工模具用钢培训教材.ppt

4 1概述工具钢成分与性能特点 基本性能及检测方法4 2碳素钢及低合金刃具钢4 3合金元素作用 碳化物 高速钢热处理4 4冷作模具钢低合金模具钢 高铬和中铬模具钢 新型模具钢4 5热作模具钢热锤锻模具钢 热挤压模具钢 压铸模具钢4 6其他类型工具用钢 第4章工模具用钢 4 1概述 按用途分为刃具钢 模具钢 量具钢三大类 刃具钢可分为碳素 低合金工具钢和高速钢三大类 模具钢按工作温度可分为冷作模具钢 热作模具钢和塑料模具钢 量具钢用来制作量规 卡尺 样板等 用来测量工件尺寸和形状 4 1概述 主要矛盾 韧度和耐磨性间的合理平衡 基体成分和K的性质 数量 形态和分布 1 工具钢成分与性能特点 成分组织 一般含0 6 1 3 C M 足够数量K M硬度高 切断抗力较高 耐磨性好 Cr W Mo V等 淬透性 耐磨性和热稳定性 Mn Si辅助加入 淬透性 回稳性 第二相K 球状 细小 均匀分布 4 1概述 4 1概述 2 工具钢基本性能及检测方法 4 1概述 4 1概述 4 2碳素钢及低合金刃具钢 一 碳素工具钢1 含碳量0 65 1 35 钢号从T7到T13 做低速切削的刃具和简单的冷冲模 淬透性低 断面尺寸 15mm的工具 T7有较好的塑韧性 宜做受冲击的刃具 如凿子等 T8易过热 制造形状简单的木工工具等 T10 T12耐磨性较好 强度高 但韧度低 制造不受冲击或冲击较小形状简单的工具 如车刀 铣刀等 4 2碳素钢及低合金刃具钢 2 热处理工艺及性能采用球化退火 不完全淬火 低温回火 淬火 760 800 盐水冷却 因淬透性低 回火 150 250 性能 HRC58 64 但韧性 耐磨性不同 淬火变形开裂倾向大 工件厚淬不透 组织稳定性差 高于200 硬度明显下降 4 2碳素钢及低合金刃具钢 二 低合金工具钢 4 2碳素钢及低合金刃具钢 球化退火 2 热处理工艺及性能采用球化退火 不完全淬火 低温回火 等温退火 由退火温度以30 40 h冷至700 左右 等温4h 再炉冷到600 出炉 T淬为Acm 30 50 油冷 熔盐分级淬火 等温淬火 B等温淬火和M等温淬火 淬火工艺 一般组织 含碳量0 5 0 6 的M 未溶粒状K 4 2碳素钢及低合金刃具钢 Si Cr 淬透性 D油60HRC K细小 均匀 不容易崩刃 分级淬火或等温淬火处理 变形较小 Si使钢的脱碳倾向增大 9SiCr 适于制作形状较复杂 变形要求小的工件 特别是薄刃工具 如丝锥 扳牙 铰刀等 4 2碳素钢及低合金刃具钢 CrWMn 4 3高速钢 1898年就有含W钢 1910年生产了W18Cr4V 近几十年来 高速钢的产量 品种和质量都有了很大的发展 按照其成分和性能特点可分为以下几类 1 W系高速钢 W18Cr4V 18 4 1 型 M1 2 W Mo系高速钢 W6Mo5Cr4V2 6 5 4 2 型 M2 3 Co系高速钢 W18Cr4VCo5 W6Mo5Cr4V2Co8 红红硬性高 切削性能好 4 超硬高速钢 W6Mo5Cr4V2Al 具有65 70HRC高硬度 高红硬性特点 成本比钴高速钢高 钨系和钨钼系称为通用型高速钢 而把其他类型称为高性能或特殊用途高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 一 高速钢中合金元素的作用 C 一般高速钢含0 7 1 65 C 形成足够数量的碳化物 保证马氏体中固溶碳量 影响 C 过高 a AR增多 b 碳量的提高使固相线降低 晶界熔化温度降低 淬火温度 A中Me 红硬性 c 韧性低 4 3高速钢 W 造成红硬性的主要元素 退火时主要以M6C型碳化物存在 一部分M6C型碳化物溶入奥氏体强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出 提高回火稳定性 在600 回火时 仍为过饱和固溶体 具有高的红硬性 回火时在马氏体中弥散析出W2C 造成二次硬化 具有高的红硬性和耐磨性 淬火加热时 一部分M6C型碳化物未溶入奥氏体强烈阻止奥氏体晶粒长大 