节 工具钢
◆主要用于制造各种加工和测量工具的钢, 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、 称工具钢。按其用途分为刃具、量具和模具用 按成分不同也可分为碳素工具钢、 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。 工具钢及高合金工具钢。 ◆化学成分 较高的含碳量(0.7-1.3%); 较高的含碳量(0.7-1.3%); 常加入合金元素Cr Cr、 Mo、 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, (1)高硬度、高耐磨性:一般其硬度为60HRC,应 高硬度 60HRC 远远大于工件硬度并保证强化相数量多, 远远大于工件硬度并保证强化相数量多,分布均 匀且稳定。 匀且稳定。 (2)高的红硬性:红硬性是指钢在高温仍能保 (2)高的红硬性: 高的红硬性 持足够高的硬度的特性。 持足够高的硬度的特性。 (3)一定的强韧性: (3)一定的强韧性:为保证刃具在工作中受到拉压 一定的强韧性 弯扭和冲击等作用时不折断,不崩刃, 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。 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、 常用的碳素工具钢有T8、T10、T12、 T8 T8A等 T8A等。碳素工具钢满足一般工具加工条 其价格便宜,耐磨及加工性好。 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, 含碳量越高,则碳化物越多,耐磨性越好, 但韧性变差。 但韧性变差。 碳素刃具钢红硬性差( 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 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, 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、 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。 量具,也只能用于加工低硬度材料。

碳素工具钢的热处理工艺
预备热处理:在机加工之前进行正火及球化 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 钢则可完全退火) 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, 组织为珠光体+细小均布的粒状渗碳体,硬 为珠光体 HB<217。 度HB<217。  终热处理:淬火(780℃)+低温回火  终热处理:淬火(780℃)+低温回火 )+ 180℃) (180℃) 组织为 粒状渗碳体+少量A 8%), 组织为M回+粒状渗碳体+少量A残(2~8%), 硬度达60 65HRC。 60~ 硬度达60~65HRC。

(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 Cr、 Si、Mn、 碳化物,耐磨性高。同时钢中常加入Cr、W、Si、Mn、 等合金元素,大大提高了钢的淬透性和回火抗力, 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。 细化了晶粒。
丝锥 例:9SiCr相当于T9+1.2~1.6%Si+0.95~1.25%Cr, 9SiCr相当于T9+1.2~1.6%Si+0.95~ 相当于T9+1.2 板牙

其淬透性好,油淬透直径达40~50mm; 其淬透性好,油淬透直径达40~50mm; 40 碳化物(Fe,Cr) 使马氏体组织细化, 碳化物(Fe,Cr)3C使马氏体组织细化,使其强韧性 得到提高; 得到提高; 同时加入Si后其回火稳定性提高,钢在(250~ 同时加入Si后其回火稳定性提高,钢在(250~ Si后其回火稳定性提高 (250 300℃)仍能保持60HRC以上 仍能保持60HRC以上。 300℃)仍能保持60HRC以上。

(3)高速钢
例:盘形齿轮铣刀 选材: 选材: W18Cr4V 元素作用分析: (0.7-0.8%), (1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 工艺路线:下料→锻造→球化退火→ 淬火+多次回火→喷丸→ →淬火+多次回火→喷丸→磨削 锻造工序分析: 锻造工序分析: 工序分析 球化退火作用分析: 球化退火作用分析: 作用分析 淬火回火工艺分析: 淬火回火工艺分析: 工艺分析

图片1

图片2

500× 500× W18cr4V球化退火后的组织 球化退火后的组织

图片3

回火工艺曲线

2.模具钢 2.模具钢
(1) 冷作模具钢 工作条件 在常温下工作,摩擦面大, 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。 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。 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, 高的耐磨性,高的强韧性,淬透性高,热处 理变形应尽可能小。 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 T8A、T12A、9CrSi、Cr6WV等碳素和低合金 工具钢可用作尺寸较小, 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 2)高碳高铬钢 Cr12MoV等 指Cr12型冷作模具钢,如Cr12 、 Cr12MoV等。 Cr12型冷作模具钢, 型冷作模具钢 其成分中含碳(1.4 2.3)%、含铬(11 12)%。 (1.4~ (11~ 其成分中含碳(1.4~2.3)%、含铬(11~12)%。 另外有些钢还加入少量的Mo(0.4 0.6%)、 Mo(0.4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 等合金元素。 V(0.15-0.3%)等合金元素。

