合金钢课件讲义整理-002

第八章工具钢

《Metallographyandheat-treatment》

多媒体教学课件授课院系：冶金化工系课件制作：王晓丽初立新王静第八章工具钢《Metallographyandhe1§1工具钢的分类及编号一、工具钢的分类１、按成分分类：碳素工具钢：简称碳工钢，高Ｃ钢。合金工具钢：低合金Ｍe＜４－５％中合金Ｍe＜５－１０％高合金Ｍe＞１０％２、按用途分类：刃具钢：用于制造各种刀具（例车刀、铣刀）模具钢：用于制造各种模具（如冷冲模，热锻模）量具钢：用于制造各种量具（如块规、千分尺）§1工具钢的分类及编号一、工具钢的分类2量具刃具模具量具刃具模具3§1工具钢的分类及编号二、工具钢的编号1、与合金结构钢大致相同，只是含碳量的表示方法不同。含碳量：平均含量≥1.0%时不标出；＜1.0%时的千分之几表示。高速钢例外，其平均含碳量＜1.0%时也不标出。2、合金元素表示方法与结构钢相同。如：（1）CrMn表示平均含量≥1.0%，Cr、Mn平均含量均＜1.5%合金工具钢。（2）9SiCr表示平均含量≥0.9%，Si、Cr平均含量均＜1.5%合金工具钢。

（3）W18Cr4V含碳量为0.70～0.80%，W、Cr、V分别为18%、4%＜1.5%的高速钢。

§1工具钢的分类及编号二、工具钢的编号4§2刃具钢一、刃具钢的性能要求二、碳素刃具钢三、低合金刃具钢四、高速钢§2刃具钢5一、刃具钢的性能要求1、高硬度：取决于含Ｃ％量2、高耐磨性：取决于ＨＲＣ和碳化物。硬度由６２－６３降至６０时耐磨量下降２５－３０％

3、高耐热性（红硬性，热硬性）热硬性：指刃部受热升温时，刃具钢仍能维持高硬度的一种特性。取决于回火稳定性；碳化物的弥散沉淀（ＷＶＮb）4、一定б、Ψ、ak，防止折断或崩刃。一、刃具钢的性能要求1、高硬度：取决于含Ｃ％量6二、碳素刃具钢

碳素刃具钢（Ｃ＝０.６５－１.３５％）用于制造低速切削的小型刃具：手锯条、锉刀、木工工具。加工工艺路线：锻造－球化退火－机械加工－淬火＋低温回火。问题：组织？细针状Ｍ回＋细小粒状Ｆe３Ｃ＋少量Ａ残二、碳素刃具钢

碳素刃具钢（Ｃ＝０.６５－１.３５％）7三、低合金刃具钢Cr、Mn、Si、W、V主要作用是增加淬透性（Cr、Mn、Si等）细化晶粒（W、V等）提高回火抗力及耐磨性（Cr、W、V、Si）低合金刃具钢的红硬性、耐磨性等比碳素刃具钢高。典型牌号：9CrSi（9SiCr）、CrWMn应用：拉刀、长丝锥、长铰刀（切削速度不高）切削速度高时，刀具的工作温度可达500~600℃，低合金刃具钢不能满足其性能要求→高速钢三、低合金刃具钢Cr、Mn、Si、W、V主要作用是增加淬透性8合金刃具钢牌号合金元素及含量千分之几的含碳量

9

Si

Cr

W18

Cr4V合金刃具钢牌号合金元素及含量千分之几的含碳量9Si99SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙9SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙10四.高速钢（锋钢、风钢、18-4-1钢）1、性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。车刀铣刀钻头四.高速钢（锋钢、风钢、18-4-1钢）1、性能要求:高112化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5%:铬4%:钒1.5%:保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,

造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,

提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。2化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5123、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M6C,钢的韧性大幅下降。3、W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点铸造13

W18Cr4V钢的铸态组织图W18Cr4V钢的铸态组织图14

W18Cr4V钢的铸态组织图W18Cr4V钢的铸态组织图15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。W18Cr4V锻造组织210锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依W18Cr16球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:S+粒状CmW18Cr4V球化退火组织420球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准17

W18Cr4V钢的热处理过程示意图W18Cr4V钢的热处理过程示意图18W18Cr4V钢淬火组织W18Cr4V淬火组织300W18Cr4V钢淬火组织W18Cr4V淬火组织3019三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。20三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后A残约剩15～18%。*第二次回火后A残约剩3～5%。*第三次回火后A残约剩1～2%。回火后的组织:M回+Cm+A残(1～2%)组织硬度为HRC65以上。三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后21

W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织105W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一22

