12.2 工具钢的热处理

工具钢的热处理第十二章热处理工艺设计热处理原理与工艺热处理工艺设计◆结构钢的热处理◆工具钢的热处理◆特殊性能用钢的热处理◆铸铁的热处理◆有色金属及合金的热处理◆钢的热处理实例集工具钢的热处理工具钢是用以制造各种加工工具的钢种。根据用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。

按照化学成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。性能要求：各类工具钢由于工作条件和用途不同，对性能的要求也不同，但共同要求是高硬度和高耐磨性。此外，热稳定性和热硬性也是刃具钢和热作模具钢的性能要求之一。成分及热处理特点：一般采用高碳钢，还可添加Si、Mn、Mo、Cr、Ni、V等提高淬透性，加入W、Mo、V等元素提高硬度和强度。

一般工具钢均经淬火加低温回火处理，得到回火马氏体加粒状碳化物组织以保证所要求的性能。对于需要高韧性的工具钢，可采用淬火加高温回火处理，以获得回火托氏体或回火索氏体组织。工具钢的热处理一、高速钢的热处理热硬性：又称红硬性，指刃具钢在高温下保持高硬度的能力。

它是衡量刃具钢使用寿命的重要指标。◆C0.7%~1.4%

固溶在马氏体中和形成合金碳化物，保证钢淬火后马氏体具有高硬度，同时提高耐磨性。◆W和Mo提高红硬性固溶于M中的W在回火时WC产生二次硬化（热硬性高）。◆Cr增加淬透性

风钢（小尺寸空冷，大尺寸可以油淬+空冷）。◆V提高耐磨性和热硬性

回火时析出VC产生二次硬化并使耐磨性显著提高。（1）铸造铸态组织：鱼骨状莱氏体、中心黑色δ-共析体、白亮的马氏体和残余奥氏体工具钢的热处理一、高速钢的热处理W18Cr4V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（2）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。锻造时：“两重一轻”，即始锻和终锻温度时要轻锻，中间温度范围要重锻；

“两均匀”锻造时温度和变形量要均匀；“反复多向锻造"。工具钢的热处理一、高速钢的热处理W18Cr4V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（3）球化退火降低钢的硬度，以利切削加工，也为以后的淬火作组织上的准备。工具钢的热处理一、高速钢的热处理W18Cr4V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（4）淬火淬火温度高为使奥氏体中合金含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，8-9级）。

使淬火后获得高合金的M组织，具有很高回火稳定性，且在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。分级淬火为了减少工件变形，采用一次或多次分级淬火。对于大型复杂刃具，细长件和薄片件采用等温淬火，以减少变形并提高韧性（贝氏体组织）。工具钢的热处理一、高速钢的热处理W18Cr4V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→磨削一次或两次预热（往往采用）高速钢工具一般在高温盐浴炉中加热，速度较快，常采用一次或多次预热。

高速钢导热性差，为防止工件加热时变形和开裂，缩短加热的保温时间以减少脱碳。（5）三次回火回火温度高，回火次数多回火目的是从马氏体中析出弥散MC和MC，产生强烈二次硬化效应，同时消除残余奥氏体和组织应力。回火温度高：为了提高二次硬化效果。回火次数多：一方面增强二次硬化效果，另一方面主要是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体含量，也间接地提高了性能。工具钢的热处理一、高速钢的热处理W18Cr4V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→磨削工具钢的热处理一、高速钢的热处理工具钢的热处理二、模具钢的热处理

用于制造冲压、模锻、挤压、压铸等模具的钢。根据模具工作条件的不同可分为冷作模具钢（200~300℃）和热作模具钢（大于600℃较多

）。应用：制造各种冷成型模具，如冷冲模、冷挤压模、冷墩模和拔丝模等失效：磨损、脆断、变形性能要求：高硬度（HRC58~62）、良好的耐磨性、足够的强度和韧性成分特点:➢高碳1~2%，保证高硬度和耐磨性➢合金元素：Cr提高淬透性；Mo、W、V细化晶粒，提高耐磨性。1、冷作模具钢工具钢的热处理二、模具钢的热处理1、冷作模具钢碳素工具钢（T8A、T10A、T12A）低合金工具钢（9SiCr、9Mn2V、CrWMn等）高碳高铬模具钢（Cr12、Cr12MoV等）高碳中铬模具钢（Cr4W2MoV等）其它（低碳高速钢、低合金高速钢、基体钢等）

冷作模具钢通常采用球化退火预处理，淬火及低温回火最终热处理，以获得高的硬度和耐磨性。工具钢的热处理二、模具钢的热处理2、热作模具钢失效：变形、磨损、开裂、热疲劳等性能要求：良好的高温强韧性、高的热疲劳和热磨损抗力、一定的抗氧化性和耐蚀性成分特点：➢中碳0.3~0.6%➢合金元素Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V应用：用于制造各种使加热金属或液态金属成型的模具，如热锻模、热压模、热挤模和压铸模等热锻模钢：5CrMnMo、5CrNiMo压铸模钢：3Cr2W8V热挤压模钢：4Cr5MoSiV使用状态组织：淬火+中、高温回火回火索氏体、回火托氏体使用状态组织：淬火+多次高温回火，保证热硬性回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体工具钢的热处理三、量具钢的热处理性能要求：高的硬度和耐磨性（>56HRC）良好的尺寸稳定性成