机械工程材料 教学课件 作者 罗中平 主编9 工业用钢2.ppt

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1、第三节工具钢工具钢是用来制造各种工具的钢种，按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。一、刃具钢刃具钢主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、刨刀及钻头等。1．性能要求(1)高硬度：刃具硬度必须大于被切材料硬度，一般要求大于60HRC。(2)高耐磨性：耐磨性不仅取决于硬度，同时还与钢中硬质相的性质、数量、大小和分布有关。(3)高热硬性(红硬性)：热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力。要求高的热硬性是为了防止刀具在高速切削时因摩擦升温而软化。(4)足够的韧性：避免刃具在

2、受冲击震动时发生崩刃或脆断。1/232．常用刃具钢(1)碳素工具钢碳素工具钢为高碳钢，其含碳量为0.65%％-1.35％，随含碳量提高，钢中碳化物量增加，钢的耐磨性提高，但韧性下降。碳素工具钢牌号、成分及用途见表5-10。碳素工具钢的预备热处理一般为球化退火，其目的是降低硬度(≤217HB)，便于切削加工，并为淬火做组织准备。最终热处理为淬火加低温回火。使用状态下的组织为回火马氏体加颗粒状碳化物及少量残余奥氏体，硬度可达60HRC-65HRC。碳素工具钢的优点是成本低，耐磨性和加工性较好，在手用工具和机用低速工具上广泛应

3、用。缺点是热硬性差(切削温度低于200℃)，淬透性低，只适于制作尺寸不大、形状简单的低速刃具。2/23(2)低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素(≤3％-5％)形成的，其在保持高的含碳量(0.75-1.50%)的同时，加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素，Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性，Si还有提高耐回火性的作用，W、V的作用是提高耐磨性，并细化晶粒。低合金工具钢的热处理特点基本与碳素工具钢相同，采用球化退火作为预备热处理，最终热处理为淬火加低温回火，使用状态下的组织为回火马氏体加颗粒

4、状碳化物及少量残余奥氏体。与碳素工具钢不同的是，由于加入了合金元素，钢的淬透性提高了，可采用油淬火，淬火后的硬度与碳素工具钢处于同一范围，但淬火变形、开裂倾向小。切削温度可达250℃，仍属于低速切削刃具钢。低合金工具钢的牌号、成分、热处理及用途如表5-11所示。典型钢种是9SiCr，由于加Si、Cr提高了淬透性，其油中临界直径可达40-50mm。另外，由于Si等还能提高耐回火性，使钢在250-300℃下仍保持60HRC以上的硬度。低合金工具钢广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切削刃具，如丝锥、板牙等，也常用做冷冲模。

5、3/23(3)高速工具钢(高速钢)高速钢是制造高速切削刀具用钢。它的主要性能特点是热硬性高，当切削温度达到600℃时，硬度仍能保持在55HRC-60HRC以上。切削时能长时间保持刃口锋利，俗称“锋钢”。高速钢的淬透性高，空冷即可淬火，又俗称“风钢”。1)成分特点①碳含碳量为0.70％-1.6％，以保证形成足够量的碳化物。②合金元素主要加入的元素是Cr、W、Mo、V，总量超过10%。加Cr的主要目的是提高淬透性，各高速钢的铬含量大多在4％左右。铬还提高钢的耐回火性和抗氧化性。W、Mo的主要作用是提高钢的热硬性，原因是在淬火

6、后的回火过程中，析出了这些元素的碳化物，使钢产生二次硬化。V的主要作用是细化晶粒，同时由于VC硬度极高，可提高钢的硬度和耐磨性。4/232)加工与热处理高速钢的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→机加工→淬火+回火→喷砂→磨削加工。①锻造高速钢是莱氏体钢。其铸态织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状的马氏体和托氏体组成，如图5-4。这种组织脆性大且无法通过热理改善。因此，需要通过反复锻打来击碎鱼骨状碳化物，使其均匀地分布于基体中。可见，对于高速钢而言，锻造具有成型和改善组织的双重作用。②退火高速钢的预备热处理是球化退火，其

7、目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火作组织准备。退火后组织为索氏体加细粒状碳化物。③淬火高速钢的导热性较差，故淬火加热时应在600-650℃和800-850℃预热二次，以防止变形与开裂。高速钢的淬火温度高达1200℃，以便更多的合金元素溶入奥氏体中。达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。淬火温度不宜过高，否则易引起晶粒粗大。淬火冷却多采用盐浴分级淬火或油冷，以减少变形和开裂倾向。淬火后的组织为淬火马氏体和颗粒状碳化物及较多残余奥氏体。硬度为61HRC-63HRC。5/23④回火高速钢淬火后通常在550-570进行三

8、次回火，其目的是减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化。W18Cr4V钢的硬度与回火温的关系如图5-5所示。在回火过程中，随温度升高，大量细小弥散的钨钼钒碳化物从马氏体中析出，使钢的硬度明显上升。高速钢在淬火后约有20%-25%的残留奥氏体，一次回火后仍然有约15%的残余奥氏体。通过三次回火，高速钢内的残余奥氏体