保证淬火加热采用1220 1310 的高温 使足够数量的碳化物溶入奥氏体 保证高的红硬性 提高耐磨性 W 热导率 钢导热性差 W和Mo相似 1 Mo可取代1 5 2 0 W 4 3高速钢 V V显著 红硬性 硬度和耐磨性 细化晶粒 过热敏感性 以VC存在 4 3高速钢 在所有的高速钢中 除钴高速钢以外 退火状态下都含有M6C M23C6 MC三种碳化物 在含W Mo较少的高速钢中还有M7C3型碳化物 在淬火状态下 只有M6C和MC 回火状态 650 左右 有M2C MC析出 二 高速钢中的碳化物 1 碳化物的类型 4 3高速钢 2 碳化物不均匀性对高速钢性能的影响 4 3高速钢 钨系高速钢的始锻温度一般为1140 1180 终锻温度为900 左右 钼系及钨系高速钢的始锻温度要低一些 为了减少氧化与脱碳 可以降低至1000 左右 终锻温度为850 870 终锻温度太低会引起锻件开裂 而终锻温度太高 大于1000 会造成晶粒的不正常长大 出现萘状断口 高速钢的导热性能较差 锻造加热过程中 一般应在850 900 以下应缓慢进行 锻造或轧制后为防止产生过多的马氏体组织 应缓慢冷却 常用灰坑缓冷 以防止产生过高的应力和开裂 采用合适的锻压比 一般在7 11之间 反复拉拔和锻粗2 3次 锻造时先轻锤快打 后重锤锻打 锻后要缓慢冷却 进行退火 高速钢退火后的组织为索氏体 碳化物 硬度为HB207 255 4 3高速钢 三 高速钢的铸态组织 1 高速钢的平衡结晶过程 平衡组织为 Ld K P 2 高速钢的实际铸态组织 高速钢在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却 合金元素来不及扩散 在结晶和固态相变过程中的转变不能完全进行 若包晶反应不能进行完毕 仍有部分高温铁素体 相被保留下来 在继续冷却时发生共析转变 K 称为 共析 随后 相再发生共析反应 因为在金相组织中呈黑色 又称黑色组织 若 相的共析反应被抑制 过冷到较低温度转变为M AR 在金相组织中呈白色 称白色组织 4 3高速钢 四 高速钢的热处理 1 退火 采用球化退火 也可分为一般退火和等温退火两种 退火温度为860 880 保温2 3h 这样溶入奥氏体中的合金元素不多 奥氏体的稳定性较小 冷却时易转变成粒状珠光体 如果加热温度太高 奥氏体内溶入大量的碳及合金元素 其稳定性增大 反而对退火不利 为了缩短退火时间 可以采用等温球化退火 即在860 880 保温 迅速冷却至720 750 保温6h后冷至500 出炉 4 3高速钢 2 淬火 回火 4 3高速钢 4 3高速钢 淬火要求 A 奥氏体中有足够的C和Me 只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性 B 有相当的未溶碳化物阻止奥氏体晶粒长大 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 高速钢特点 淬透性好 空冷可得马氏体 但为保证钢的红硬性和避免在高温时产生氧化腐蚀 一般不采用空冷 在650 350 有过冷奥氏体稳定区 奥氏体中合金度较高 有碳化物析出倾向 在650 以上范围停留或缓冷至675 时 奥氏体中会出现二次碳化物 4 3高速钢 4 3高速钢 分级淬火的分级温度停留时间一般不宜太长 否则二次碳化物可能大量析出 对钢的性能不利 4 3高速钢 等温淬火 有贝氏体等温淬火 235 315 2 4h 和马氏体等温淬火 200 左右 5 60min 采用较多的是贝氏体等温淬火 可提高工具的强度 韧度和切削性能 降低中心钻及仪表刀具等在使用中发生断头 崩刃等现象 4 3高速钢 回火 为消除淬火应力 稳定组织 减少残余奥氏体的数量 560 三次回火 每次保温1h 回火后需冷至室温 560 回火后 硬度反而升高 有二次硬化现象 560 回火析出弥散的M2C和VC 起弥散硬化作用 二次淬火 AR在回火后的冷却过程中转变为马氏体 4 3高速钢 4 3高速钢 正常回火后的组织为回火马氏体 碳化物以及少量AR 