第一節(jié) 工具鋼 ◆主要用于制造各種加工和測(cè)量工具的鋼, 主要用于制造各種加工和測(cè)量工具的鋼, 稱工具鋼。按其用途分為刃具、 稱工具鋼。按其用途分為刃具、量具和模具用 按成分不同也可分為碳素工具鋼、 鋼，按成分不同也可分為碳素工具鋼、低合金 工具鋼及高合金工具鋼。 工具鋼及高合金工具鋼。 ◆化學(xué)成分 較高的含碳量（0.7-1.3%）； 較高的含碳量（0.7-1.3%）； 常加入合金元素Cr Cr、 Mo、 常加入合金元素Cr、W、Mo、V等。 ◆合金元素的主要作用 1、刃具鋼 性能要求 (1)高硬度、高耐磨性：一般其硬度為60HRC， (1)高硬度、高耐磨性：一般其硬度為60HRC，應(yīng) 高硬度 60HRC 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件硬度并保證強(qiáng)化相數(shù)量多， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件硬度并保證強(qiáng)化相數(shù)量多，分布均 勻且穩(wěn)定。 勻且穩(wěn)定。 (2)高的紅硬性：紅硬性是指鋼在高溫仍能保 (2)高的紅硬性： 高的紅硬性 持足夠高的硬度的特性。 持足夠高的硬度的特性。 (3)一定的強(qiáng)韌性： (3)一定的強(qiáng)韌性：為保證刃具在工作中受到拉壓 一定的強(qiáng)韌性 彎扭和沖擊等作用時(shí)不折斷，不崩刃， 彎扭和沖擊等作用時(shí)不折斷，不崩刃，刃具具有 一定的韌性是必須的。 一定的韌性是必須的。 (1) 碳素工具鋼 常用的碳素工具鋼有T8、T10、T12、 常用的碳素工具鋼有T8、T10、T12、 T8 T8A等 T8A等。碳素工具鋼滿足一般工具加工條 其價(jià)格便宜，耐磨及加工性好。 件，其價(jià)格便宜，耐磨及加工性好。其中 含碳量越高，則碳化物越多，耐磨性越好， 含碳量越高，則碳化物越多，耐磨性越好， 但韌性變差。 但韌性變差。 碳素刃具鋼紅硬性差（ 碳素刃具鋼紅硬性差（刃部溫度大于 250℃，其硬度耐磨性即顯著降低）， ），且 250℃，其硬度耐磨性即顯著降低），且 淬透性差。故其一般只用于手工工具， 淬透性差。故其一般只用于手工工具，低 速或小走刀量的機(jī)用工具和小尺寸模具、 速或小走刀量的機(jī)用工具和小尺寸模具、 量具，也只能用于加工低硬度材料。 量具，也只能用于加工低硬度材料。 碳素工具鋼的熱處理工藝 預(yù)備熱處理：在機(jī)加工之前進(jìn)行正火及球化 預(yù)備熱處理：在機(jī)加工之前進(jìn)行正火及球化 退火（T8鋼則可完全退火 鋼則可完全退火） 退火（T8鋼則可完全退火） 組織為珠光體＋細(xì)小均布的粒狀滲碳體， 組織為珠光體＋細(xì)小均布的粒狀滲碳體，硬 為珠光體 HB<217。 度HB<217。 最終熱處理：淬火（780℃）＋低溫回火 最終熱處理：淬火（780℃）＋低溫回火 ）＋ 180℃） （180℃） 組織為 粒狀滲碳體＋少量A 8%）， 組織為M回＋粒狀滲碳體＋少量A殘（2～8%）， 硬度達(dá)60 65HRC。 60～ 硬度達(dá)60～65HRC。 (2) 低 合金工具鋼 高的含碳量保證了鋼的高硬度及形成足夠的合金 碳化物，耐磨性高。同時(shí)鋼中常加入Cr Cr、 Si、Mn、 碳化物，耐磨性高。同時(shí)鋼中常加入Cr、W、Si、Mn、 等合金元素，大大提高了鋼的淬透性和回火抗力， V等合金元素，大大提高了鋼的淬透性和回火抗力，并 細(xì)化了晶粒。 細(xì)化了晶粒。 