5.4工具钢.ppt

正確減重及養生觀 正確減重及養生觀 5.4 工 具 钢 5.4.1 工具钢的特点 5.4.2 刃具钢 5.4.3 模具钢 5.4.4 量具钢 5.4.1 工具钢的特点 1. 用途与性能要求 2. 化学成分特点 3. 组织状态 1. 用途与性能要求 结构钢是用来制造各种机器零件及工程构件，而工具钢则是用来制造刃、模、量具等各式工具。 对结构钢而言，常用力学性能指标σb（σs）、σ-1、δ、ψ、ak等作为判断该钢在某种工作条件下能否胜任的重要依据；而对工具钢来说，大多是在承受很大局部压力和磨损条件下工作，虽可用硬度、耐磨性表示该工具对局部压力和磨损的抗力，其耐磨性取决于M的高硬度及碳化物的性质、数量、形态与分布。 因此，判断工具钢性能的主要依据应是其化学成分和组织状态。 2. 化学成分特点 结构钢主要要求较高的强度和较好的塑、韧性，因此其碳含量一般较低(如调质钢的Wc＜0.5%）,并以Cr、Ni、Mn、Si等为主加元素，而一些碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等仅起辅助作用。而对工具钢： 主加元素Cr、W、Mo、V（较强K形成元素），为获得高硬度、高耐磨性与高红硬性，一般具有高的碳含量(0．7%～1．5%C)； 辅加元素Mn、Ni、Si等，旨在进一步增加钢的淬透性、回火稳定性，减少工具在热处理时的变形等。 由于工具钢的含碳量较高，其塑性较结构钢为差。为了改善工具钢塑性变形能力、并减轻淬火时开裂倾向，工具钢中S、P含量一般均限制在0．02%～0．03%以下，而结构钢则在0．04%左右。 3. 组织状态 工具的使用寿命取决于热处理后的组织状态。为了保证工具钢的高硬度、高耐磨性与足够的韧性，必须使其最终热处理后的组织为细针状M回火+ 细小均匀的颗粒状K + 少量AR。 （1）锻造及预先热处理 由于工具钢中碳含量及K形成元素含量均较高，因而K数量较多。而K的形状、大小、分布对工具钢的寿命影响很大。实践证明，细小均布的颗粒状K耐磨性好、脆性小，工具使用寿命高。 但在铸态下工具钢中K往往不均匀分布，因此改善K的分布状况则必须靠锻造工艺予以保证。锻造时应采用大的锻造比、反复锻造以获得均匀分布的K；而K的形状和大小则与预先热处理——球化退火工艺密切相关。 所以工具钢在淬火前必须进行球化退火以获得细小、均匀、颗粒状K，这样的组织不仅有利于切削加工、提高耐磨性，而且可防止淬火加热过程中的晶粒粗大、变形与淬裂等。 3. 组织状态 （2）最终热处理——一般为淬火＋低温回火（M回火+K+AR） 结构钢加热至淬火温度，组织呈均匀的奥氏体，所有Me均溶入奥氏体中。而工具钢在正常淬火加热温度下，其组织为A+K未溶。K的存在能阻止奥氏体晶粒长大，使A保持细小晶粒，使钢既有高硬度，又有一定韧性;更重要的是未溶K有利于提高钢的耐磨性。 但由于合金K中含有大量Me，因而淬火加热时合金K在A中溶解量的多少，就意味着A中含Me量的高低，其结果必然对钢的淬透性有一定影响。调节淬火加热温度，变更溶入A中的K数量，便能改变钢的淬透性。若加热温度过低，K溶解量少，A中碳含量和Me含量低，则淬透性降低;若加热温度过高，K溶解量多，A稳定性高、淬透性好，但淬火后会得到粗大马氏体、AR量增多而剩余合金Ｋ数量减少，造成强度、硬度、耐磨性和韧性下降。因此，须严格控制淬火加热温度。 合金工具钢一般用油冷却，对于形状复杂的工具为了减少变形与防止开裂，常用分级淬火或等温淬火方法。合金工具钢淬火后应立即回火，除了热作模具钢和高合金工具钢采用高温回火之外，大多数工具钢都采用低温回火，以消除内应力而同时保持其高硬度、高耐磨性。 但应注意，在合金工具钢中由于加入Me后，钢的回火抗力增高。因而含有Me种类与数量不同的各种工具钢，它们的具体回火温度可能有较大差异，但其组织状态应是相同的。 5.4.2 刃具钢 Cutting tool steels 1. 工作条件、常见失效形式与性能要求 刃具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作用使切屑产生变形与断裂并从整体上剥离下来。故刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动负荷，同时还要受到工件和切屑的强烈摩擦作用，产生大量热，使刃具温度升高，有时高达600℃左右，切削速度愈快、吃刀量愈大则刀刃局部升温愈高。刃具的失效形式有卷刃、崩刃和折断等，但最普遍的失效形式是磨损。其性能要求为: i.高硬度与高耐磨性 刃具是用来切削工件的，只有其硬度比被加工工件的硬度要高得多时才能进行切削。一般切削金属的刃具刃口处硬度应≥60 HRC。实践证明，在细小高碳M基体上分布着稳定性高、弥散度大的特殊K颗粒，能显著提高其耐磨性。 Ii.高的红硬性 为防止刃