工模具用钢培训教材

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碳素钢及低合金刃具钢球化退火2.热处理工艺及性能采用球化退火→不完全淬火→低温回火。等温退火，由退火温度以30~40℃/h冷至700℃左右，等温4h，再炉冷到600℃出炉。T淬为Acm+30~50℃，油冷、熔盐分级淬火、等温淬火（B等温淬火和M等温淬火）。淬火工艺一般组织含碳量0.5~0.6%的M+未溶粒状K4.2碳素钢及低合金刃具钢①Si、Cr↑淬透性，D油<40mm；②Si、Cr↑回火稳定性，~250℃回火，>60HRC；③K细小、均匀→不容易崩刃；④分级淬火或等温淬火处理，变形较小；⑤Si使钢的脱碳倾向增大。9SiCr：适于制作形状较复杂、变形要求小的工件，特别是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。4.2碳素钢及低合金刃具钢CrWMn：4.3高速钢1898年就有含W钢，1910年生产了W18Cr4V。近几十年来，高速钢的产量、品种和质量都有了很大的发展。按照其成分和性能特点可分为以下几类：（1）W系高速钢：W18Cr4V（18-4-1）型，M1。（2）W-Mo系高速钢：W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）型，（M2）。（3）Co系高速钢：W18Cr4VCo5，W6Mo5Cr4V2Co8。红红硬性高、切削性能好。（4）超硬高速钢：W6Mo5Cr4V2Al。具有65~70HRC高硬度、高红硬性特点，成本比钴高速钢高。钨系和钨钼系称为通用型高速钢，而把其他类型称为高性能或特殊用途高速钢。4.3高速钢4.3高速钢4.3高速钢一、高速钢中合金元素的作用C一般高速钢含0.7~1.65%C。形成足够数量的碳化物；保证马氏体中固溶碳量。影响

C%过高：a.AR增多；b.碳量的提高使固相线降低，晶界熔化温度降低→淬火温度↓→A中Me%↓→红硬性↓；c.韧性低。4.3高速钢W：造成红硬性的主要元素。退火时主要以M6C型碳化物存在。

一部分M6C型碳化物溶入奥氏体强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出，提高回火稳定性，在600℃回火时，仍为过饱和固溶体，具有高的红硬性。回火时在马氏体中弥散析出W2C，造成二次硬化，具有高的红硬性和耐磨性。淬火加热时一部分M6C型碳化物未溶入奥氏体强烈阻止奥氏体晶粒长大。保证淬火加热采用1220~1310℃的高温，使足够数量的碳化物溶入奥氏体，保证高的红硬性，提高耐磨性。W↓↓热导率→钢导热性差。W和Mo相似，1%Mo可取代1.5~2.0%W。4.3高速钢VV显著↑红硬性、↑硬度和耐磨性，细化晶粒，↓过热敏感性。以VC存在。4.3高速钢在所有的高速钢中，除钴高速钢以外，退火状态下都含有M6C、M23C6、MC三种碳化物，在含W、Mo较少的高速钢中还有M7C3型碳化物。在淬火状态下，只有M6C和MC。回火状态（650℃左右）有M2C、MC析出。二、高速钢中的碳化物1.碳化物的类型4.3俭高速钢2.洗碳化物败不均匀新性对高冬速钢性草能的影填响4.3察高速钢钨系高速朽钢的始锻独温度一般疫为114倾0℃~1左180℃抛，终锻温烤度为90写0℃左皇右；钼系新及钨系高因速钢的始董锻温度要举低一些，房诚为了减少位氧化与脱抱碳，可以墨降低至1棒000℃检左右，终锋锻温度为划850℃摩~870哪℃。终锻品温度太低详会引起锻势件开裂，胸而终锻温方度太高（熊大于10埋00℃）临会造成晶废粒的不正缠常长大，饱出现萘状芬断口。高速钢初的导热附性能较鞠差，锻长造加热扬过程中习，一般畜应在门850傍℃~900勾℃以下竭应缓慢跟进行；援锻造或拨轧制后沫为防止毁产生过荐多的马黑氏体组贴织，应功缓慢冷签却（常讲用灰坑匠缓冷）保，以防底止产生筹过高的面应力和格开裂。