合金工具钢的热处理工艺分析.ppt

论文导读 合金工具钢的种类和性能要求 经适当热处理后可获得较高的硬度和良好的耐磨性 论文关键词 合金工具钢 热处理 工艺分析随着我国装备制造业的快速发展 工程材料的合理应用越发显得重 要 选用恰当的材料来制造 从而保证制成的产品具有最佳形貌和性能 如果选材不当 将会使所设计制造出产品 不能发挥出最佳性能 并可能导致其使用寿命大大降低 或因选材不当 导致成本太高 失去 其应有的市场竞争力 所以 从事机械设计与制造的各类工程技术人员 需对材料要有技术性 经济性和质量性的价值观念 1合金工具钢的种类和性能要求在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元 素 用来制造各种刃具 模具 量具等用钢就称为合金工具钢 与碳素工具钢相比 合金工具钢的硬度和耐磨性更高 而且还具有更好的淬透性 红硬性和回火稳定性 1 1工具钢的种类在工程上工具钢的 分类有两种形式 一种是按成分可分为 碳素工具钢和合金工具钢 一种是按用途可分为 刃具钢 模具钢和量具钢 此外 还可按所用淬火冷却介质分为 水淬钢 油淬钢和空硬钢三类 工具钢分类方法很多 其中按用途分类是常用的 1 2工作条件和性能要求1 2 1低合金刃具钢对于某些低速而且走刀量较小的机用工具机械论文 以及要求不太高的刃具 如丝锥 板牙等刃具可用碳素工具钢T7 T 8 T10 T12来制作 碳素工具钢价格低廉 加工性能好 经适当热处理后可获得较高的硬度和良好的耐磨性 但是其淬透性差 回火稳定性和红硬性不高 不能用作对性能有较高要求的刀具 为了克服 碳素工具钢的不足之处 在其基础上加 3 5 Me的合金元素就形成了低合金刃具钢 1 2 2高速工具钢高速钢是一种高合金工具钢 含钨 钼 铬 钒等合金元素 总量超过10 Me 高速 钢优于其他工具钢的主要之处是其具有良好的红硬性 在切削零件刃部温度高达600 时 硬度仍不会明显降低 高速钢的碳平均质量分数较高 一般为 0 70 1 50 C核心期刊 高碳一方面 是保证与钨 钼等诸多合金元素形成大量的合金碳化物 阻碍奥氏体晶粒长大 提高回火稳定性 另一方面是在加热时使奥氏体含一定量的碳 淬火得到的马氏体有较高的硬度和耐磨性 常用于车刀 铣刀 高 速钻头等 1 2 3冷作模具钢处于工作状态的冷作模具承受着强烈的冲击载荷和摩擦 很大的压力和弯曲力的作用 主要的失效破坏形式包括磨损 变形和开裂等 因此冷作模具钢要求具有较高的硬度和耐 磨性 良好的韧性和疲劳强度 截面尺寸较大的模具还要求具有较高的淬透性 高精度模具则要求热处理变形小 冷作模具钢是用于在室温下对金属进行变形加工的模具 包括冷冲模 冷镦模 冷挤压模 拉丝 模 落料模等 1 2 4热作模具钢热作模具钢在工作时经常接触炽热的金属 型腔表面温度高达400 600 金属在巨大的压应力 张应力 弯曲应力和冲击载荷作用下 与型腔作相对运动时 会产 生强烈的磨损 工作过程中还要反复受到冷却介质冷却和热态金属加热的交替作用 模具工作面出现热疲劳 龟裂纹 因此 为使热作模具正常工作 要求模具用钢在较高的工作温度下具有良好的强韧性 较 高的硬度 耐磨性 导热性 抗热疲劳能力 较高的淬透性和尺寸稳定性 热作模具钢是用于制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具 包括热锻模 热挤压模 热镦模 压铸模 高速锻模等 1 2 5量具钢用于制造卡尺 千分尺 样板 塞规 块规 螺旋测微仪等各种测量工具的钢被称为量具钢 量具在使用过程中始终与被测零件紧密接触并作相对移动 主要承受磨损破坏 因此要求其具有较高的硬度 和耐磨性 以保证测量精度 还要有耐轻微冲击 碰撞的能力 热处理变形要小机械论文 在存放和作用过程中要有极高的尺寸稳定性 2热处理工艺设计分析2 1低合金刃具钢热处理工艺低合金刃具钢的 预先热处理是球化退火 目的是改善锻造组织和切削加性能 最终热处理是淬火 低温回火 组织为回火马氏体 碳化物 少量残余奥氏体 具有较高的硬度和耐磨性 以9SiCr钢制造的圆板牙是切削加工 外螺纹的刀具 要求钢中碳化物均匀分布 热处理后硬度和耐磨性较高 而且齿形变形小 其制造工艺路线 下料 球化退火一机加工 淬火 低温回火 磨平面一抛槽 开口 9SiCr圆板牙的球化退火采 用等温处理工艺 组织为粒状珠光体 硬度在 19 24 HBW之间 适宜切削加工 淬火 低温回火工艺 先在600 650 预热 目的是缩短随后的淬火保温时间 减轻氧化脱碳的可能性 在85 0 870 加热保温后 迅速转移到160 200 的硝盐槽中进行分级淬火 降低淬火时的变形 然后在190 200 低温回火 降低残余应力 保留较高的硬度值 60 63 HRC 2 2 高速钢的热处理工艺高速钢的碳及合金元素质量分数皆较高 属于莱氏体钢 铸态组织有粗大 