钢铁材料：工具钢

工具钢 定义 用于制造各种加工和测量工具的钢 工具钢的通用性能和成分要求 工具钢的一般加工工艺 刃具钢 刃具钢的工作条件及性能要求 刃具 车 钳 铣 刨 钻 锯等刃具钢 制造用于切削加工零件的钢材 红硬性 定义 材料在受热条件下仍能保持足够高的硬度和切削能力的特性 红硬性物理本质 抗高温回火的软化能力 材料的回火抗力 2 刃具钢及其加工工艺 刃具钢 1 碳素刃具钢 T8 T10 T12 T8A 特点 2 低合金刃具钢 合金元素 Cr W Mn 含量不超过3 5 3 高速钢 高速钢 用于高速切削以及大尺寸的工具材料 性能特点 高硬度 耐磨性 高红硬性 高淬透性 成份特点 高碳含量 高合金含量 高冶金质量 常用高速钢 钨系 钼系 钨钼系 高速钢的组成及作用 其它元素 Ti Co Al B 主要是提高材料硬度和红硬性 高速钢的组织及热处理 高速钢的组织及热处理 莱氏体钢 W18Cr4V钢的铸态组织 高速钢是莱氏体钢 其铸态组织为亚共晶组织 由鱼骨状莱氏体与树枝状M T组成 脆性大且无法热处理改善 W18Cr4V钢的退火组织 退火目的 降低硬度 便于切加工 为淬火作组织准备 退火后组织 S 颗粒状碳化物 高速钢的组织及热处理 淬火目的 获得高合金元素含量的马氏体 因此淬火温度高 1200 淬火后组织 M 未溶碳化物 10 A 20 高速钢的组织及热处理 的碳化物 产生二次硬化 碳及合金元素含量下降 Ms点上升 回火冷却时 A 转变为M 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火 回火目的 主要为减少A 消除内应力 稳定组织 常用560 三次回火 回火时的组织变化 析出W Mo V 高速钢硬度与回火温度关系 W18Cr4V钢热处理工艺示意图 W18Cr4V钢淬火 回火后的组织 使用状态下组织M回 颗粒状碳化物 A 少量 不同状态下W18Cr4V的组织 常用钢号及用途常用钢号为W18Cr4V 18 4 1 和W6Mo5Cr4V2 6 5 4 2 用于高速切削刃具 如车刀 刨刀 铣刀 钻头等 模具钢 1 冷作模具钢 汽车冲压模具 模具钢 1 冷作模具钢 常规冷作模具 大部分刃具钢都可以用来制作某些冷作模具 T8A T12A Cr2 9CrSi制作负荷不大 尺寸小和精度要求不高的模具 2 常用钢种 小尺寸 形状简单 受力不大的模具 可用碳素工具钢和低合金工具钢制造 截面 受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造 成分特点 高碳 1 4 2 3 C 高铬 11 5 13 Cr 合金元素作用 Cr提高淬透性 Mo V提高耐磨性 细化晶粒 加工及热处理 Cr12型模具钢也是莱氏体钢 需进行锻造 退火 目的同高速钢 常用钢号为Cr12和Cr12MoV 用于制造冷冲模 挤压模等 最终热处理为 淬火 低温回火 使用状态下的组织 M回 颗粒状碳化物 A 少量 汽车外板冷冲模 2 热作模具钢 热作模具 材料热加工或热成形的模具 热锻模 热挤压模 压铸模 热轧模等 制造使加热金属或液态金属成型模具钢种 2 热作模具钢 1 热作模具钢的工作条件和性能要求 2 常规热作模具钢种 热模钢一般使用中碳调质钢 但含有较多的合金化元素 例 5CrNiMo 5CrMnMo 3Cr2W8V 热锻模钢5CrNiMo 5CrMnMo前者用于大型热锻模 后者用于中小型热锻模 成分特点 合金元素作用及热处理同调质钢 使用状态下的组织 S回 2 常规热作模具钢种 热模钢一般使用中碳调质钢 但含有较多的合金化元素 例 5CrNiMo 5CrMnMo 3Cr2W8V 压铸模钢典型钢号是3Cr2W8V 为过共析钢 中碳 0 3 0 4 C 合金元素作用同高速钢 W Cr提高抗热疲劳性能 淬火 回火后组织 M回 颗粒状碳化物 A 少量 型板压铸模 汽车四缸压铸模 足够碳含量保证淬火回火后模具的硬度和韧性合金元素提高回火稳定性 淬透性 耐磨性和热疲劳性能 3 塑料模具用钢 1 塑料模具钢的工作条件和性能要求 塑料模具 用于对塑料材料进行成形加工的模具 包括热固性塑料成形和热塑性塑料成形模具 工作条件 有摩擦磨损 尤其对热固性塑料加工 模具反复受热和冷却 冷热循环 模具形状复杂 尺寸精度要求高 塑料对模具的化学腐蚀作用 性能要求 足够的强韧性表面耐磨抗腐蚀 表面硬度应在HRC45以上表面光洁度高 脱模性好 一般需进行表面改性处理热处理变形小 以保证互换性和配合精度钢材纯净杂质少 偏析小 2 常用塑料模具及加工工艺 小尺寸成形模具钢 材料 工业纯铁 低碳钢10 15 20Cr 中小尺寸形状不复杂模具钢 T7A T10A CrWMn Cr12等 大尺寸复杂形状模具用4Cr5MoSiV 复杂精密成形模具钢 18CrMnNi 12Cr2Ni4WA 加工塑料具有强腐蚀性时 马氏体不锈钢1Cr13 2Cr13 量具用钢 量具钢 用于制造度量工件尺寸的工具材料 如千分尺 卡尺 块规 塞规等 量具用钢 工作条件 渐开线花键环规 塞规 矩形花键环规 塞规 光面量规 量具用钢 2 性能要求量具在使用过程中与被测零件接触 承受摩擦和冲击 高硬度和耐磨性 高的尺寸稳定性 足够的韧性 3 量具用钢 低碳钢渗碳 中碳钢表面淬火 碳素工具钢 低合金工具钢两者用于尺寸小 形状简单 精度要求不高的量具 滚动轴承钢 冷作模具钢 用于制造精密量具 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具 3 量具钢的热处理特点 淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理 下限温度淬火及冷处理 目的是减少A 长时间低温时效 以消除内应力 降低马氏体的正方度 量规 GCr15冶炼质量好 淬透性好 尺寸稳定性及耐磨性好 有优秀的量具材料 其加工工艺与轴承钢类似 硬质合金 现代高效率加工工具材料的性能要求 硬质合金 用粉末冶金方法制成 硬质合金作用与分类 用于难熔难冶炼材料的生产加工包括金属陶瓷硬质合金及钢结硬质合金 1 金属陶瓷硬质合金 特点 硬度高 HRC69 81 热硬性好 900 1000 C 金属陶瓷硬质合金 将极细的高熔点金属碳化物粉末 TiC WC等 与粘结剂 Co Ni等金属粉末 混合加压成形 再高温烧结而成 金属陶瓷硬质合金分类 钨钴类 YG3 YG6 YG8 其中数字表示钴的百分含量 钨钴钛类 YT5 YT15 YT30 其中数字表示TiC的百分含量 与YG类比 耐磨性好 耐热性更高 但强韧性低 YW类 该类硬质合金含有TaC 热硬性更高 主要用于制造