采用合锁适的锻制压比，侨一般在已7~1省1之间成，反复社拉拔和庆锻粗2粮~3次边；锻造跳时先轻知锤快打伟，后重御锤锻打亏，锻后河要缓慢杂冷却，桂进行退筹火。高仅速钢退皱火后的滚组织为妄索氏体遍+碳化盈物，硬材度为H抹B20院7~2取55。4.3能高速株钢三、高速怠钢的铸态墨组织1.高撇速钢的平纤衡结晶过俩程平衡组织什为：Ld双′+K授+P2.高塑速钢的实篮际铸态组帐织高速钢在哪实际铸锭绵凝固时的捡冷却速度伤大于平衡爆冷却，合映金元素来付不及扩散颗，在结晶梯和固态相督变过程中百的转变不牛能完全进呆行。若包晶宾反应不纵能进行楼完毕，博仍有部元分高温赏铁素体枕δ相被汁保留下纹来，在扒继续冷陈却时发首生共析璃转变δ粪→γ＋陵K，称盒为δ共矛析，随跟后γ相它再发生乒共析反北应。因察为在金浪相组织万中呈黑油色，又惩称黑色组织。若γ相慈的共析誓反应被晒抑制，值过冷到孝较低温德度转变逃为M＋恼AR，在金即相组织肢中呈白危色，称白色组阔织。4.3今高速钢四、高颗速钢的竭热处理1.退架火：采用球化胁退火，也偷可分为一享般退火和帐等温退火谈两种。退火温度议为860匹℃~88际0℃，保坐温2~3帮h。这样粮溶入奥氏稳体中的合雁金元素不袜多，奥氏沃体的稳定迷性较小，荡冷却时易金转变成粒隆状珠光体挠。如果加拣热温度太怎高，奥氏肝体内溶入爽大量的碳毯及合金元眉素，其稳局定性增大惹，反而对冷退火不利侍。为了缩秧短退火番时间，稀可以采剑用等温艇球化退龙火，即边在86灶0℃~裤88扯0℃保治温，迅兆速冷却浓至72祖0℃~区750帆℃保温醉6h后盘冷至5展00℃宵出炉。4.3冶高速钢2.塔淬火、它回火4.3炎高速依钢：4.3猎高速钢淬火要兔求：A．奥测氏体中驴有足够父的C和融Me，梁只有合耽金元素的含量高刘的马氏冈体才具众有高的救红硬性路。B．有窃相当的吉未溶碳辣化物阻吼止奥氏奋体晶粒信长大。4.3苗高速姻钢4.3赶高速肃钢4.3屋高速旅钢4.3族高速钢4.3帽高速钢4.3帖高速拐钢高速钢敞特点：①淬透性好误，空冷可掉得马氏体践。（但为初保证钢的论红硬性和璃避免在高匠温时产生此氧化腐蚀起，一般不勾采用空冷盖。）②在650崖~350栽℃，有过椒冷奥氏体廉稳定区。③奥氏体中叮合金度较尾高，有碳占化物析出摘倾向，在洞650℃邮以上范围钱停留或缓稠冷至67骑5℃时，凳奥氏体中阻会出现二听次碳化物征。4.3象高速翠钢4.3宝高速辩钢分级淬由火的分养级温度录停留时雅间一般养不宜太呢长，否枣则二次先碳化物敬可能大鼠量析出午，对钢显的性能遵不利。4.3跪高速钢等温淬很火：有货贝氏体袜等温淬撒火（2污35~找315垦℃，2专~4h悔）和马辜氏体等富温淬火丘（20最0℃左改右，5排~60茎min爆）。采扭用较多绣的是贝乞氏体等休温淬火盈。可提高工满具的强度居、韧度和妥切削性能昨。降低中换心钻及仪晌表刀具等医在使用中源发生断头仙、崩刃等态现象。4.3叫高速钢回火：为瓶消除淬火金应力，稳园定组织，塑减少残余彩奥氏体的筒数量。560℃链三次回火黑，每次保右温1h，砌回火后需研冷至室温谈。560股℃回火独后，硬漆度反而昼升高，指有二次硬硬化现擦象：①560℃妙回火析出券弥散的M亡2C和V对C，起弥壁散硬化作同用。②二次淬火岭：AR在回火后猾的冷却过忧程中转变台为马氏体童。4.3牵高速险钢4.3度高速钢正常回毫火后的侦组织为利回火马乔氏体＋集碳化物虫以及少必量AR。4.3址高速欢钢4.3抛高速钢4.3障高速钢模具钢日本称“归模具是促之进社会繁侨荣的动力范”；德国领称“模具悄是工业发萌展的基石晋”。目前工，靠模具拌成型的零符部件正以联每年30臭%的速度帐递增，逐部步取代传毒统的切削莫加工成型衰手段，工屋业产品零畅件的75从%由模具啊进行粗加匹工成型，羞50%由们模具完成杯精加工。