第3章电子课件(工业用钢)

1、一、合金刃具钢合金刃具钢主要用来制造刀具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥等。对刃具钢的性能要求是：高的硬度和耐磨性，高的热硬性，足够的强度、塑性和韧性。合金刃具钢又分为低合金刃具钢和高速钢两类。（一）低合金刃具钢1化学成分和性能低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。其其C 0.751.5的范围内，以保证钢的淬硬性和形成合金碳化物的需要。加入的合金元素主要有硅、锰、铬、钨、钒等。其中硅、锰、铬的主要作用是提高钢的淬透性，增加钢的强度；钨和钒形成碳化物，细化晶粒并提高钢的硬度、耐磨性和热硬性。因此，低合金工具钢的淬透性比碳素工具钢好，淬火冷却可在油中进行，使变形和开裂倾向减小。但由于合

2、金元素的加入量不大，故钢的热硬性仍不太高，一般工作温度不得高于300。2热处理和应用刃具毛坯锻造后的预先热处理采用球化退火，切削加工后的最终热处理采用淬火和低温回火。最终热处理后的组织为细回火马氏体、粒状合金碳化物及少量的残余奥氏体，一般硬度可达6065HRC。9SiCr是最常用的低合金刃具钢，被广泛用来制造各种薄刃工具，如板牙、丝锥、铰刀等。（二）高速钢用高速钢制作的刃具在使用时，能以比低合金刃具钢刀具更高的切削速度进行切削，因而被称为高速钢。它的特点是热硬性高达600，切削时能长时间保持刃口锋利，故又称为“锋钢”，并且还具有高的强度、硬度和淬透性。淬火时在空气中冷却即可得马氏体组织，因此，

3、又俗称为“风钢”、“白钢” 1高速钢的成分特点高速钢的含碳量较高， C在0.751.60的范围内，并含有大量的碳化物形成元素钨、钼、铬、钒等。高的碳含量是为了在淬火后获得高碳马氏体，并保证形成足够的碳化物，从而保证其高硬度、高的耐磨性和良好的热硬性。钼和钨提高热硬性，铬提高淬透性，钒提高硬度耐磨性未溶的VC阻碍奥氏体晶粒长大.2高速钢的锻造高速钢铸态组织中含有大量的鱼骨状碳化物（见图6-4），分布很不均匀，显著降低了钢的力学性能，特别是韧性。而且用热处理方法不能根本改变碳化物的分布状态，只能用反复锻造的方法将碳化物打碎，并使其尽可能均匀分布。锻造比最好大于10，锻后必须缓冷，以免开裂。3高速钢

4、的热处理高速钢的热处理包括退火、淬火和回火，其特点是退火温度低，淬火温度高，回火温度高且次数多。（1）退火。为了消除坯料在锻造时产生的内应力，降低硬度，细化晶粒，为切削加工和淬火作准备，高速钢在锻后必须及时进行球化退火。退火温度为 Ac1 3050，退火后的组织为索氏体和粒状合金碳化物，硬度为207255HBS。（2）淬火。高速钢的淬火加热温度很高（12001300），目的是为了使碳化物尽可能多地溶入奥氏体，从而提高淬透性、回火稳定性和热硬性。由于高速钢的导热性较差，故淬火加热时必须进行一至二次预热。如图 6-5所示。高速钢淬火后的组织是隐晶马氏体、粒状碳化物及 25左右的残余奥氏体，如图6-

5、6所示。图6-5 W18Cr4V钢的淬火、回火工艺曲线图6-6 W18Cr4V钢淬火后 的组织（400）（3）回火。高速钢淬火后应立即回火，一般性550570回火三次。在此温度范围内回火时，钨、钼、钒的碳化物从马氏体和残余奥氏体中析出，呈弥散分布，使钢的硬度明显上升；同时由于残余奥氏体转变成马氏体，也使硬度上升，从而形成二次硬化，保证了钢的高硬度、高耐磨性及热硬性。进行多次回火，其目的是为了逐步减少残余奥氏体的量和消除内应力。高速钢回火后的组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量（体积分数为12）残余奥氏体，如图6-7所示，硬度可达6366HRC。图6-7 W18Cr4V钢淬火回火 后的组织（400

