工程材料及成形技术基础 金属材料.ppt

2） 刃具钢钢种及其加工工艺 碳素刃具钢:：常用的碳素刃具钢有T8、T10、T12、T8A等。满足一般工具加工条件，其价格便宜，耐磨及加工性好。其中 含碳量越高，碳化物越多，耐磨性好，但韧性变差。 预备热处理 -- -- 正火及球化退火，得F + 细小均布Fe3C粒，HB217； 最终热处理 -- -- 淬火（780oC）+ 低温回火（180oC ），组织为M回 + Fe3C粒 + 少量Ar（2~8%），硬度达HRC60~65 碳素刃具钢的热处理工艺有：特点：红硬性差（为200oC），且淬透性差。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量具，也只能用于加工低硬度材料。 T7，T8：冲子和凿子 T10：车刀，钻头 T12：锉刀，精车刀 （2）低合金刃具钢：在碳钢中加入少量合金元素 （不超过3~5%） 就形成低合金刃具钢，如 9SiCr、CrWMn等。高含碳量：保证高硬度及形成足够的合金碳化物，耐磨性高。Cr、W、Si、Mn、V：提高钢的淬透性和回火抗力，细化了晶粒如应用较多的 9SiCr 钢淬透性好， D 油 = (40~50) mm；且铁素体组织细化，碳化物细化均匀分布，强韧性得到提高；同时加入 Si 后其回火稳定性提高，钢在(250~300)oC仍能保持 HRC60 以上低合金刃具钢的加工工艺及热处理方式与碳素刃具钢类似，处理后的组织状态也类似。 (3) 高速钢:低合金刃具钢基本上解决了碳素工具钢淬透性低、耐磨性不足 的缺点；红硬性也有一定程度提高，但仍满足不了高速切削和高硬 度材料的加工的生产需求。为适应高速切削，发展了高速钢，其红硬性可达600oC以上， 强度比碳素工具钢提高(30~50)%。高速钢分为钨系、钼系和钨钼系 等，如常用的W18Cr4V（即18-4-1），W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2） 等，这些材料的成分特点是： 高 碳：含碳量为(0.7~1.65)%，其作用是保证基体能溶入足够的碳获得高碳马氏体，与碳化物形成元素W、Mo、V、Cr等形成足量碳化物，细化晶粒，增大耐磨性。 W、Mo元素：提高钢的红硬性，含大量W、Mo的马氏体有高的回 火稳定性；且在(500~600)oC回火时析出弥散细小稳定的特殊碳化 物，具有二次硬化效应，大大提高了材料的高温强度和耐磨性。 Cr：主要在奥氏体化时溶入奥氏体，大大提高钢的淬透性；同时回火时也能形成细小的碳化物，提高材料的耐磨性。 V：其碳化物十分稳定，能细化奥氏体晶粒；并提高耐磨性、红硬性生产中还常向钢中加入Ti、Co、Al、B等合金元素，它们都 以提高材料硬度和红硬性为主要目的。但合金元素多也使高速钢导热性差，传热速率低，淬火加热时 必须有中间预热约(800~850)oC；高速钢的铸态组织含有大量共晶莱氏体，呈鱼骨状，脆性大，必须通过反复锻造打碎，并使之均匀。高速钢锻后必须缓冷，并进行球化退火，消除了内应力，获得的S + MxCy粒状组织，硬度为HB(207~255)，可以进行机械加工其淬火温度高达(1250~1300)oC，这既保证了有足够碳化物溶入A，淬透性非常好；淬火后马氏体强度高，且较稳定；而冷却也多用分级淬火，高温淬火或油淬。 正常淬火组织为 M + MxCy粒 + (20~25)% Ar。高速钢回火工艺(550~570)oC保温1h，并重复(3~5)次 高速钢回火后组织为：极细的M回 + 较多MxCy粒 +少量Ar（1~3%），回火后硬度为HRC(63~66)。三次回火后残余奥氏体才基本转变完成。 锻造 球化退火 淬火 三次低温回火 高速钢的热处理工艺: 560oC二次硬化的原因：一是回火时析出了高硬度的细小弥散 分布的W、Mo等的合金碳化物；二是每次回火冷却时发生Ar向 马氏体转变的二次淬火现象。 特殊性能钢 1. 不锈钢 1) 不锈钢的使用条件及材料设计原则在腐蚀性介质中能稳定不被腐蚀或腐蚀极慢的钢，一般被称为不锈钢。材料在一般的酸碱环境中，电化学作用是其腐蚀失效的主要原因。对不锈钢通常采取以下措施来提高其性能：(1) 尽量获得单相的均匀的金属组织。(2) 通过加入合金元素提高金属基体的电极电位。(3) 加入合金元素使金属表面在腐蚀过程中形成致密保护膜如氧化膜（又称钝化膜），使金属材料与介质隔离开，防止进一步腐蚀。如Cr、Al、Si等合金元素就易于在材料表面形成致密的氧化膜Cr2O3、Al2O3、SiO2等。加入的元素有Cr、Ni、Ti、Mo、V、Nb等。 Cr ：必加，提高F电位，形成致密氧化膜，且在一定成分下也可获得单相铁素体组织； Ni ：扩大奥氏体区，用于形成单相固溶体，也可提高材料电极电位，但镍稀缺；而钢中镍与铬常配合使用则会大大提高其在氧化性及非氧化性介质中的耐蚀性。 Mo