絲錐 例：9SiCr相當(dāng)于T9+1.2～1.6%Si+0.95～1.25%Cr, 9SiCr相當(dāng)于T9+1.2～1.6%Si+0.95～ 相當(dāng)于T9+1.2 板牙 其淬透性好，油淬透直徑達(dá)40～50mm； 其淬透性好，油淬透直徑達(dá)40～50mm； 40 碳化物(Fe,Cr) 使馬氏體組織細(xì)化， 碳化物(Fe,Cr)3C使馬氏體組織細(xì)化，使其強(qiáng)韌性 得到提高； 得到提高； 同時(shí)加入Si后其回火穩(wěn)定性提高，鋼在(250～ 同時(shí)加入Si后其回火穩(wěn)定性提高，鋼在(250～ Si后其回火穩(wěn)定性提高 (250 300℃)仍能保持60HRC以上 仍能保持60HRC以上。 300℃)仍能保持60HRC以上。 （3）高速鋼 例:盤形齒輪銑刀 選材: 選材: W18Cr4V 元素作用分析: (0.7-0.8%)， (1元素作用分析:碳(0.7-0.8%)，鎢，鉻，釩(1-1.4%) 工藝路線:下料→鍛造→球化退火→機(jī)加工 工藝路線:下料→鍛造→球化退火→ 淬火+多次回火→噴丸→ →淬火+多次回火→噴丸→磨削 鍛造工序分析: 鍛造工序分析: 工序分析 球化退火作用分析: 球化退火作用分析: 作用分析 淬火回火工藝分析: 淬火回火工藝分析: 工藝分析 圖片1 圖片2 500× 500× W18cr4V球化退火后的組織 球化退火后的組織 圖片3 回火工藝曲線 2.模具鋼 2.模具鋼 (1) 冷作模具鋼 工作條件 在常溫下工作，摩擦面大， 在常溫下工作，摩擦面大，摩擦力大同時(shí)還受 到彎曲力和沖擊力的作用。 到彎曲力和沖擊力的作用。主要的失效破壞形 式為磨損、變形和開裂。 式為磨損、變形和開裂。 性能要求 高的耐磨性，高的強(qiáng)韌性，淬透性高， 高的耐磨性，高的強(qiáng)韌性，淬透性高，熱處 理變形應(yīng)盡可能小。 理變形應(yīng)盡可能小。 鋼種選擇 1) 碳素工具鋼和低合金工具鋼 如T8A、T12A、9CrSi、Cr6WV等碳素和低合金 T8A、T12A、9CrSi、Cr6WV等碳素和低合金 工具鋼可用作尺寸較小， 工具鋼可用作尺寸較小，形狀簡(jiǎn)單且工作負(fù)荷 不太大的模具 2)高碳高鉻鋼 2)高碳高鉻鋼 Cr12MoV等 指Cr12型冷作模具鋼，如Cr12 、 Cr12MoV等。 Cr12型冷作模具鋼， 型冷作模具鋼 其成分中含碳(1.4 2.3)%、含鉻(11 12)%。 (1.4～ (11～ 其成分中含碳(1.4～2.3)%、含鉻(11～12)%。 另外有些鋼還加入少量的Mo(0.4 0.6%)、 Mo(0.4另外有些鋼還加入少量的Mo(0.4-0.6%)、 V(0.15-0.3%)等合金元素 等合金元素。 V(0.15-0.3%)等合金元素。 Cr12MoV鋼加工沖孔落料模的工藝路線： Cr12MoV鋼加工沖孔落料模的工藝路線： 鋼加工沖孔落料模的工藝路線 下料→ 鍛造→退火→機(jī)加工→淬火+回火→ 下料→鍛造→退火→機(jī)加工→淬火+回火→磨削 熱處理工藝： 熱處理工藝： （１）預(yù)備熱處理：球化退火 預(yù)備熱處理： 目的：消除應(yīng)力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度為 目的：消除應(yīng)力，降低硬度以便于切削加工。 目的 (207～255)ＨＢ (207～255)ＨＢ 組織：球狀珠光體+均勻分布碳化物 組織：球狀珠光體+ （２）最終熱處理：淬火+低溫回火 最終熱處理：淬火+ 組織：M回＋彌散粒狀碳化物＋少量A殘。 組織： 彌散粒狀碳化物＋少量A 組織 除此之外，高速鋼由于其優(yōu)異的工藝和使用性能，也是很好的 除此之外，高速鋼由于其優(yōu)異的工藝和使用性能， 除此之外 高檔冷作模具用鋼 （2）熱作模具鋼 工作條件： 工作條件： 反復(fù)受熱和冷卻，熱態(tài)下受到摩擦、 反復(fù)受熱和冷卻，熱態(tài)下受到摩擦、沖擊作 用。 性能要求： 性能要求： ①要求在較高的工作溫度下具有良好的強(qiáng)韌 性； 抗熱疲勞性好； ②抗熱疲勞性好； 良好的導(dǎo)熱性和淬透性。 ③良好的導(dǎo)熱性和淬透性。 常用熱作模具鋼 常用的熱模鋼有5CrMnMo及5CrNiMo； 常用的熱模鋼有5CrMnMo及5CrNiMo；對(duì) 5CrMnMo 壓鑄模常用3Cr2W8V 4Cr5MoSiV等 3Cr2W8V、 壓鑄模常用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等。 含碳量：(0.3～0.6)%，保證了淬火高溫 含碳量：(0.3～0.6)%， 回火后鋼材的硬度和韌性； 回火后鋼材的硬度和韌性； 常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。 常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。 Cr 等合金元素 熱作模具鋼的工藝特點(diǎn) ◆熱作模具鋼必須經(jīng)過反復(fù)鍛造使碳化物均勻分 布。 鍛后退火以消除應(yīng)力，降低硬度（197～241） ◆鍛后退火以消除應(yīng)力，降低硬度（197～241） ＨＢ，以便于切削加工 以便于切削加工。 ＨＢ，以便于切削加工。 最終熱處理為：淬火+高溫（或中溫） ◆ 最終熱處理為：淬火+高溫（或中溫）回火 組織：回火索氏體（或回火屈氏體）。 組織：回火索氏體（或回火屈氏體）。 具有良好的綜合機(jī)械性能及熱疲勞抗力。 具有良好的綜合機(jī)械性能及熱疲勞抗力。 注意： 注意：回火溫度應(yīng)稍高于模面工作溫度 3.量具鋼 量具鋼 用于測(cè)量工具的鋼，如卡尺、千分尺、塊規(guī) 用于測(cè)量工具的鋼，如卡尺、千分尺、 用于測(cè)量工具的鋼 及塞規(guī)等，主要性能要求如下： 及塞規(guī)等，主要性能要求如下： 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性 高的硬度和耐磨性、 高的硬度和耐磨性 常用的量具通常采用碳素工具鋼，低合 常用的量具通常采用碳素工具鋼， 金工具鋼，軸承鋼等制作。 金工具鋼，軸承鋼等制作。 T10A、 簡(jiǎn)單量具 T10A、T12A 等。 GCr15、 高精度量具 GCr15、CrWMn 等。 化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn) 碳含量：0.90～ 碳含量：0.90～1.50% 合金元素：Cr、 合金元素：Cr、W、Mn 淬火回火后得到穩(wěn)定均勻的馬氏體組織 例CrWMn制作塊規(guī)的工藝路線： CrWMn制作塊規(guī)的工藝路線 制作塊規(guī)的工藝路線： 鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火→冷處理→ 鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火→冷處理→ 回火→粗磨→低溫時(shí)效→精磨→ 回火→粗磨→低溫時(shí)效→精磨→去應(yīng)力回火 →研磨 時(shí)效處理：120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)， 時(shí)效處理：120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)，使M、 A 回火M 最終組織 回火M + 碳化物 + 少量A 少量A 殘 穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。 殘穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。 淬火回火工藝 ℃ 1100～1150℃ 960～1050℃ 800～830℃ 油淬 510～520℃回火三次 250～275℃ 回火 60～62 HRC 58～60 HRC 空冷