马我国模具捎钢的产量权也超过了浊日本。但某是伴随着平我国模具写制造业技俊术水平的域提高，对多优质、精停品模具钢堵需求逐步奏增长，国毫内高性能难模具钢种雷的生产与舒开发能力称不足，国甲产的合金闸模具钢与打瑞典、德团国、美国搞、日本、误法国等国唇际先进水晶平相比，淹仍存在一过定的差距警，在品种辛、质量、肠尺寸规格吨及性能等枕方面，都挤还难以满服足市场需挣求，导致县我国每年盈需要进口精约10万狂吨的精品活模具钢，正几乎占据表了国内整供个模具钢滨的高端市饺场。4.4敬冷作模在具钢金属在宴冷态下变梨形拉延、冲戚压、冷镦王或冷挤成形等共同特点工作T不符高，模具泛主要承受狂高压力或冲击苦力，有强接烈的摩擦技术要求主要技帝术要求厘为具有脚高硬度糠和耐磨性，糕淬火变吗形小，见有一定扩韧性4.4答冷作模参具钢4.4硬冷作模输具钢4.4容冷作吊模具钢4.4环冷作篮模具钢一、低合亡金模具钢4.4蔑冷作模仪具钢4.4滴冷作模率具钢二、高薯铬和中锋铬模具梦钢（一）高悉碳高铬模双具钢4.4仁冷作模吃具钢1、主要甜特点①铸态员组织为高竞碳亚共晶侨组织，和赤高速钢类闻似。退火纳态含有体宗积分数1倾6~20魂%的(C勒r，Fe增)7C3碳化物。②淬锐火加热渐时有大牵量未溶敬碳化物底（Cr7C3），在C姥r的碳化胳物中，C伞r7C3碳化物移具有最截高的硬宏度，极航大提高葱耐磨性池。③淬透敢性好，空演冷可淬硬蠢。650阶~350钟℃有过冷谜奥氏体稳朱定区。④经马二次硬脉化处理众有较高狗的红硬承性和耐折磨性。⑤碳化毛物不均匀照性比较严赠重，尤其遮是含碳较财高的Cr惭12钢更黑甚，通常财需要通过如改煅来降胃低碳化物绘的级别。4.4仍冷作掠模具钢组织变腥化特点赛一：可通过选荷择T淬和回火温燥度来控制掠工具的变极形。4.4禾冷作模道具钢4.4芒冷作模橡具钢2、热处注理二次硬咏化的原厚因主要欠是AR→M，和专高速钢不俗完全相同史。4.4雁冷作仅模具钢4.4能冷作模赠具钢（二）高别碳中铬模倒具钢典型钢号鸦：Cr4庆W2Mo花V和Cr蹄5Mo1农V。K以M7C3为主，勤分布较串均匀，响耐磨性直好和热瞧处理变希形小，适于制芦造既要拔求有高蚁的耐磨岁性，又撞具有一叠定韧度便的模具币。Cr5M杠o1V（刮美A2计）是值得子推广的空百冷淬硬冷萍作模具钢蔬，是国际窝上通用腿的钢种隔。φ100m笑m以下可夫空冷淬硬乓，适用于形状复杂支、要求热王处理变形剧小又需要艳好的耐磨雷性和良好照韧度的冷假作模具狭，如下净料模、趟成型模暑、冲头坛、剪刀厌片等。（三）离新型冷村作模具井钢我国常用艇7CrM颗o2V2磨Si钢，仪淬透性较纤好，热处外理变形小萍。用来制哑造冷墩模读、冷冲模葛及冲头、填冲剪模等涛。4.4乖冷作模垃具钢三、基玩体钢基体钢是活指其化学争成分与高会速钢的淬团火组织的垫基体化学暮成分相同见的钢种。1.故特点既具有高碰速钢的高伏强度，高棚硬度，又惭因不含大孝量碳化物得而使韧性短，疲劳强印度优于高醉速钢。（漆介于高速慈钢和低合王金工具钢弯之间）。对基体禾钢没有聋确切的扮定义，活但一般宣认为凡芒在高速肥钢基体绒成分上蒙添加少躬量合金赠元素，爱适当增艺减碳含羡量，以珠改善钢蜡的性能沿，适应两某些用信途的钢并种，都厨称为基嘴体钢。4.4叼冷作模饮具钢2.裁典型钢错号6Cr4彻W3Mo族2VNb紫（65N皮b）是中阀国研制的两高韧度高呀耐磨的冷甘作模具钢勇。以高速争钢W6截Mo5和Cr4帜V2倦为母体套，淬火墨基体成我份为(遗wt%最)：0场.5%井C，4彩%Cr甘，2%御W，3脚%Mo湿，1%越V。在此基础绸上适当增洒加含碳量秘，添加少基量Nb，猴调整W，区Mo含量怖。其抗弯袄强度和冲避击韧性比听高速钢好方。热处理睛工艺：108竟0~11爹80℃淬凳火，52劲0~58籍0℃二次并回火。108准0℃淬薪火：未跌