第二节合金工具钢.ppt
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第二节工具钢,刃具钢:
制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。
模具钢:
制造冷冲模、冷挤压模、热锻模等成型模具。
量具钢:
制造各种度量工具如卡尺、千分尺、块规等。
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;按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。
量具,刃具,一、刃具钢,工作条件与性能要求,
(1)高硬度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。
失效形式有卷刃、崩刃和折断,但最普遍的是磨损。
(4)一定的强韧性承受冲击、振动载荷,
(一)刃具钢特点,含碳量:
高碳0.6%1.5%,保证高硬度、高耐磨性,3.热处理:
球化退火、淬火+低温回火,防止氧化脱碳盐浴炉或真空炉加热,最终组织:
M回+K(碳化物)+A,2.成分特点:
主加元素:
Cr、W、Mo、V等,提高强度、硬度、耐磨性,细化晶粒,辅加元素:
Mn、Ni、Si等,提高淬透性,强化铁素体,
(二)碳素及低合金刃具钢,1、碳素工具钢,含碳量:
0.651.30%钢号,T7A、T8A、T10A、T12A等,随含碳量增加,硬度、耐磨性增加,但韧性降低。
用途,用于制造低速、低温(200)、低冲击、硬度在HRC62左右的刃具。
錾子、凿子、冲子:
T7、T8A,锉刀、刨刀:
T12A、T13A,小钻头、丝锥、低速车刀:
T9T11A,加工路线,下料锻造球化退火机加工淬火+低温回火,最终热处理:
淬火加热温度:
760780,水冷。
回火温度:
160180,手锤,锉刀,冲头,组织:
M回+Fe3C+A,2、低合金刃具钢,含碳量:
1%左右,合金元素:
Cr、Si、Mn:
提高强度、淬透性、回火稳定性;,W、V:
细化晶粒,提高硬度和耐磨性,常用低合金刃具钢:
9SiCr、9Mn2V、CrWMn,主要用途:
丝锥、板牙、绞刀、载荷较小的冷冲模等,使用温度不能超过250300。
9SiCr钢球化退火工艺曲线,热处理:
球化退火、淬火+低温回火,P粒,板牙,组织:
M回+B下+K+A,例题:
分析比较T9和9SiCr:
1)为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高?
2)直径为3040mm的9SiCr钢在油中能淬透,相同尺寸的T9钢能否淬透?
为什么?
3)T9钢制造的刀具刃部受热到200-250,其硬度和耐磨性已迅速下降而失效;9SiCr钢制造的刀具,其刃部受热至230-250,硬度仍不低于60HRC,耐磨性良好,还可正常工作。
为什么?
4)为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具?
(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,因而对热硬性和耐磨性要求非常高。
1、用途高速切削的刃具车、铣、刨、拉刀、钻头和丝锥工作温度达500600时硬度仍可保持60HRC以上。
典型钢种:
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,2、合金化,
(1)C0.7%1.4%固溶在马氏体中和形成合金碳化物。
保证钢淬火后马氏体具有高硬度,同时提高耐磨性。
(2)W和Mo提高红硬性固溶于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。
3、W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点,铸造锻造球化退火机加工淬火+三次570回火磨削加工,铸造:
高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物,钢的韧性大幅下降。
高速钢铸态组织,锻造:
鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。
(1)预先热处理球化退火,热处理,球化退火后的组织:
S+粒状K(207255HB),目的:
降低硬度,以利切削加工;使碳化物形成均匀分布的颗粒状,为最终热处理做好组织准备。
高速钢锻造退火后组织,工艺非常特殊淬火加热温度很高、回火温度高(在高硬度范围内)、回火次数多(三次)。
淬火加热淬火加热温度:
12701280为了获得二次硬化效果,加热温度必须高于1200。
(2)最终热处理淬火回火,加热用盐浴炉或真空炉,a)盐浴炉加热,加热速度快,适合小批量,预热,在A1温度附近(800840)必须预热一次。
如果尺寸大,还需在500650和10001100再预热。
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。
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。
冷却(根据尺寸大小和形状复杂程度选择),淬火后的组织:
M+粒状K+A(2025%),硬度为6263HRC,防止珠光体转变,内外温度均匀后空冷减小变形,淬火组织未溶碳化物+隐针马氏体+残余奥氏体,回火二次硬化,回火后硬度6365HRC,AM,20%25%A,5%A,1%2%A,15%A,为什么要进行三次回火?
