黄科院金属材料及热处理课件项目10 工具用钢

项目十工具用钢黄河科技学院材料成型教研室

【内容简介】

在实际生产中手工用的锯条、凿子、锉刀，机械加工中所用的刀具、量具、模具等工具给人们工作提供了有利的条件，针对不同的材料选择合适的工具，本项目主要碳素工具钢、合金工具钢的化学成分、热处理特点、性能及应用。

【学习目标】(1)了掌握工具钢的分类、牌号和用途；

(2)熟悉常用工具所用的材料。黄河科技学院材料成型教研室一、工具钢的分类1.按成分分碳素工具钢高碳钢低合金工具钢合金工具钢中合金工具钢高合金工具钢2.按用途分刃具钢：主要用于制造各种金属切削刃具；模具钢：主要用于制造各种金属成形模具；量具钢：主要用于制造各种测量工具。黄河科技学院材料成型教研室二、工具钢的编号碳素工具钢T+数字T8T12合金工具钢

1.平均含碳量Wc≥1%时不标出；含碳量<1%时，在钢牌号前部用数字表示平均含碳量的千分之几。高速钢均不标碳含量。

2.合金元素含量表示法元素+合金含量的百分数如：CrMn—表示含碳量Wc≥1%，Cr、Mn平均含量<1.5%；

9SiCr—表示含碳量Wc=0.9%，Cr、Mn平均含量<1.5%；黄河科技学院材料成型教研室T7、T8：硬度较高、韧性较高，可制造冲头、锤子、凿子等工具。T9、T10、T11：硬度高、韧性适中；可制造钻头、手锯条、刨刀、丝锥等刃具及冷作模具等。T12(A)、T13：硬度高、韧性低，可制作锉、刮刀等刃具及量规等量具。碳素工具钢是用“T+数字”表示，其中T为碳的拼音，其后数字表示钢中平均含碳量的千分之几。如平均含碳量为0.8%的工具钢，其钢号记为“T8”；T12表示碳的平均含量为1.2%的碳素工具钢。含锰量较高者须在钢号后标以“Mn”。若为高级优质碳素工具钢则在钢号末端加“A”，如T10A。常用优质碳素结构钢：§10.1

工具用碳钢WC=（0.65%~1.35%）黄河科技学院材料成型教研室一、量具用钢量具钢主要用于制造测量零件尺寸的各种量具。1.性能要求高的硬度、耐磨性高的尺寸稳定性足够的韧性良好的磨削加工性2.常用钢种高精度精密量具用：CrMn、CrWMn、GCr15精度不高、形状简单：T10、T12、60Mn等3.热处理淬火+冷处理+低温回火+人工时效(110~150℃,24~36h)目的是稳定量具尺寸，使淬火组织转变为较稳定的回火马氏体并消除淬火应力。§10.2

工具钢用合金钢黄河科技学院材料成型教研室(一)刃具钢的性能要求1.服役条件

(1)刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦，造成严重的磨损

(2)刀刃部分温度高(高速切削时，温度达600度)(3)冲击与振动(进刀)2.失效形式：磨损，刀刃崩缺，刀具折断3.性能要求：高硬度和高耐磨性(HRC>60)；高热硬性(红硬性)；足够的强度、塑性、韧性二、刃具用钢刃具钢按成分及性能特点可分为：碳素刃具钢、低合金刃具钢和高速钢(高合金刃具钢)。黄河科技学院材料成型教研室

1.化学成分特点(合金总量<5%)

高碳：0.75%~1.5%C(进一步提高硬度与耐磨性)

加入↑淬透性元素:Cr、Mn、Si；

加入↑硬度与耐磨性元素:W、V

加入↑回火稳定性元素：Si2.典型钢种：

9SiCr、9Mn2V、CrWMn

等

3.热处理及使用态组织：预备热处理、最终热处理及使用态组织与碳素刃具钢相同。使用态组织：细针状高碳回火马氏体＋粒状Fe3C＋Ar(二)低合金刃具钢图10-1黄河科技学院材料成型教研室4.性能及用途：(以9SiCr为例)

回火稳定性提高：300℃，HRC60;

淬透性提高：油淬直径可达25～40mm。应用：形状复杂、要求变形小、切削速度中等、加工精度较高的板牙、丝锥、铰刀等。三、模具钢主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。用于冷态成形的模具钢称为冷作模具钢，用于热态金属成形的模具钢称为热作模具钢。1.冷作模具钢(实际温度不超过200-300℃)(1)工作条件：负荷重、模具形状复杂，要求模具材料变形小、耐磨性高、有一定的韧性。(2)要求:高的硬度和高的耐磨性，足够的强度、韧性和疲劳强度黄河科技学院材料成型教研室(3)成分特点：Wc≥0.8%~2%

加入Cr、Mo、W、V形成碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr含量可达11%~13%。(4)常用钢种：Cr12、Cr12MoV

对于要求不高的小型冷作模具，大多数采用碳素工具钢或低合金刃具钢。(5)热处理工艺莱氏体钢——粗大的共晶碳化物反复锻造；打碎粗大的鱼骨状(网状)共晶碳化物热处理：等温退火+(980℃)淬火+低温回火(170℃)

等温回火

+(1100℃)淬火+多次回火(510~520℃)(6)使用组织

Cr12最终热处理组织为回火马氏体+残余奥氏体。黄河科技学院材料成型教研室2.热作模具：型腔表面温度可达600℃以上。(1)性能要求高的热硬性和高温耐磨性足够的强度和韧性高的热稳定性、抗氧化性高的抗热疲劳能力(2)成分特点Wc=0.3%~0.6%(中碳钢)加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn等；加入能产生二次硬化合金元素：Mo、W、V等。黄河科技学院材料成型教研室(3)热处理工艺和组织预备热处理：退火消除锻造应力细片状珠光体+铁素体最终热处理：淬火+回火回火托氏体或回火索氏体(4)常用钢种5CrNiMo(大型热锻模)、5CrMnMo(小型热锻模)等。3Cr2W8V、4CrSi和4CrW2Si等—压铸模塑料模，压力不大、冲击较小，工作温度不高，一般选用45钢。黄河科技学院材料成型教研室四、高速钢1.成分特点高碳：0.7—1.65%，保证高硬度，并与W,V等形成碳化物或者是合金碳化物高的Ｗ含量：—18%；使钢保持红硬性，提高回火抗力，提高淬透性。(在500-600度回火时产生细小而弥散分布W2C)Cr:--4%提高淬透性和回火抗力，增加抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。V：--1%提高硬度和红硬性，细化晶粒(形成细少的高硬度的VC，改善韧性)黄河科技学院材料成型教研室2.常用高速钢的类型和应用

(1)通用型高速钢钨系高速钢W18Cr4V具有良好的综合性能，通用性强，可以制作各种复杂刃具，但钨的价格较贵，使得钨高速钢的使用量已逐渐减少。

钼系高速钢W6Mo5Cr4V2用钼代替部分钨。

(2)高性能高速钢在通用型高速钢中再增加一些含碳量、V、Co、Al等元素，以提高耐磨性和热硬性。9W18Cr4V等。3.加工和热处理特点莱氏体钢——粗大的共晶碳化物反复锻造；打碎粗大的鱼骨状共晶碳化物热处理：退火+淬火+回火黄河科技学院材料成型教研室图10-2黄河科技学院材料成型教研室

工艺路线