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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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