回火组织M回+K+A,二、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。
曲轴模具,
(一)热作模具钢,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。
如热锻模、热挤压模及压铸模等。
1、热作模具的工作条件及性能要求,足够高的高温硬度、高温耐磨性(高的回火稳定性)高的热强性和足够高的韧性。
模腔受热,与工件间强烈摩擦作用。
足够的淬透性和导热性模具一般体积较大,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0.30.6%,一般为中碳钢,保证一定的硬度和足够的韧性。
辅加元素:
V、W、Mo细化晶粒,提高耐磨性、红硬性、耐热疲劳性能及抑制第二类回火脆性,增加淬透性,强化铁素体,提高强度、韧性及回火稳定性,合金元素:
主加元素:
Cr、Ni、Mn、Si,汽车四缸压铸模,常用钢号:
5CrMnMo(中小型热锻模具)、5CrNiMo(大型热锻模具)3Cr2W8V压铸模用钢(用于制造有色金属的压铸模和热挤压模),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,大型热锻模:
淬火高温回火,中、小型热锻模:
淬火中温回火,热锻模钢:
5CrMnMo(中小型热锻模具)、5CrNiMo(大型热锻模具),预冷(750780),油淬,回火屈氏体+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,210,球化退火淬火高温回火(560630)淬火(10801150)+560630三次回火热处理后的组织:
M回+K粒状+A,压铸模、热挤压模钢:
3Cr2W8V(过共析钢),属于接近室温状态下对金属进行冷变形加工的模具。
(二)冷作模具钢制造冲压、冷挤压、冷镦模具。
汽车冲压模具,1、冷作模具的工作条件、性能要求,高硬度(HRC5862)良好的耐磨性足够的强度和韧性,常温下使坯料变形,变形抗力大且存在加工硬化,模具工作部分受到强烈的挤压、摩擦和冲击。
失效:
磨损、脆断、崩刃、变形,2、冷作模具的化学成分(和刃具钢基本相似),高碳12%,保证高硬度和耐磨性,合金元素:
Cr:
提高淬透性;Mo、W、V:
细化晶粒,提高耐磨性。
3、钢种、牌号及用途(和刃具钢基本相似),尺寸较大的重载或要求精度较高、高耐磨性、热处理变形小的冷变形模具:
高碳高铬模具钢:
Cr12、Cr12MoV等。
属于莱氏体钢,受力不大、形状简单、尺寸小的冷变形模具:
碳素工具钢,如T10A。
受力较轻,但形状复杂或尺寸较大的冷变形模具:
高碳低合金模具钢,9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15,4、冷作模具(Cr12、Cr12MoV)的热处理,锻造后球化退火(T加=850870等温730750),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。
一次硬化法:
淬火+低温回火(6163HRC)(9501000)(150180)二次硬化法:
(400450工作的模具)淬火+三次回火(6062HRC)(10001100)(490520),S+K粒,HB207267,(若要求韧性,回火温度高一些200270(5759HRC),但应避开300375的回火脆性区),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)和渗硼等对模具局部表面进行化学热处理。
使用状态下的组织:
M回+颗粒状碳化物+A(少量),HRC6062,三、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)与被测工件接触,受到磨损与碰撞,2、具有高的尺寸稳定性,3、有一定的韧性,
(二)量具用钢,形状简单、精度较低的卡尺、样板、量规等。
T10A、T12A、9SiCr2.使用中易受冲击、精度不高量具,如卡规、直尺。
10钢、15钢:
渗碳淬火+低温回火。
50、55、60、60Mn、65Mn钢:
调质处理后感应加热表面淬火+低温回火。
3.高精度的量具,如塞规、块规。
采用热处理变形小的钢CrMn、CrWMn、GCr15等。
卡规,塞规,4.接触腐蚀介质的量具:
M不锈钢3Cr13、4Cr13。
(三)量具钢的热处理,1、精度低、形状简单的量具,淬火及低温回火最终组织:
M回+AK,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,
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- 第二 合金 工具钢