第四章工具钢

第四章工具钢按用途分为:刃具钢模具钢量具钢模具刃具量具第四章

工具钢第四章

工具钢4.1概述工具钢一般特点（与结构钢比）一、工作条件：局部压应力为主、磨损；有的升温

金属切削:挤压变形+切离过程，弹、塑性变形，挤裂和切离。第1变形区近切削刃处层内产生的塑性变形区；第2变形区与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区；第3变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。第四章

工具钢受压二、性能要求：1.高硬度（HRC≥60）2.高耐磨性；3.有的高红硬性含义:高温下保持高硬度的能力；表征：HRC=60的温度、或560℃下硬度。第四章

工具钢突出受压下指标，故塑性、韧性要求低。要优化耐磨性/韧性矛盾第四章

工具钢用来制造各种切削刀具的钢种。4.2刃具钢切削加工工作条件:靠刃部剥离，剧烈磨损，高摩擦热。深孔及盲孔，高速切削→刃部升温软化第四章

工具钢4.2刃具钢㈠性能要求1、高硬度

(≥HRC60),主要取决于含碳量。2、高耐磨性

靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。3、高热硬性

即高温下保持高硬度的能力。4、足够的韧性

以防止脆断和崩刃。切削加工的基本形式第四章

工具钢㈡碳素工具钢共有七个牌号：T7~T13

1、成分特点：高碳(0.65~1.35%C)

随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。

碳素工具钢带碳素工具钢材料第四章

工具钢4.2刃具钢碳素工具钢牌号：T*（T**），如T8，T12第四章

工具钢4.2刃具钢T+数字T表示“碳素工具钢”；数字表示平均含碳量的千分之几.T8—其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。性能特点：满足一般高硬度、高耐磨性。

C%-性能。致命弱点：淬透性低、无红硬性。第四章

工具钢4.2刃具钢2、热处理及组织⑴热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②为淬火作组织准备。⑵使用状态下的组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)

球状珠光体T12钢正常淬火组织第四章

工具钢4.2刃具钢T12钢组织

(退火)网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体正火丝锥锉刀第四章

工具钢4.2刃具钢热处理：①正火+球化退火，球P。②淬火+低温回火→高碳回火M+未溶球状Fe3C。

▲防变形开裂。3、用途∵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。T7~T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。木工凿手锤木工钻第四章

工具钢4.2刃具钢低速；小件、简单件。便宜。木工、五金工具第四章

工具钢4.2刃具钢红酸枝袖珍刨子

T10~T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条钻头T12手动钢锯片第四章

工具钢4.2刃具钢1、成分特点：⑴高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高耐回火性：Si③提高耐磨性、细化晶粒:W、V㈢低合金工具钢碳素工具钢基础+少量合金元素(≤3~5%)低合金工具钢制品第四章

工具钢4.2刃具钢④↑Fe3C稳定性含C量+Me+该Me百分含量+……当含C量小于1.00%时，含C量用一位数字标明，这一位数字表示平均含C量的千分之几，如8MnSi.当含C量大于1.00%时，不标含C量。铣刀第四章

工具钢

合金工具钢合金刃具钢牌号合金元素及含量千分之几的含碳量

9SiCrW18Cr4V第四章

工具钢

合金工具钢高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).※Me种类同弹簧钢；

※可5%W。※C高，故K较多。第四章

工具钢合金工具钢第四章

工具钢合金工具钢淬透性↑↑↑耐磨性↑，红硬性仍差。仍属低速不做木工和五金工具GCr15→Cr22、热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)

3、常用钢号及用途应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等.

丝锥板牙低合金工具钢扳手第四章

工具钢合金工具钢加工或修正外螺纹的螺纹加工工具。相当于一个具有很高硬度的螺母ThreadingDie板牙热处理：基本同碳工钢。

但常用等温淬火、分级淬火。高碳回火M+未溶K（合金Fe3C、VC）第四章

工具钢

小径定心渐开线花键拉刀圆拉刀键槽拉刀第四章

工具钢9SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙㈣高速钢（锋钢、风钢、18-4-1钢）高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。铣刀钻头车刀1、性能特点:高热硬性(600℃)、高淬透性2、成分特点⑴高碳:0.70~1.5%C⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢形材第四章

工具钢高C0.7～1.5%:W18%:Mo5%:保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,

造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。第四章

工具钢Cr4%:形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。V1.5%:形成VC,硬度极高,

提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。第四章

工具钢C：共析、过共析。保证M中0.5%C、及大量K。Me：~18W（或W+Mo×2≈18）、4Cr、1~5V。（超硬型：5~12Co、1Al）成分第四章

工具钢√W：二次硬化获高红硬性。平衡态M6C型。淬火加热（~1300℃）:约1/2溶入A→快冷M（高回火稳定性）→高温回火→回M（析出极高硬度、高弥散、与M共格的W2C）→二次硬化。（未溶的M6C细化A、↑耐磨性）