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+23§3模具钢二、热作模具钢:工作温度为600℃以上一、冷作模具钢:工作温度为200～300℃§3模具钢二、热作模具钢:工作温度为600℃以上一、冷作24一、冷作模钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小;2.化学成分特点:高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽车冲压模具一、冷作模钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性25二冷作模钢３.典型牌号可用碳素工具钢和低合金刃具钢9Mn2、CrWMn、Cr12型钢广泛用于制造各类冷作模具。Cr12MoV可作为冷镦模、冷冲模。二冷作模钢３.典型牌号26４.热处理特点

*一次硬化法:

淬火+低温回火(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:淬火+三次回火(1100～1000℃)(510～520℃)热处理后的组织:M回+Cm+A残二冷作模钢４.热处理特点热处理后的组织:M回+Cm+A残二27二、热作模具钢1.性能要求:高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力(防止龟裂);高的淬透性和导热性;

曲轴模具二、热作模具钢1.性能要求:高的热硬性、高温耐磨性;曲轴模具28二、热作模具钢2.化学成分特点:中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。提高淬透性，回火稳定性，W造成二次硬化，V细化晶粒提高耐磨性。３.典型牌号：3Cr2W8、5CrNiMo（基本上为中碳0.3-0.5%左右）二、热作模具钢2.化学成分特点:29二、热作模具钢4、热处理工艺举例热锻模钢:5CrMnMo热处理工艺:淬火+550℃回火热处理后的组织:S回或T回热压模钢:3Cr2W8V热处理工艺:淬火+600℃三次回火热处理后的组织:M回+Cm粒状二、热作模具钢4、热处理工艺举例30汽车四缸压铸模二、热作模具钢5、热作模具钢应用锤锻模、机锻模（水压机、磨擦压力机等）压铸模及热冲裁模等。工作温度500~600℃机锻模在700℃左右。通常是在淬火和高温回火状态下使用，要求具有良好的综合机械性能。汽车四缸压铸模二、热作模具钢5、热作模具钢应用31§3量具钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性;热处理变形小;尺寸稳定;良好的耐蚀性;卡尺量规千分尺2.化学成分特点:高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。§3量具钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性323.热处理特点:4.热处理后的组织:M回+

Cm淬火冷处理(-70～-80℃)低温回火时效处理(120～130℃,几十小时)5.牌号:CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。3.热处理特点:4.热处理后的组织:M回+Cm淬火33

CrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃冷处理140～160℃3h110～120℃36h时效处理精磨3h研磨温度时间CrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺～650℃820～834习题与思考题1工具钢分几类？低合金工具钢与碳素工具钢相比有何优点？何谓二次硬化？何谓红硬性？提高红硬性的主要元素是什么？各举出1～2个碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的典型钢种，简要说明合金元素的作用。2高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火？在560℃回火是否是调质处理？习题与思考题1工具钢分几类？低合金工具钢与碳素工具钢相比有353为什么Cr能提高金属的腐蚀抗力？常用的含Cr量是多少？C对钢的耐腐蚀性能有何影响？41Cr13钢和Cr12钢中的含铬量都大于11.7%，现1Cr13属于不锈钢，而Cr12钢不属于不锈钢，说明原因。5讨论题：C及合金元素Mn、Cr、Si、Ni、W、Mo、V、Ti、B等在钢中一般主要有哪些作用？3为什么Cr能提高金属的腐蚀抗力？常用的含Cr量是多少？C36第八章工具钢

《Metallographyandheat-treatment》

多媒体教学课件授课院系：冶金化工系课件制作：王晓丽初立新王静第八章工具钢《Metallographyandhe37§1工具钢的分类及编号一、工具钢的分类１、按成分分类：碳素工具钢：简称碳工钢，高Ｃ钢。合金工具钢：低合金Ｍe＜４－５％中合金Ｍe＜５－１０％高合金Ｍe＞１０％２、按用途分类：刃具钢：用于制造各种刀具（例车刀、铣刀）模具钢：用于制造各种模具（如冷冲模，热锻模）量具钢：用于制造各种量具（如块规、千分尺）§1工具钢的分类及编号一、工具钢的分类38量具刃具模具量具刃具模具39§1工具钢的分类及编号二、工具钢的编号1、与合金结构钢大致相同，只是含碳量的表示方法不同。含碳量：平均含量≥1.0%时不标出；＜1.0%时的千分之几表示。高速钢例外，其平均含碳量＜1.0%时也不标出。2、合金元素表示方法与结构钢相同。如：（1）CrMn表示平均含量≥1.0%，Cr、Mn平均含量均＜1.5%合金工具钢。（2）9SiCr表示平均含量≥0.9%，Si、Cr平均含量均＜1.5%合金工具钢。