Cr12MoV钢加工冲孔落料模的工艺路线: Cr12MoV钢加工冲孔落料模的工艺路线: 钢加工冲孔落料模的工艺路线 下料→

锻造→退火→机加工→淬火+回火→ 下料→锻造→退火→机加工→淬火+回火→磨削
热处理工艺: 热处理工艺: (1)预备热处理:球化退火 预备热处理: 目的:消除应力,降低硬度以便于切削加工。退火硬度为 目的:消除应力,降低硬度以便于切削加工。 目的 (207~255)HB (207~255)HB 组织:球状珠光体+均匀分布碳化物 组织:球状珠光体+ (2) 终热处理:淬火+低温回火  终热处理:淬火+ 组织:M回+弥散粒状碳化物+少量A残。 组织: 弥散粒状碳化物+少量A 组织 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 除此之外,高速钢由于其优异的工艺和使用性能, 除此之外  冷作模具用钢

(2)热作模具钢
工作条件: 工作条件: 反复受热和冷却,热态下受到摩擦、 反复受热和冷却,热态下受到摩擦、冲击作 用。 性能要求: 性能要求: ①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; ②抗热疲劳性好; 良好的导热性和淬透性。 ③良好的导热性和淬透性。

常用热作模具钢
常用的热模钢有5CrMnMo及5CrNiMo; 常用的热模钢有5CrMnMo及5CrNiMo;对 5CrMnMo 压铸模常用3Cr2W8V 4Cr5MoSiV等 3Cr2W8V、 压铸模常用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等。 含碳量:(0.3~0.6)%,保证了淬火高温 含碳量:(0.3~0.6)%, 回火后钢材的硬度和韧性; 回火后钢材的硬度和韧性; 常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。 常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。 Cr 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(197~241) ◆锻后退火以消除应力,降低硬度(197~241) HB,以便于切削加工 以便于切削加工。 HB,以便于切削加工。  终热处理为:淬火+高温(或中温) ◆  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)。 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。 具有良好的综合机械性能及热疲劳抗力。 注意: 注意:回火温度应稍高于模面工作温度

3.量具钢 量具钢
用于测量工具的钢,如卡尺、千分尺、块规 用于测量工具的钢,如卡尺、千分尺、 用于测量工具的钢 及塞规等,主要性能要求如下: 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 高的硬度和耐磨性、 高的硬度和耐磨性 常用的量具通常采用碳素工具钢,低合 常用的量具通常采用碳素工具钢, 金工具钢,轴承钢等制作。 金工具钢,轴承钢等制作。 T10A、 简单量具 T10A、T12A 等。 GCr15、 高精度量具

GCr15、CrWMn 等。

化学成分特点和热处理特点
碳含量:0.90~ 碳含量:0.90~1.50% 合金元素:Cr、 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: CrWMn制作块规的工艺路线 制作块规的工艺路线: 锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→ 锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→ 回火→粗磨→低温时效→精磨→ 回火→粗磨→低温时效→精磨→去应力回火 →研磨
时效处理:120~130℃,保温几~几十小时, 时效处理:120~130℃,保温几~几十小时,使M、 A 回火M  终组织 回火M + 碳化物 + 少量A 少量A
残

稳定,消除内应力。 残稳定,消除内应力。

淬火回火工艺
℃ 1100~1150℃ 960~1050℃

800~830℃

油淬

510~520℃回火三次 250~275℃ 回火 60~62 HRC 58~60 HRC

空冷