鱼骨状的共晶碳化物 分布不均匀 会使强度下降 脆性增加 并且不能通过热处理来改变碳化物分布 只有通过 锻造将其去碎 使其均匀分布 锻后必须缓冷 高速钢因其化学成分的特点 其热处理具有淬火加热温度高 回火次数多等特点 以W18Cr4V钢制造盘形齿轮铣刀为例 说明其热处理工艺选用和生产工艺 路线的制定 1 球化退火 高速钢锻造后的硬度很高 只有经过退火降低硬度才能进行切削加工 一般采用球化退火降低硬度 消除锻造应力 为淬火作组织上的准备 球化退火后组织为索氏体和均匀分 布的合金碳化物所组成 2 淬火十回火 W18Cr4V钢盘形齿轮铣刀的淬火回火工艺 高速钢中含大量合金元素 导热性差核心期刊 为避免加热过程产生变形开裂 一般在800 840 预热机 械论文 截面尺寸较大的零件可在500 650 多进行一次预热 高速钢淬火温度都比较高 一般在1270 加热 但也不可过高 否则奥氏体晶粒长大 残余奥氏体增加 高速钢淬透性高 一般采用油 冷 截面尺寸小的刀具 在空气中即可淬硬 对于形状复杂 要求小变形的刀具 先将其淬人580 620 的中性盐浴中分级均温 然后再空冷 可防止变形 开裂 W18Cr4V钢淬火组织是马氏体 残余奥氏体 粒状碳化物 其残余奥氏体量高达30 在回火冷却时 部分残余奥氏体转变为马氏体 发生了 二次淬火 使硬度升高 高速钢淬火后要在560 回火三次是因为一次回火不能完全消除残余 奥氏体 第一次回火后 残余奥氏体量由30 降为15 左右 第二次回火后还有5 7 第三次回火后残余奥氏体减少为1 2 而且 后一次回火可消除前一次回火时马氏体转变产生的内应力 W18Cr4V钢淬火加上三次回火后组织为回火马氏体 碳化物 少量残余奥氏体 2 3模具钢的热处理工艺用作冷冲压模 热锻压模 挤压模 压铸模等模具的钢称为模具钢 根据性质和使用条件的不 同 可分为冷作模具钢和热作模具钢两大类 2 3 1冷作模具钢热处理工艺冷作模具钢热处理的目的是最大限度地满足其性能要求 以便能正常工作 现以Crl2MoV冷作模具专用钢制造冲孔落料模 为例来分析热处理工艺方法及制定生产工艺路线 冲孔落料模的凸 凹模均要求硬度在 58 60 HRC之内 要求具有较高的耐磨性 强度和韧性 较小的淬火变形 为此 设计其生产工艺路线 锻造一 退火一机加工 淬火 回火 精磨或电火花加工一成品 Crl2MoV钢的组织与性能与高速钢相类似 合金元素含量较高 锻后空冷易出现马氏体组织 一般锻后都采用缓冷 钢中有莱氏体组织 可以通过 锻造使其破碎 并均匀分布 锻后退火工艺与高速钢的等温退火工艺相似 退火后硬度小于255HBW 可进行机械加工 Crl2MoV钢的淬火十回火工艺 淬火温度较低机械论文 低温回火后钢的耐磨 性和韧性较高 组织为回火马氏体 残余奥氏体 合金碳化物 硬度为 58 60 HRC 如果要求模具具有较高的红硬性 能够在400 450 条件下工作 则要进行 二次硬化法 处理 将淬火加 热温度提高到1100 1150 此时由于钢中出现了大量的残余奥氏体 硬度仅为 42 50 HRC 但是随后在510 520 C高温下三次回火 析出了细小弥散的合金碳化物及残余奥氏体转 变为马氏体 产生 二次硬化 现象 硬度回升到 60 62 HRC 红硬性也较好 但是淬火加热温度较高 组织粗化会导致强度和韧性下降 2 3 2热作模具钢热处理工艺热作模具钢热处理的目 的主要是提高红硬性 抗热疲劳性和综合力学性能 最终热处理一般为淬火斗高温 或中温 回火 以获得均匀的回火索氏体 或回火托氏体 以5CrMnMo钢制造板牙热锻模为例来分析热处理工艺方法 及制定生产工艺路线 板牙热锻模要求硬度为 351 387 HBW 抗拉强度大于1200 1400MPa 冲击值大于32 56J 同时还要满足对热作模具淬透性 抗热疲劳性等的要求 其生产 工艺路线 锻造一退火一粗加工一成型加工 淬火 回火 精加工 修型 抛光 由于钢在轧制时会出现纤维组织 导致各向异性 所以要予以锻造消除 锻后要缓冷 防止应力过大产生裂纹 采用780 800 保温4 5h退火 消除锻造应力 为最终热处理作组织上的准备 5CrMnMo钢制热锻模淬火 回火工艺 为降低热应力 大型模具需在500 左右预热 为防止模具淬火开裂 一般先由炉内 取出空冷至750 780 预冷 然后再淬人油中 油冷至150 200C 大致为油只冒青烟而不着火的温度 取出立即回火 避免冷至室温再回火导致开裂 回火消除了应力机械论文 获得回火索氏体 或回火托氏体 组织 以得到所需的性能 2 4量具钢的热处理工艺量具钢应尽量采用在缓冷介质中淬火 并进行深冷处理以减少残余奥氏体量 低温回火消除应力 保证高硬度和高耐磨性 以CrWM n钢制造的测量标定线性尺寸的块规为例 说明其热处理工艺方法的选定和生产工艺路线的安排 块规是机械制造行业常用的标准量块 硬度值要求达到 62 65 HRC 淬火不直度小于0 05mm