（3）W18Cr4V含碳量为0.70～0.80%，W、Cr、V分别为18%、4%＜1.5%的高速钢。

§1工具钢的分类及编号二、工具钢的编号40§2刃具钢一、刃具钢的性能要求二、碳素刃具钢三、低合金刃具钢四、高速钢§2刃具钢41一、刃具钢的性能要求1、高硬度：取决于含Ｃ％量2、高耐磨性：取决于ＨＲＣ和碳化物。硬度由６２－６３降至６０时耐磨量下降２５－３０％

3、高耐热性（红硬性，热硬性）热硬性：指刃部受热升温时，刃具钢仍能维持高硬度的一种特性。取决于回火稳定性；碳化物的弥散沉淀（ＷＶＮb）4、一定б、Ψ、ak，防止折断或崩刃。一、刃具钢的性能要求1、高硬度：取决于含Ｃ％量42二、碳素刃具钢

碳素刃具钢（Ｃ＝０.６５－１.３５％）用于制造低速切削的小型刃具：手锯条、锉刀、木工工具。加工工艺路线：锻造－球化退火－机械加工－淬火＋低温回火。问题：组织？细针状Ｍ回＋细小粒状Ｆe３Ｃ＋少量Ａ残二、碳素刃具钢

碳素刃具钢（Ｃ＝０.６５－１.３５％）43三、低合金刃具钢Cr、Mn、Si、W、V主要作用是增加淬透性（Cr、Mn、Si等）细化晶粒（W、V等）提高回火抗力及耐磨性（Cr、W、V、Si）低合金刃具钢的红硬性、耐磨性等比碳素刃具钢高。典型牌号：9CrSi（9SiCr）、CrWMn应用：拉刀、长丝锥、长铰刀（切削速度不高）切削速度高时，刀具的工作温度可达500~600℃，低合金刃具钢不能满足其性能要求→高速钢三、低合金刃具钢Cr、Mn、Si、W、V主要作用是增加淬透性44合金刃具钢牌号合金元素及含量千分之几的含碳量

9

Si

Cr

W18

Cr4V合金刃具钢牌号合金元素及含量千分之几的含碳量9Si459SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙9SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙46四.高速钢（锋钢、风钢、18-4-1钢）1、性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。车刀铣刀钻头四.高速钢（锋钢、风钢、18-4-1钢）1、性能要求:高472化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5%:铬4%:钒1.5%:保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,

造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,

提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。2化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5483、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M6C,钢的韧性大幅下降。3、W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点铸造49

W18Cr4V钢的铸态组织图W18Cr4V钢的铸态组织图50

W18Cr4V钢的铸态组织图W18Cr4V钢的铸态组织图51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。W18Cr4V锻造组织210锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依W18Cr52球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:S+粒状CmW18Cr4V球化退火组织420球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准53

W18Cr4V钢的热处理过程示意图W18Cr4V钢的热处理过程示意图54W18Cr4V钢淬火组织W18Cr4V淬火组织300W18Cr4V钢淬火组织W18Cr4V淬火组织3055三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。56三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后A残约剩15～18%。*第二次回火后A残约剩3～5%。*第三次回火后A残约剩1～2%。回火后的组织:M回+Cm+A残(1～2%)组织硬度为HRC65以上。三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后57

W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织105W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一58

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+59§3模具钢二、热作模具钢:工作温度为600℃以上一、冷作模具钢:工作温度为200～300℃§3模具钢二、热作模具钢:工作温度为600℃以上一、冷作60一、冷作模钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小;2.化学成分特点:高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽车冲压模具一、冷作模钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性61二冷作模钢３.典型牌号可用碳素工具钢和低合金刃具钢9Mn2、CrWMn、Cr12型钢广泛用于制造各类冷作模具。Cr12MoV可作为冷镦模、冷冲模。二冷作模钢３.典型牌号62４.热处理特点

*一次硬化法:

淬火+低温回火(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:淬火+三次回火(1100～1000℃)(510～520℃)热处理后的组织:M回+Cm+A残二冷作模钢４.热处理特点热处理后的组织:M回+Cm+A残二63二、热作模具钢1.性能要求:高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力(防止龟裂);高的淬透性和导热性;

曲轴模具二、热作模具钢1.性能要求:高的热硬性、高温耐磨性;曲轴模具64二、热作模具钢2.化学成分特点:中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。提高淬透性，回火稳定性，W造成二次硬化，V细化晶粒提高耐磨性。３.典型牌号：3Cr2W8、5CrNiMo（基本上为中碳0.3-0.5%左右）二、热作模具钢2.化学成分特点:65二、热作模具钢4、热处理工艺举例热锻模钢:5CrMnMo热处理工艺:淬火+550℃回火热处理后的组织:S回或T回热压模钢:3Cr2W8V热处理工艺:淬火+600℃三次回火热处理后的组织:M回+Cm粒状二、热作模具钢4、热处理工艺举例66汽车四缸压