、切削削性能好好。(4)超超硬高速速钢:W6Mo5Cr4V2Al。。具有65~70HRC高硬硬度、高红红硬性特特点,成成本比钴钴高速钢钢高。钨系和钨钨钼系称称为通用型高高速钢,而把其其他类型型称为高性能或特殊殊用途高高速钢。4.3高高速钢4.3高高速钢4.3高高速钢一、高速速钢中合合金元素素的作用用C一般高速钢钢含0.7~1.65%C。。形成足够够数量的碳化物;保保证马氏体体中固溶碳碳量。影响C%过高::a.AR增多;b.碳量的的提高使固固相线降低低,晶界熔化温度降降低→淬火火温度↓→→A中Me%↓→→红硬性↓;c.韧性低低。4.3高高速钢钢W:造成红红硬性的主主要元素。。退火时主要要以M6C型碳化物物存在。一部分M6C型碳化物物溶入奥氏氏体强烈阻碍回回火时马氏氏体中碳原原子析出,,提高回火火稳定性,在在600℃℃回火时,,仍为过饱饱和固溶体体,具有高的红硬性性。回火时在马马氏体中弥弥散析出W2C,造成二二次硬化,,具有高的红红硬性和耐耐磨性。淬火加热时时一部分M6C型碳化物物未溶入奥奥氏体强烈阻止奥奥氏体晶粒粒长大。保保证淬火加加热采用1220~1310℃的的高温,使使足够数量量的碳化物物溶入奥氏氏体,保证高的红红硬性,提提高耐磨性性。W↓↓热导率→钢导热性差差。W和Mo相相似,1%Mo可取取代1.5~2.0%W。4.3高高速钢钢VV显著↑红硬性、↑硬度和耐磨磨性,细化化晶粒,↓过热敏感性性。以VC存在。4.3高高速钢钢在所有的高高速钢中,,除钴高速速钢以外,,退火状态下下都含有M6C、M23C6、MC三种种碳化物,,在含W、、Mo较少少的高速钢钢中还有M7C3型碳化物。。在淬火状状态下,只只有M6C和MC。。回火状态态(650℃左右))有M2C、MC析析出。二、高速钢钢中的碳化化物1.碳化化物的类型型4.3高高速钢钢2.碳化化物不均匀匀性对高速速钢性能的的影响4.3高高速钢钢钨系高速钢钢的始锻温温度一般为为1140℃~1180℃,,终锻温度度为900℃左右右;钼系及及钨系高速速钢的始锻锻温度要低低一些,为为了减少氧氧化与脱碳碳,可以降降低至1000℃左左右,终锻锻温度为850℃~870℃℃。终锻温温度太低会会引起锻件件开裂,而而终锻温度度太高(大大于1000℃)会会造成晶粒粒的不正常常长大,出出现萘状断断口。高速钢的导导热性能较较差,锻造造加热过程程中,一般般应在850℃~900℃以以下应缓慢慢进行;锻锻造或轧制制后为防止止产生过多多的马氏体体组织,应应缓慢冷却却(常用灰灰坑缓冷)),以防止止产生过高高的应力和和开裂。采用合适的的锻压比,,一般在7~11之之间,反复复拉拔和锻锻粗2~3次;锻造造时先轻锤锤快打,后后重锤锻打打,锻后要要缓慢冷却却,进行退退火。高速速钢退火后后的组织为为索氏体+碳化物,,硬度为HB207~255。4.3高高速钢钢三、高速钢钢的铸态组组织1.高速速钢的平衡衡结晶过程程平衡组织为为:Ld′′+K+P2.高速速钢的实际际铸态组织织高速钢在实实际铸锭凝凝固时的冷冷却速度大大于平衡冷冷却,合金金元素来不不及扩散,,在结晶和和固态相变变过程中的的转变不能能完全进行行。若包包晶晶反反应应不不能能进进行行完完毕毕,,仍仍有有部部分分高高温温铁铁素素体体δδ相相被被保保留留下下来来,,在在继继续续冷冷却却时时发发生生共共析析转转变变δδ→→γγ++K,,称称为为δδ共共析析,,随随后后γγ相相再再发发生生共共析析反反应应。。因因为为在在金金相相组组织织中中呈呈黑黑色色,,又又称称黑色色组组织织。若γγ相相的的共共析析反反应应被被抑抑制制,,过过冷冷到到较较低低温温度度转转变变为为M++AR,在在金金相相组组织织中中呈呈白白色色,,称称白色组织织。