【教学课件】第一节工具钢.ppt
第一节 工具钢,主要用于制造各种加工和测量工具的钢,称工具钢。按其用途分为刃具、量具和模具用钢，按成分不同也可分为碳素工具钢、低合金工具钢及高合金工具钢。化学成分较高的含碳量（0.7-1.3%）；常加入合金元素Cr、W、Mo、V等。合金元素的主要作用,1、刃具钢,性能要求,(1)高硬度、高耐磨性：一般其硬度为60HRC，应远远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均匀且稳定。,(2)高的红硬性：红硬性是指钢在高温仍能保持足够高的硬度的特性。,(3)一定的强韧性：为保证刃具在工作中受到拉压弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有一定的韧性是必须的。,(1)碳素工具钢,常用的碳素工具钢有T8、T10、T12、T8A等。碳素工具钢满足一般工具加工条件，其价格便宜，耐磨及加工性好。其中含碳量越高，则碳化物越多，耐磨性越好，但韧性变差。,碳素刃具钢红硬性差（刃部温度大于250，其硬度耐磨性即显著降低），且淬透性差。故其一般只用于手工工具，低速或小走刀量的机用工具和小尺寸模具、量具，也只能用于加工低硬度材料。,预备热处理：在机加工之前进行正火及球化退火（T8钢则可完全退火）组织为珠光体细小均布的粒状渗碳体，硬度HB217。,碳素工具钢的热处理工艺,最终热处理：淬火（780）低温回火（180）组织为M回粒状渗碳体少量A残（28%），硬度达6065HRC。,(2)低合金工具钢,高的含碳量保证了钢的高硬度及形成足够的合金碳化物，耐磨性高。同时钢中常加入Cr、W、Si、Mn、V等合金元素，大大提高了钢的淬透性和回火抗力，并细化了晶粒。,例：9SiCr相当于T9+1.21.6%Si+0.951.25%Cr,其淬透性好，油淬透直径达4050mm；碳化物(Fe,Cr)3C使马氏体组织细化，使其强韧性得到提高；同时加入Si后其回火稳定性提高，钢在(250300)仍能保持60HRC以上。,（3）高速钢,例:盘形齿轮铣刀,选材:W18Cr4V元素作用分析:碳(0.7-0.8%)，钨，铬，钒(1-1.4%)工艺路线:下料锻造球化退火机加工淬火+多次回火喷丸磨削锻造工序分析:球化退火作用分析:淬火回火工艺分析:,图片1,图片2,500 W18cr4V球化退火后的组织,图片3,回火工艺曲线,2.模具钢,(1)冷作模具钢,工作条件在常温下工作，摩擦面大，摩擦力大同时还受到弯曲力和冲击力的作用。主要的失效破坏形式为磨损、变形和开裂。,性能要求高的耐磨性，高的强韧性，淬透性高，热处理变形应尽可能小。,钢种选择,1)碳素工具钢和低合金工具钢如T8A、T12A、9CrSi、Cr6WV等碳素和低合金工具钢可用作尺寸较小，形状简单且工作负荷不太大的模具2)高碳高铬钢指Cr12型冷作模具钢，如Cr12、Cr12MoV等。其成分中含碳(1.42.3)%、含铬(1112)%。另外有些钢还加入少量的Mo(0.4-0.6%)、V(0.15-0.3%)等合金元素。,Cr12MoV钢加工冲孔落料模的工艺路线：,热处理工艺：（）预备热处理：球化退火目的：消除应力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度为(207255)组织：球状珠光体+均匀分布碳化物（）最终热处理：淬火+低温回火组织：M回弥散粒状碳化物少量A残。除此之外，高速钢由于其优异的工艺和使用性能，也是很好的高档冷作模具用钢,下料锻造退火机加工淬火+回火磨削,（2）热作模具钢,工作条件：反复受热和冷却，热态下受到摩擦、冲击作用。性能要求：要求在较高的工作温度下具有良好的强韧性；抗热疲劳性好；良好的导热性和淬透性。,常用热作模具钢,含碳量：(0.30.6)%，保证了淬火高温回火后钢材的硬度和韧性；,常用的热模钢有5CrMnMo及5CrNiMo；对压铸模常用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等。,常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。,热作模具钢的工艺特点,热作模具钢必须经过反复锻造使碳化物均匀分布。,锻后退火以消除应力，降低硬度（197241），以便于切削加工。,最终热处理为：淬火+高温（或中温）回火组织：回火索氏体（或回火屈氏体）。具有良好的综合机械性能及热疲劳抗力。注意：回火温度应稍高于模面工作温度,3.量具钢,用于测量工具的钢，如卡尺、千分尺、块规及塞规等，主要性能要求如下：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性,常用的量具通常采用碳素工具钢，低合金工具钢，轴承钢等制作。,简单量具 T10A、T12A 等。高精度量具 GCr15、CrWMn 等。,化学成分特点和热处理特点,碳含量：0.901.50%合金元素：Cr、W、Mn,淬火回火后得到稳定均匀的马氏体组织例CrWMn制作块规的工艺路线：锻造球化退火机加工淬火冷处理回火粗磨低温时效精磨去应力回火研磨,时效处理：120130，保温几几十小时，使M、A 残稳定，消除内应力。最终组织 回火M+碳化物+少量A 残,淬火回火工艺,（h）,9601050,800830,250275,油淬,空冷,回火,5860 HRC,11001150,510520回火三次,6062 HRC,Cr12MoV的淬火回火工艺,
