工程材料学第4章工具钢

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1、第四章工具钢工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢，但实际应用界限并非绝对§4-1刃具用钢·用途主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等铣刀英制模板刀刃具切削时受工件的压力，刃部与切屑之间产生强烈的摩擦；由于切削发热，刃部温度可达500℃～600℃；此外，还承受一定的冲击和震动性能要求1）高硬度金属切削刀具的硬度一般都在60HRC以上2）高耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且与钢中硬化物的性质、数量、大小和分布有关3）高热硬性热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关4）足够的塑性和韧性以防刃

2、具受冲击震动时折断和崩刃。合金元素含量、使用性能分为-------低合金刃具钢（低合金工具钢）、高合金刃具钢（高速钢）一低合金刃具钢这类钢的最高工作温度不超过300℃,其主要特点：1成分特点：(1)高碳保证刃具有高的硬度和耐磨性，碳含为0.9-1.1%(2)加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高回火稳定性;W、V能提高硬度和耐磨性、并防止加热时过热．保持晶粒细小2加工及热处理特点锻造、球化处理、机加工、淬火、低温回火A锻造（过共析钢）---成型、改善碳化物的分布（均匀性）B球化退火目的---改善切削加工；

3、组织准备球化退火加热温度：Ac1+20—30保温，r+cem，网状cem，部分溶入r中，剩余的以点、链状分布于r中；同时r中的不均匀性增大cem），保证二次cem自发球化C淬火+低回淬火温度适宜：淬火组织：高CM+剩余Cem+少A'回火组织：回火马氏体+剩余碳化物+少量残余A'σs↑HB↑60HRC以上3钢种及牌号表典型钢种为9SiCr加工过程球化退火、机加工，然后淬火和低温回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。二高速钢高速钢是高合金刀具钢,具有很高的热硬性．在高速切削的刃部温度达600时，硬度无明显下降1成分特点：(1)高碳碳含量在

4、o．70％以上．最高可达1．5％左右，它一方面要保证能与w、cr、v等形成足够数量的碳化物；另方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度(2)加入铬提高淬透性几乎所有高速钢的含铬均为4％。铬的碳化物(Cr23C6)在淬火加热时几乎全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定．大大提高钢的淬透性，铬还提高钢的抗氧化、脱碳能力。(3)加入w、Mo保证高的热硬性退火状态下w或Mo主要以M6c型的碳化物形式存在。淬火加热时，一部分(Fe，w)6C等碳化物溶于奥氏体中，淬火后存在于马氏体中，在560℃左右回火时，碳化物以W2c或M02c形式弥散析出，造成二

5、次硬化。这种碳化物在500一600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢产生良好的热硬性。淬火加热时，未溶的碳化物能起阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。W18Cr4V、T12、9SiCr的硬度与温度的关系（4）加入钒提高耐磨性v形成的碳化物vc(或v4c3)非常稳定，极难溶解，硬度极高(大大超过w2c的硬度)且颗粒细小，分布均匀，因此对提高钢的硬度和耐磨性有很大作用。钒也产生二次硬化，但因总含量不高，对提高热硬性的作用不大。（5）加Co提高红硬性3、5、8%成本高，对Co的机理还不完善2加工、热处理特点(1)锻造高速钢属于莱氏体钢，铸态组织中含

6、有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,大大降低钢的机械性能，特别是韧性。这些碳化物不能用热处理来消除只能依靠锻打来击碎，并使其均匀分布。因此高速钢的锻造具有成形和改善碳化物的两重作用，是非常重要的加工过程。为了得到小块均匀的碳化物，高速钢需经反复多次的墩拔。高速钢的塑性、导热性较差，锻后必须缓冷。如图（2）球化退火：目的——高速钢锻后进行退火，以便于机加工，并为淬火做好组织准备。退火后的组织为索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。退火TAc1+20-30℃退火组织α基体上分布粒状Cem（3）预热：高速钢的导热性很差，淬火温度又高，所以淬火加热时

7、，必须进行一次预热（800℃～850℃）或两冷预热（500℃～600℃、800℃～850℃）。（4）淬火：高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难熔碳化物，它们只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为1220℃～1280℃。淬火加热温度与硬度的关系组织:淬火马氏体、剩余合金碳化物、大量残余奥体（5）回火：高速钢通常在二次硬化峰值温度或稍高一些的温度（550℃～570℃）回火三次。在此温度范围内回火时，W、Mo及V的碳化物从马氏体中析出，弥散分布，使钢的硬度明显上升；同时残余奥氏体转变

8、为马氏体，也使硬度提高，由此造成二次硬化现象，保证了钢的硬度和热硬性(图)。进行