4.3高高速钢四、高速速钢的热热处理1.退退火:采用球化化退火,,也可分分为一般般退火和和等温退退火两种种。退火温度度为860℃~880℃,保保温2~3h。。这样溶溶入奥氏氏体中的的合金元元素不多多,奥氏氏体的稳稳定性较较小,冷冷却时易易转变成成粒状珠珠光体。。如果加加热温度度太高,,奥氏体体内溶入入大量的的碳及合合金元素素,其稳稳定性增增大,反反而对退退火不利利。为了缩短短退火时时间,可可以采用用等温球球化退火火,即在在860℃~880℃保温温,迅速速冷却至至720℃~750℃℃保温6h后冷冷至500℃出出炉。4.3高高速钢钢2.淬淬火火、回回火4.3高高速钢钢:4.3高高速钢钢淬火要要求::A.奥奥氏体体中有有足够够的C和Me,,只有有合金金元素素含量量高的的马氏氏体才才具有有高的的红硬硬性。。B.有有相当当的未未溶碳碳化物物阻止止奥氏氏体晶晶粒长长大。。4.3高高速钢钢4.3高高速钢钢4.3高高速钢钢4.3高高速钢钢4.3高高速钢钢4.3高高速钢钢高速钢钢特点点:①淬透性性好,,空冷冷可得得马氏氏体。。(但但为保保证钢钢的红红硬性性和避避免在在高温温时产产生氧氧化腐腐蚀,,一般般不采采用空空冷。。)②在650~350℃,,有过冷冷奥氏体体稳定区区。③奥氏体中中合金度度较高,,有碳化化物析出出倾向,,在650℃以以上范围围停留或或缓冷至至675℃时,,奥氏体体中会出出现二次次碳化物物。4.3高高速钢4.3高高速钢分级淬火火的分级级温度停停留时间间一般不不宜太长长,否则则二次碳碳化物可可能大量量析出,,对钢的的性能不不利。4.3高高速钢等温淬火火:有贝贝氏体等等温淬火火(235~315℃℃,2~4h))和马氏氏体等温温淬火((200℃左右右,5~60min))。采用用较多的的是贝氏氏体等温温淬火。。可提高工工具的强强度、韧韧度和切切削性能能。降低低中心钻钻及仪表表刀具等等在使用用中发生生断头、、崩刃等等现象。。4.3高高速钢回火:为为消除淬淬火应力力,稳定定组织,,减少残残余奥氏氏体的数数量。560℃℃三次回回火,每每次保温温1h,,回火后后需冷至至室温。。560℃℃回火后后,硬度度反而升升高,有有二次硬硬化现象象:①560℃℃回火析析出弥散散的M2C和VC,起起弥散硬硬化作用用。②二次淬火火:AR在回火后后的冷却却过程中中转变为为马氏体体。4.3高高速钢4.3高高速钢正常回火火后的组组织为回回火马氏氏体+碳碳化物以以及少量量AR。4.3高高速钢4.3高高速钢4.3高高速钢模具钢日本称““模具是是促进社社会繁荣荣的动力力”;德德国称““模具是是工业发发展的基基石”。。目前,,靠模具具成型的的零部件件正以每每年30%的速速度递增增,逐步步取代传传统的切切削加工工成型手手段,工工业产品品零件的的75%由模具具进行粗粗加工成成型,50%由由模具完完成精加加工。我我国模具具钢的产产量也超超过了日日本。但但是伴随随着我国国模具制制造业技技术水平平的提高高,对优优质、精精品模具具钢需求求逐步增增长,国国内高性性能模具具钢种的的生产与与开发能能力不足足,国产产的合金金模具钢钢与瑞典典、德国国、美国国、日本本、法国国等国际际先进水水平相比比,仍存存在一定定的差距距,在品品种、质质量、尺尺寸规格格及性能能等方面面,都还还难以满满足市场场需求,,导致我我国每年年需要进进口约10万吨吨的精品品模具钢钢,几乎乎占据了了国内整整个模具具钢的高高端市场场。