第四章

工具钢Cr：平衡态M23C6型。淬火加热全溶入A，↑淬透性；↓Ms，↑残余A；一定抗氧化性（高温回火析出Cr23C6，也↑耐磨性）第四章

工具钢V：平衡态MC型。淬火加热~1/3溶入A→高温回火析出VC→二次硬化。

未溶的细化、↑耐磨性第四章

工具钢Co（机理还不十分清楚）：基本全固溶（部分可形成金属间化合物如CoW）↑淬火加热温度（Co↑熔点），↑A中合金含量；

回火时↑Mo2C形核率、并↓其长大，进一步↑红硬性。

但Co提高C活度，淬火加热易脱碳，故需保护。第四章

工具钢钢种、分类通用型W系：18-4-1；W的K易粗大、不均匀，脆性大。Mo系：0-8-4-2；Mo的K均匀细小，脆性小，950-1150℃具良好热塑性。但稳定性不如W系，加热时易分解造成脱碳与Mo的挥发。（淬火控温与气氛保护）W-Mo系：6-5-4-2；取长补短。切削HB≯230结构钢、灰铁第四章

工具钢超硬型。更高红硬性（HRC可达70）；切削HB≯350的结构钢、灰铁；软金属。难磨削。①高C高V（3~5V）②高Co（5~12Co）③高C高V高Co④+Al。

第四章

工具钢平衡组织室温平衡组织：P,

+莱氏体,

+二次K（M6C）。（实际上，还有VC、Cr23C6，而未见Fe3C，故仅为近似。）第四章

工具钢莱氏体莱氏体莱氏体第四章

工具钢不平衡结晶：

①包晶难。则多余δ→（γ+K）即δ共析体。

第四章

工具钢δ共析体δ共析体δ共析体第四章

工具钢②γ共析转变及析出二次K可被抑制（淬透性高）。

则γ→M+残余A

。第四章

工具钢M+残余AM+残余AM+残余A第四章

工具钢室温铸态组织：

M+残余A,

+

δ共析体（黑色组织）,

+莱氏体，二次K。第四章

工具钢W18Cr4V钢的铸态组织3、加工与热处理高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织:由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。第四章

工具钢{M+残余A}（白亮）+δ共析体（黑色组织）+莱氏体（鱼骨状）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M6C,钢的韧性大幅下降。第四章

工具钢W18Cr4V铸态组织420

W18Cr4V钢的铸态组织图第四章

工具钢⑴锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。第四章

工具钢锻造: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。W18Cr4V锻造组织210

第四章

工具钢M+残余A（~15%）+K（~20%）⑵退火目的：球化退火:消除应力,调整组织,降低硬度，便于机加工,为淬火作好组织准备。第四章

工具钢W18Cr4V钢的退火组织

W18Cr4V球化退火组织退火后组织：S+30%K，HB200～250，易切削⑶淬火目的:获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：

M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1—C相图第四章

工具钢W18Cr4V钢淬火组织

W18Cr4V淬火组织300第四章

工具钢M+残余A（25%）+未溶K（10%）（M6C、MC）的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。⑷回火目的：主要为减少A’。稳定组织,消除内应力。常用560℃三次回火.回火时的组织变化：①析出W、Mo、V高速钢硬度与回火温度关系第四章

工具钢三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。第四章

工具钢

W18Cr4V钢的热处理过程示意图第四章

工具钢三次570℃回火*淬火后A’约20～25%。*第一次回火后A’约剩15～18%。*第二次回火后A’约剩3～5%。*第三次回火后A’约剩1～2%。回火后的组织:M回+Cm+A’(1～2%)组织硬度为HRC65以上。第四章

工具钢

W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织105第四章

工具钢一次回火：回M+M+残余A（5%）+未溶K

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

第四章

工具钢二次回火：回M+回M+M+未溶K（10%）三次回火：回M+回M+回M+未溶K（10%）W18Cr4V钢淬火、回火后的组织4、使用状态下组织

M回+颗粒状碳化物+A’（少量）第四章

工具钢高速钢热处理缺陷金相组织－过热第四章

工具钢高速钢热处理缺陷金相组织－过烧第四章

工具钢不同状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态第四章

工具钢5、常用钢号及用途常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。第四章

工具钢车刀铣刀高速钢铣刀钻头汽车冲压模具用以制造冷热模具的钢种.㈠冷作模具钢工作温度为200～300℃。制造金属冷成型模具钢种.1、性能要求⑴高硬度和耐磨性。⑵足够的强度和韧性。⑶良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）4.3、模具钢2、常用钢种⑴小尺寸、形状简单、受力不大的模具,可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。⑵截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造.①成分特点：高C(1.4~2.3%C)；高Cr(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，细化晶粒。第四章

工具钢Cr12钢冷冲压件②加工及热处理：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火,目的同高速钢.③常用钢号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。最终热处理为:淬火+低温回火使用状态下的组织:M回+颗粒状碳化物+A’(少量)汽车外板冷冲模第四章

工具钢*一次硬化法:

淬火+低温回火

(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:

淬火+三次回火

(1100～1000℃)(510～520℃)热处理后的组织:

M回

+Cm+A残热处理特点第四章

工具钢㈡热作模具钢制造使加热金属或液态金属成型模具钢种工作温度为600℃以上1、性能要求⑴高温下良好的综合力学性能。⑵抗热疲劳性能。⑶高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具热模锻曲轴毛坯第四章

工具钢高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力;高的热强性和足够