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1、第六章 工具钢,刃具钢：制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀 具的钢类。模具钢量具钢,工具钢是用于制造各类切削工具、模具和量具的钢类。按化学成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢；按退火组织可分为亚共析钢、过共析钢和莱氏体钢；按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。,6-1 工作条件和合金化目的,根据工具的工作条件和使用要求，对合金工具钢的性能要求一般都比较高，比如高的淬透性，对切削刀具还要求具有较高的热硬性；对于热加工模具还要求有一定的抗热疲劳性能、热处理变形小等；对于量具钢要求有高硬度、高的尺寸稳定性。,因此，工具钢碳含量都比较高，并加入合金元素来提高钢的硬度和耐磨性，增加钢的淬透性和回火稳定性
2、。,6-2 刃具钢,一、对性能要求,1、高硬度 必须具有比被加工工件更高的硬度，一 般高于60HRC。,2、高耐磨性 刀具的刃部和金属毛坯存在摩擦,3、高热硬性（在温度较高的情况下也能保持高硬度，这种性能称为热硬性）切削过程中因摩擦生热使 刀具的温度升高。,刀具损坏的主要形式是磨损，但有时会因突然加载或强度、韧性不足而折断，因此，刃具钢经适当热处理后应具有高的硬度、耐磨性和热硬性，足够的强度，一定的韧性，以及良好的工艺性。,含碳量：0.6%1.5%,热处理：淬火+回火,防止氧化脱碳盐浴炉或真空炉加热,组织：M回+K（碳化物）+A,二、碳素及低合金刃具钢,冲头,（一）碳素刃具钢,1、钢号,T7、
3、T8A、T10A、T12A,随含碳量增加，耐磨性增加。,2、用途,在常温下使用的凿子、冲头、剪刀、木工工具、刨刀、拉丝模等，见表6-10。,3、加工路线,下料锻造球化退火 机加工淬火+低温回火,热处理,淬火加热温度：760780 回火温度：180 200,（二）低合金刃具钢,1、含碳量：1%左右,2、合金元素：,Cr、Mn、W、V、Si等,提高淬透性和耐磨性（合金渗碳体更耐磨）,3、常用低合金刃具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn,4、主要用途：丝锥、板牙、绞刀、载荷较小的冷冲 模等,热处理：淬火+低温回火,油冷,三、高速钢,特点：使用时因高速摩擦产生热量大，使刃具温度很高，因而对热硬性和
4、耐磨性要求非常高。,（一）用途 高速切削的刃具车、铣、刨、拉刀、钻头和丝锥,典型钢种：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,（二）合金化,1、C 0.7%1.4%固溶在马氏体中和形成合金碳化物。,2、W和Mo 这两个元素可以互相代替，主要形成 Fe4W2C等多种化合物，熔点高（细化晶粒），耐磨性比Fe3C高，固溶于M中的W在回火时W2C 产生二次硬化（热硬性高）,3、Cr 增加淬透性和耐磨性风钢（小尺寸空冷，大尺寸可以油淬+空冷）,4、V 提高耐磨性和热硬性，回火时析出VC产生二 次硬化并使耐磨性显著提高。,1.预先热处理球化退火,（三）热处理,高速钢铸态组织,高速钢锻造退火后组织,工艺非常特
5、殊加热温度最高、回火温度最高（在高硬度范围内）、回火次数最多（三次）。,（1）加热温度 加热温度范围很宽10001300但为了获得二次硬化效果，加热温度必须高于1200,2.最终热处理,由于合金元素多，导热性差，要求升温速度要慢，否则加热时会因热应力而开裂。加热用盐浴炉或真空炉,空冷小尺寸。先油冷后空冷尺寸较大、但形状较简单。分级淬火形状复杂，对变形量要求高。,（2）加热和冷却,a）盐浴炉加热,加热速度快，适合小批量,预热,在A1温度附近（800 840）必须预热一次,如果尺寸大，还需在500 650 和1000 1100 再预热,冷却（根据尺寸大小和形状复杂程度选择）,防止珠光体转变,内外温
