4-2-2 合金工具钢.ppt

* * 三、合金工具钢 合金工具钢主要用于制造刃具、模具、量具等工具。 这些工具要求高硬度和耐磨性，并具有一定的韧性和较小的变形。 合金工具钢按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三类 刃 具 模 具 量 具 1、合金刃具钢 合金刃具钢主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。 （1）低合金刃具钢 碳质量分数高：0.90％～1.50％之间。 合金元素总量在3.0％以下。 主要元素：Cr、Mn、Si、V、W等。 Cr、Si可增大淬透性和回火稳定性，保持红硬性； Cr、Mn、V、W可细化碳化物，增加耐磨性，细化晶粒提高韧性。 ? 合金刃具钢可分为低速刃具钢和高速刃具钢。低速刃具钢有碳素工具钢和低合金刃具钢；高速刃具钢都是高合金钢。 低合金刃具钢的耐磨性、红硬性及其他力学性能都比碳素工具钢好，常用牌号有9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。 低合金刃具钢应预先进行球化处理。 最终热处理工艺为：淬火 +低温回火。 最终组织为：回火马氏体+合金碳化物及少量残余奥氏体 硬度可达60HRC以上。 ??低合金刃具钢广泛用于制造低速切削的刀具，如板牙、丝锥等， 也可用作冷冲模。 ? 低合金刃具钢中加入 Si、Cr、W、V等元素使奥氏体区缩小，在铸锭中有莱氏体组织，而且碳化物大小分布不均匀，增加了钢的脆性，因此，必须通过锻造改善莱氏体中的碳化物的结构，使其细小均匀地分布在钢的基体上。 合金元素的加入降低了钢的导热性，因此，加热速度和锻造后冷却速度均应比碳钢缓慢，以防工件开裂。 （2）高速钢 ? 在高速切削过程中，刀具的刃部工作温度可达 600℃以上，低合金刃具钢制作的刀具不能满足要求。因此，必须选用合金元素含量较高的高速钢，它可在600℃左右工作时硬度仍保持60HRC以上，能保持良好的切削性能，故欲称“锋钢”。 车刀 铣刀 钻头 1）高速钢中合金元素的作用 常用高速钢按其所含的主要合金元素可分为 W系（如W18Cr4V）和Mo系（如W6Mo5Cr4V2）2大类。它们共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。 ① C：碳质量分数为0.7％～0.8％，其作用是经热处理后，一部 分溶入马氏体增加其硬度和耐磨性，另一部分与合金元素 形成特殊碳化物。 ???② Cr：加入Cr可形成碳化物，也可溶于奥氏体中使奥氏体稳定性提 高，淬火后使马氏体具有较高的硬度，并可提高淬透性。 ③ W与Mo：W与Mo的主要作用是提高钢的回火稳定性。W可溶入奥氏 体，增大了钢的淬透性和回火稳定性，在500～650℃回火时， 析出W2C以弥散分布，产生“二次硬化”，提高钢的红硬性，未溶 的碳化物WC可增加钢的硬度和耐磨性；Mo与W有同样效果，Mo比 W的碳化物细小，且退火时易于球化，因此Mo系具有较好的韧性。 ④ V：V与C能形成细微、弥散和稳定的VC，可产生二次硬化提高回 火稳定性，使钢具有很高的红硬性和耐磨性，但含V量不宜过 高，否则会使钢的韧性降低。 2）高速钢的锻造和热处理 高速钢的铸态组织：屈氏体+鱼骨状莱氏体+马氏体+残余奥氏体 ① 锻造 ? 高速钢的铸态组织中含有大量分布不均匀的粗大共晶莱氏体碳化物，使钢的力学性能降低。共晶莱氏体碳化物不能用热处理方法来改变其状态，只能用反复锻造，将大块碳化物击碎，并使其均匀地分布在基体上，终锻温度不宜低于 900℃，以免锻裂，锻造后缓慢冷却以免形成马氏体。 高速钢的铸态组织 ② 热处理工艺 下料→锻造→退火→切削加工→淬火后三次高温回火→喷丸→磨削。 W18Cr4V钢热处理工艺曲线 目的：消除内应力、降低硬度、细化晶粒、便于切削加工，为 淬火作好组织准备。 退火 ?组织：索氏体 +细粒状合金碳化物。 硬度为207～225HBS 高速钢退火组织 淬火 A、采用分级预热，防止淬火加热速度过快而引起变形和开裂。 ?B、加热温度很高，目的是使合金元素尽可能多地溶入奥氏体从 而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，以提高其 红热性和回火稳定性。 ???C、对尺寸小，形状简单的工件，可采用油淬；形状复杂或要求 变形量小的工件可采用分级淬火或等温淬火。 特点： 组织：淬火马氏体 +细粒状合金碳化物+残余奥氏体 硬度为63～64HRC， 高速钢淬火组织 回火 高速钢淬火后必须回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少残余奥氏体的数量。常用回火工艺是550～570℃回火三次，每次保温1小时。 ?