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金属学-9讲述

苗玉刚 2015年12月 船舶工程学院 金属学与造船材料(9) 用于制造刃具、模具、量具的钢,称为工具钢。 一、? 工具钢的分类及表示方法 1、? 分类 合金工具钢 刃具钢 水淬钢 按用途分 模具钢 淬火介质 油淬钢 量具钢 空硬钢 铣刀 英制模板刀 1. 用途? 主要用于制造各种金属切削刀具,如车刀、铣刀、钻头等。 (一) 合金刃具钢 2. 性能要求?? 切削时刃部与切屑之间强烈摩擦发热,刃部温度可达500 ℃~600 ℃;承受冲击和震动。 (1) 高硬度 一般在60 HRC以上。 (2) 高耐磨性 与钢的硬度、钢中硬质点的性质、数量、大小和分布有关。 (3) 高热硬性(红硬性)钢在高温下保持高硬度的能力。 (4) 足够的塑性和韧性 防止刃具受冲击震动时折断和崩刃。 3. 成分特点?   (1) 低合金刃具钢? 最高工作温度不超过300 ℃ ② 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素 Cr、Mn、Si提高钢的淬透性,Si还能提高钢的回火稳定性;? W、V提高硬度和耐磨性,并防止加热时过热,保持细小的晶粒。 ① 高碳 碳质量分数为0.9 %~1.1 %,以保证高硬度和高耐磨性。 (2) 高速钢?? 高合金刃具钢,有很高的热硬性。 高速切削时刃部温度达600 ℃,硬度无明显下降。 ② 加入Cr、W、Mo、V等合金元素 Cr 提高淬透性。 W、Mo 保证高的热硬性。退火状态W、Mo以M6C型碳化物存在,淬火后溶于马氏体中,在560 ℃回火时,形成W2C或Mo2C弥散分布,造成二次硬化。使钢具有很高的热硬性。 V 提高耐磨性,细化晶粒。 ① 高碳 w(C)在0.70 %以上,最高达1.5%左右,与W、Cr、V形成足够的碳化物;部分碳溶于奥氏体,保证马氏体的高硬度。 4. 钢种及牌号 (1) 低合金刃具钢? 典型钢种为9SiCr。 w(C)0.9%、w(Si)1.4%、w(Cr)1% 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: 回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体(Ar)。 应用: 制造低速切削刃具,如丝锥、板牙。 (2) 高速钢?? ? W18Cr4V w(C)0.75%、w(W)18%、 w(Cr)4%、 w(V)1.2%、 W6Mo5Cr4V2 w(C)0.85%、w(W)6%、 w(Cr)4%、 w(V)2%、 W18Cr4V钢的热硬性较好, 热处理时的脱碳和过热倾向较小。 W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧性较好。 高速钢铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物(M6C),需要多次镦拔,得到小块均匀的碳化物 高速钢的热处理——W18Cr4V 退火: 等温退火。加热:860~880℃,保温3~4h,随炉缓冷至500~550℃出炉空冷。 退火组织:S+细粒状合金碳化物,硬度为207~225HBS。 工艺流程为: 下料→锻造→退火→切削加工→淬火后三次高温回火→喷丸→磨削→成品。 淬火:合金元素总含量高,导热性很差,采用分级预热。常用的是在盐浴炉中加热以防氧化和脱碳。 淬火加热温度:1270~1280℃,目的:使合金元素尽可能多地溶入A,从而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体,提高其红硬性和回火稳定性。 尺寸小,形状简单工件油淬;形状复杂、变形量小工件分级淬火或等温淬火 组织:M淬 + 细粒状合金碳化物 + 较多Ar,硬度为63~64HRC。 回火:淬火后必须立即回火,以消除淬火内应力、稳定组织、减少Ar量。常用550~570℃回火三次,每次保温1h。使碳化物(W2C、VC等)呈细小弥散状从马氏体中析出,形成第二相弥散强化(即二次硬化)。 回火组织:M回 + 细粒状合金碳化物 + 少量Ar(1~2%),硬度63~66HRC 高速钢硬度与回火温度的关系 高速钢回火后的组织: 回火马氏

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