6、）4常用的高速钢高速钢的种类很多，应用最多的有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V三种。 二、合金模具钢（）冷作模具钢冷作模具钢用于制造使金属在冷态下产生变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。这些模具在工作中要承受很大的压力、弯曲力、冲击力和强烈的摩擦。因此，冷作模具钢的性能要求与刃具钢相似，要求具有高的硬度（5862HRC）和耐磨性，足够的强度和韧性，同时要求热处理变形小。1小型冷作模具钢冷作模具钢的化学成分、热处理特点也基本上与刃具钢相似。对于小型冷作模具，可用碳素工具钢和低合金刃具钢制造。如 T10A、9SiCr、 CrWMn、 9Mn2V等。其热处理一般

7、是球化退火、淬火和低温回火 .大型冷作模具钢（Cr12型钢）（1）成分对于大型模具常用Cr12型钢制造。Cr12型钢是最常用的冷作模具钢，牌号有Cr12和Cr12MoV等。其成分特点是高碳高铬（ C =1.452.3、 Cr1113），具有高硬度、高强度和极高的耐磨性，并具有极好的淬透性（油淬直径达200mm），淬火变形小。但淬火后残余奥氏体量较多。（2）锻造Cr12型钢属于莱氏体钢，网状共晶碳化物的不均匀分布将使模具变脆。因此，要通过反复锻造来消除碳化物的不均匀性。锻造后应缓冷，然后进行预先热处理球化退火，以消除锻造内应力、降低硬度，为后续工序做准备。（3）热处理Cr12型钢的最终热处理有两

8、种方法。一种是低温淬火（980）和低温回火法（170）（也叫一次硬化法）。这种方法可使模具获得高硬度和高耐磨性，淬火变形小。一般承受较大载荷和形状复杂的模具采用此法处理。另一种热处理方法是高温淬火（1100）和高温（510520）多次回火法（也叫二次硬化法）。这种方法能使模具获得高的热硬性和耐磨性，但韧性较差。一般承受强烈摩擦，在400450条件下工作的模具适用此法。Cr12型钢经淬火及回火后的组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。（二）热作模具钢热作模具钢用于制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。这类模具在工作中除承受较大的冲击载荷、很大的压力、弯曲

9、力外，还受到炽热金属在模腔中流动所产生的强烈摩擦力，同时还受到反复的加热和冷却。因此，要求热作模具钢应具有高的热硬性和高温耐磨性，良好的综合力学性能，高的热疲劳强度和较好的抗氧化能力，同时还要求具有高的淬透性、导热性。（1）成分热作模具钢一般是中碳合金钢，其C 0.3 0.6，以保证钢具有高强度、高韧性、较高的硬度（3552HRC）和较高的热疲劳强度。加入的合金元素有锰、铬、镍、钨、钒等，主要是提高钢的淬透性、回火稳定性和热硬性细化晶粒，同时还提高钢的强度和热疲劳强度。 （2）热处理热锻模具钢的最终热处理与调质钢相似，淬火后高温（550左右）回火，以获得回火索氏体回火托氏体组织。钢种5CrMn

10、Mo 、5CrNiMo热压模具钢的热处理是淬火后在略高于二次硬化峰值的温度（600左右）回火23次，获得的组织为回火马氏体和粒状碳化物，以保证模具的热硬性。钢种3Cr2W8V三、合金量具钢量具是用来测量和检验零件尺寸的工具，如千分尺、游标卡尺、量块、样板等。量具在使用过程中经常受到磨损和碰撞。因此，要求量具钢必须具备高硬度（6265HRC）、高耐磨性、高的尺寸稳定性及足够的强度和韧性，同时还要求热处理变形小等。量具用钢没有专用钢种。对于形状简单、尺寸较小、精度要求不高的量具（如简单卡规、低精度量块等），可用碳素工具钢T10A、T12A制造；或用渗碳钢（20、15Cr等）制造，并经渗碳淬火处理；或用中碳钢（50、60钢等）制造，并经高频表面淬火处理。精度要求高或形状复杂的量具，一般用合金工具钢或滚动轴承钢（如9SiCr、Cr2、CrWMn、GCr15等）制造。量具的最终热处理主要是淬火和低温回火，目的是获得高硬度和高