6、度均匀后空冷减小变形,b）真空炉加热,加热速度慢、适合大批量,不需要预热。冷却采用高压气淬，容易控制冷却速度,淬火组织未溶碳化物+隐针马氏体+残余奥氏体,（3）回火二次硬化,析出W2C和VC AM,A M,20%25%A,5%A,1%2%A,15%A,回火组织M回+K+A,6-3 模具钢,模具钢：用于制造冲压、模锻、挤压、压铸等模 具的钢,根据模具工作条件的不同可分为 热作模具和冷作模具,一、热作模具钢制造热锻模具和压铸模具,热作模具属于受热状态下对金属进行变形加工的模具，也称为热变形模具。,1、热作模具的工作条件及性能要求,足够的强韧性,热作模具工作的过程中受到很大的压应力、张应力、弯曲应力
7、及冲击应力,足够的硬度和耐磨性,足够的淬透性,良好的耐热疲劳性,热作模具反复受热和冷却，易发生热疲劳而龟裂,2、热作模具的化学成分,碳含量0.5%,含碳量较低，保证足够的韧性,常含有Cr、Ni、Mo、Mn等合金元素,增加淬透性，强化铁素体,常用钢号：5CrMnMo（中小型热锻模具）、5CrNiMo（大型热锻模具）,3、热作模具的热处理,锻造后退火,消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为随后的淬火作组织准备。,淬火及回火,预冷,油淬,回火屈氏体和回火索氏体,5CrMnMo的淬火及回火工艺,降低淬火应力减少变形,防止开裂,属于接近室温状态下对金属进行冷变形加工的模具。,1、冷作模具的性能要求,高
8、硬度良好的耐磨性足够的强度和韧性,2、冷作模具的化学成分（和刃具钢基本相似）,刃具钢T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等都可以作为冷作模具钢。对于尺寸较大的重载或要求精度较高、热处理变形小的模具，一般用Cr12、Cr12MoV等。,二、冷作模具钢制造冲压、挤压、冷镦模具,冷作模具的选材见p163表6-16,3、冷作模具的热处理,锻造后退火,消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为随后的淬火作组织准备。,淬火及回火,根据使用条件和硬度范围选择回火种类,Cr12MoV的淬火及回火工艺,为了提高模具的耐磨性、抗疲劳能力及减小变形，延长模具的使用寿命，也可采用渗氮、氮碳共渗（软氮化）和渗硼等
9、对模具局部表面进行化学热处理。,6-4 量具钢,一、对量具钢的要求,1、量具的工作部分应具有高的硬度和耐磨性（62HRC）,2、具有高的尺寸稳定性,3、有一定的韧性,二、量具用钢,1、精度低、形状简单的量具,T10A、T12A、9SiCr10钢、15钢经渗碳淬火及低温回火50、55、60、60Mn、65Mn钢经感应加热表面淬火,2、高精度的量具,采用热处理变形小的钢CrMn、CrWMn等。,三、量具钢的热处理,1、精度低、形状简单的量具,淬火及低温回火，得到M回+A存在一定的淬火应力,2、高精度的量具,淬火冷处理低温回火时效处理精磨或研磨,随堂思考题,1冲硅钢片用的模具可选用的材料是（）。(a
10、)45(b)CrWMn(c)Cr12MoV(d)42CrMo2.形状简单的小冲头可选用的材料是（）。(a)45(b)CrWMn(c)35(d)42CrMo3压铸铝合金用的模具，其合适的材料和热处理工 艺是（）。(a)45 调质(b)5CrMnMo淬火低温回火(c)3Cr2W8V调质+渗氮(d)W18Cr4V淬火+200回火,4手工使用的錾子、凿子、冲子等多采用()（a）50（b）T7和T8A（c）CrWMn（d）W18Cr4V5锉刀、刨刀等要求硬度和耐磨性高的刃具采用（）（a）T7（b）T12A、T13A（c）1Cr18Ni9Ti（d）60Si2Mn6小钻头、丝锥、低速车刀等多采用（）（a）5
11、CrMnMo（b）W18Cr4V（c）T9T11(A)（d）42CrMo7板牙、长丝锥、长铰刀以及一些精密量具（如游标卡尺、块规等）和形状复杂的冷作模具可以选用（）（a）CrWMn（b）T7（c）45（d）60Si2Mn,8重载的冲孔落料模可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）Cr12MoV（d）9SiCr9重载的拉丝模可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）Cr12（d）9SiCr10重载的冲孔用的冲头可以选用（）。（a）CrWMn（b）GCr15（c）W18Cr4V（d）9SiCr11.热锻模可以选用（）。（a）CrWMn（b）5CrMnMo（c）40Cr（d）45,1GCr15轴承钢不能用于制造刃具。（）2W18Cr4V高速钢不能用来制造冷冲模具。（）3高速钢的淬火加热温度不能低于1150。（）,