4 3高速钢 4 3高速钢 4 3高速钢 模具钢 日本称 模具是促进社会繁荣的动力 德国称 模具是工业发展的基石 目前 靠模具成型的零部件正以每年30 的速度递增 逐步取代传统的切削加工成型手段 工业产品零件的75 由模具进行粗加工成型 50 由模具完成精加工 我国模具钢的产量也超过了日本 但是伴随着我国模具制造业技术水平的提高 对优质 精品模具钢需求逐步增长 国内高性能模具钢种的生产与开发能力不足 国产的合金模具钢与瑞典 德国 美国 日本 法国等国际先进水平相比 仍存在一定的差距 在品种 质量 尺寸规格及性能等方面 都还难以满足市场需求 导致我国每年需要进口约10万吨的精品模具钢 几乎占据了国内整个模具钢的高端市场 4 4冷作模具钢 金属在冷态下变形 拉延 冲压 冷镦或冷挤成形等 共同特点 工作T不高 模具主要承受高压力或冲击力 有强烈的摩擦 技术要求 主要技术要求为具有高硬度和耐磨性 淬火变形小 有一定韧性 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 一 低合金模具钢 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 二 高铬和中铬模具钢 一 高碳高铬模具钢 4 4冷作模具钢 1 主要特点 铸态组织为高碳亚共晶组织 和高速钢类似 退火态含有体积分数16 20 的 Cr Fe 7C3碳化物 淬火加热时有大量未溶碳化物 Cr7C3 在Cr的碳化物中 Cr7C3碳化物具有最高的硬度 极大提高耐磨性 淬透性好 空冷可淬硬 650 350 有过冷奥氏体稳定区 经二次硬化处理有较高的红硬性和耐磨性 碳化物不均匀性比较严重 尤其是含碳较高的Cr12钢更甚 通常需要通过改煅来降低碳化物的级别 4 4冷作模具钢 组织变化特点一 可通过选择T淬和回火温度来控制工具的变形 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 2 热处理 二次硬化的原因主要是AR M 和高速钢不完全相同 4 4冷作模具钢 4 4冷作模具钢 二 高碳中铬模具钢 典型钢号 Cr4W2MoV和Cr5Mo1V K以M7C3为主 分布较均匀 耐磨性好和热处理变形小 适于制造既要求有高的耐磨性 又具有一定韧度的模具 Cr5Mo1V 美A2 是值得推广的空冷淬硬冷作模具钢 是国际上通用的钢种 100mm以下可空冷淬硬 适用于形状复杂 要求热处理变形小又需要好的耐磨性和良好韧度的冷作模具 如下料模 成型模 冲头 剪刀片等 三 新型冷作模具钢我国常用7CrMo2V2Si钢 淬透性较好 热处理变形小 用来制造冷墩模 冷冲模及冲头 冲剪模等 4 4冷作模具钢 三 基体钢基体钢是指其化学成分与高速钢的淬火组织的基体化学成分相同的钢种 1 特点既具有高速钢的高强度 高硬度 又因不含大量碳化物而使韧性 疲劳强度优于高速钢 介于高速钢和低合金工具钢之间 对基体钢没有确切的定义 但一般认为凡在高速钢基体成分上添加少量合金元素 适当增减碳含量 以改善钢的性能 适应某些用途的钢种 都称为基体钢 4 4冷作模具钢 2 典型钢号6Cr4W3Mo2VNb 65Nb 是中国研制的高韧度高耐磨的冷作模具钢 以高速钢W6Mo5Cr4V2为母体 淬火基体成份为 wt 0 5 C 4 Cr 2 W 3 Mo 1 V 在此基础上适当增加含碳量 添加少量Nb 调整W Mo含量 其抗弯强度和冲击韧性比高速钢好 热处理工艺 1080 1180 淬火 520 580 二次回火 1080 淬火 未溶碳化物5 11 奥氏体晶粒度11 12级 韧性较好 1180 淬火 未溶碳化物2 5 奥氏体晶粒度9 11级 强度较高 制作冷作模具为主 兼作热模具 4 5热作模具钢 服役条件 使热或液态金属获得所需形状 模具是在反复受热和冷却条件下工作 模具受热时间越长 受热程度就越严重 许多模具还受到较大冲击力 工作条件苛刻 技术要求 模具钢应具有高抗热塑性变性能力 高韧性 高抗热疲劳 良好的抗热烧蚀性 4 5热作模具钢 4