4.4冷冷作模具具钢金属在冷冷态下变形形拉延、冲冲压、冷冷镦或冷冷挤成形等共同特点工作T不不高,模模具主要要承受高高压力或冲击击力,有有强烈的的摩擦技术要求主要技术术要求为为具有高高硬度和和耐磨性,淬淬火变形形小,有有一定韧韧性4.4冷冷作模具具钢4.4冷冷作模具具钢4.4冷冷作模具具钢4.4冷冷作模具具钢一、低合合金模具具钢4.4冷冷作模具具钢4.4冷冷作模具具钢二、高铬铬和中铬铬模具钢钢(一)高高碳高铬铬模具钢钢4.4冷冷作模具具钢1、主要要特点①铸态态组织为为高碳亚亚共晶组组织,和和高速钢钢类似。。退火态态含有体体积分数数16~20%的(Cr,Fe)7C3碳化物。②淬火加加热时有大大量未溶碳碳化物(Cr7C3),在Cr的碳化物物中,Cr7C3碳化物具有有最高的硬硬度,极大大提高耐磨磨性。③淬透性性好,空冷冷可淬硬。。650~350℃℃有过冷奥奥氏体稳定定区。④经二次次硬化处理理有较高的的红硬性和和耐磨性。。⑤碳化物物不均匀性性比较严重重,尤其是是含碳较高高的Cr12钢更甚甚,通常需需要通过改改煅来降低低碳化物的的级别。4.4冷冷作模模具钢组织变化特特点一:可通过选择择T淬和回火温度度来控制工工具的变形形。4.4冷冷作模模具钢4.4冷冷作模模具钢2、热处理理二次硬化的的原因主要要是AR→M,和高高速钢不完完全相同。。4.4冷冷作模模具钢4.4冷冷作模模具钢(二)高碳碳中铬模具具钢典型钢号::Cr4W2MoV和Cr5Mo1V。K以M7C3为主,分布布较均匀,,耐磨性好好和热处理理变形小,,适于制造既既要求有高高的耐磨性性,又具有有一定韧度度的模具。。Cr5Mo1V(美美A2))是值得推推广的空冷冷淬硬冷作作模具钢,,是国际上通通用的钢种种。φ100mm以下可空空冷淬硬,,适用于形状复杂、、要求热处处理变形小小又需要好好的耐磨性性和良好韧韧度的冷作模模具,如下下料模、成成型模、冲冲头、剪刀刀片等。(三)新型型冷作模具具钢我国常用7CrMo2V2Si钢,淬淬透性较好好,热处理理变形小。。用来制造造冷墩模、、冷冲模及及冲头、冲冲剪模等。。4.4冷冷作模模具钢三、基体钢钢基体钢钢是指指其化化学成成分与与高速速钢的的淬火火组织织的基基体化化学成成分相相同的的钢种种。1.特特点既具有高高速钢的的高强度度,高硬硬度,又又因不含含大量碳碳化物而而使韧性性,疲劳劳强度优优于高速速钢。((介于高高速钢和和低合金金工具钢钢之间))。对基体钢钢没有确确切的定定义,但但一般认认为凡在在高速钢钢基体成成分上添添加少量量合金元元素,适适当增减减碳含量量,以改改善钢的的性能,,适应某某些用途途的钢种种,都称称为基体体钢。4.4冷冷作模具具钢2.典典型钢号号6Cr4W3Mo2VNb((65Nb)是是中国研研制的高高韧度高高耐磨的的冷作模模具钢。。以高速钢钢W6Mo5Cr4V2为为母体,,淬火基基体成份份为(wt%):0.5%C,4%Cr,,2%W,3%Mo,,1%V。在此基础础上适当当增加含含碳量,,添加少少量Nb,调整整W,Mo含量量。其抗抗弯强度度和冲击击韧性比比高速钢钢好。热处理工工艺:1080~1180℃淬火火,520~580℃℃二次回回火。1080℃淬火火:未溶溶碳化物物5~11%,,奥氏体体晶粒度度11~12级级,韧性性较好。。1180℃淬火火:未溶溶碳化物物2~5%,奥奥氏体晶晶粒度9~11级,强强度较高高。制作冷作作模具为为主,兼兼作热模模具。4.5热热作模具具钢服役条件件使热或液液态金属属获得所所需形状状模具是在在反复受受热和冷冷却条件件下工作作,模具具受热时时间间越越长长,,受受热热程程度度就就越越严严重重。。许多多模模具具还还受受到到较较大大冲冲击击力力。。工工作作条条件件苛苛刻刻技术术要求求模具具钢钢应应具具有有高高抗
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