工模具用钢培训教材.pptx
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1、4.1 概述概述 工具钢成分与性能特点,根本性能及检测方法工具钢成分与性能特点,根本性能及检测方法4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢4.3 高速钢高速钢 合金元素作用,碳化物,高速钢热处理合金元素作用,碳化物,高速钢热处理4.4 冷作模具钢冷作模具钢 低合金模具钢,高铬和中铬模具钢,新型模具钢低合金模具钢,高铬和中铬模具钢,新型模具钢 4.5 热作模具钢热作模具钢 热锤锻模具钢,热挤压模具钢,压铸模具钢热锤锻模具钢,热挤压模具钢,压铸模具钢4.6 其他类型工具用钢其他类型工具用钢第第4章章 工模具用钢工模具用钢4.1 概述概述 按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。按用途分为刃
2、具钢、模具钢、量具钢三大类。刃具钢可分为碳素、低合金工具钢和高速钢三大类。刃具钢可分为碳素、低合金工具钢和高速钢三大类。模具钢按工作温度可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑模具钢按工作温度可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。料模具钢。量具钢用来制作量规、卡尺、样板等。用来测量工件尺量具钢用来制作量规、卡尺、样板等。用来测量工件尺寸和形状。寸和形状。4.1 概述概述主要主要矛盾矛盾 韧度和耐磨性间的合理平衡韧度和耐磨性间的合理平衡基体成分和基体成分和K的的性质、数量、形态和分布。性质、数量、形态和分布。1、工具钢成分与性能特点、工具钢成分与性能特点成分成分组织组织 一般含一般含0.61.3%C
3、M+足够数量足够数量K。M硬度硬度高、切断抗力较高、耐磨性好。高、切断抗力较高、耐磨性好。Cr、W、Mo、V等:等:淬透性、耐磨性和热淬透性、耐磨性和热稳定性;稳定性;Mn、Si辅助参加:辅助参加:淬透性,回稳性;淬透性,回稳性;第二相第二相K 球状、细小、均匀分布。球状、细小、均匀分布。4.1 概述概述4.1 概述概述2、工具钢根本性能及检测方法、工具钢根本性能及检测方法4.1 概述概述4.1 概述概述4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢一、碳素工具钢一、碳素工具钢 1.含碳量含碳量 0.651.35%。钢号从钢号从T7到到T13。做低速切削的刃具和简单的冷冲模。淬透性。做低速切
4、削的刃具和简单的冷冲模。淬透性低,断面尺寸低,断面尺寸15mm的工具。的工具。T7有较好的塑韧性,宜做受冲击的刃具,如凿子等;有较好的塑韧性,宜做受冲击的刃具,如凿子等;T8易过热,制造形状简单的木工工具等;易过热,制造形状简单的木工工具等;T10、T12耐磨性较好,强度高,但韧度低,制造不耐磨性较好,强度高,但韧度低,制造不受冲击或冲击较小形状简单的工具,如车刀、铣刀等。受冲击或冲击较小形状简单的工具,如车刀、铣刀等。4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢 2.热处理工艺及性能热处理工艺及性能 采用球化退火采用球化退火不完全淬火不完全淬火低温回火。低温回火。淬火:淬火:760800
5、,盐水冷却(因淬透性低)。,盐水冷却(因淬透性低)。回火:回火:150250。性能:性能:HRC5864,但韧性,耐磨性不同。淬火变形开,但韧性,耐磨性不同。淬火变形开裂倾向大,工件厚淬不透。组织稳定性差,高于裂倾向大,工件厚淬不透。组织稳定性差,高于200硬度明硬度明显下降。显下降。4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢二、低合金工具钢二、低合金工具钢4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢球化球化退火退火2.热处理工艺及性能热处理工艺及性能 采用球化退火采用球化退火不完全淬火不完全淬火低温回火。低温回火。等温退火,由退火温度以等温退火,由退火温度以3040/h冷至冷至70
6、0左右,等温左右,等温4h,再炉冷到,再炉冷到600出炉。出炉。T淬淬为为Acm+3050,油冷、熔盐分级淬火、,油冷、熔盐分级淬火、等温淬火(等温淬火(B等温淬火和等温淬火和M等温淬火)。等温淬火)。淬火淬火工艺工艺一般一般组织组织 含碳量含碳量0.50.6%的的M+未溶粒状未溶粒状K4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢 Si、Cr淬透性,淬透性,D油油60HRC;K细小、均匀细小、均匀不容易崩刃;不容易崩刃;分级淬火或等温淬火处理,变形较小;分级淬火或等温淬火处理,变形较小;Si使钢的脱碳倾向增大。使钢的脱碳倾向增大。9SiCr:适于制作形状较复杂、变形要求小的工件,特别适于制
7、作形状较复杂、变形要求小的工件,特别是薄刃工具,如丝锥、扳牙、铰刀等。是薄刃工具,如丝锥、扳牙、铰刀等。4.2 碳素钢及低合金刃具钢碳素钢及低合金刃具钢CrWMn:4.3 高速钢高速钢 1898年就有含年就有含W钢,钢,1910年生产了年生产了W18Cr4V。近几十年来,。近几十年来,高速钢的产量、品种和质量都有了很大的开展。高速钢的产量、品种和质量都有了很大的开展。按照其成分和性能特点可分为以下几类:按照其成分和性能特点可分为以下几类:(1)W系高速钢:系高速钢:W18Cr4V(18-4-1)型,)型,M1。(2)W-Mo系高速钢:系高速钢:W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)型,)型,(
8、M2)。)。(3)Co系高速钢:系高速钢:W18Cr4VCo5,W6Mo5Cr4V2Co8。红。红 红硬性高、切削性能好。红硬性高、切削性能好。(4)超硬高速钢:)超硬高速钢:W6Mo5Cr4V2Al。具有。具有6570HRC高硬高硬 度、高红硬性特点,本钱比钴高速钢高。度、高红硬性特点,本钱比钴高速钢高。钨系和钨钼系称为通用型高速钢,而把其他类型称为高性钨系和钨钼系称为通用型高速钢,而把其他类型称为高性能或特殊用途高速钢。能或特殊用途高速钢。4.3 高速钢高速钢4.3 高速钢高速钢4.3 高速钢高速钢一、高速钢中合金元素的作用一、高速钢中合金元素的作用C 一般高速钢含一般高速钢含0.71.6
9、5%C。形成足够数量的。形成足够数量的碳化物;保证马氏体中固溶碳量。碳化物;保证马氏体中固溶碳量。影响影响 C%过高:过高:a.AR增多;增多;b.碳量的提高使固相线降低,晶界碳量的提高使固相线降低,晶界熔化温度降低熔化温度降低淬火温度淬火温度 A中中Me%红红硬性硬性;c.韧性低。韧性低。4.3 高速钢高速钢W:造成红硬性的主要元素。:造成红硬性的主要元素。退火时主要以退火时主要以M6C型碳化物存在。型碳化物存在。一局部一局部M6C型碳化物溶入奥氏体型碳化物溶入奥氏体 强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出,提高回火强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出,提高回火稳定性,在稳定性,在600回火时,仍为过
10、饱和固溶体,具有回火时,仍为过饱和固溶体,具有高的红硬性。高的红硬性。回火时在马氏体中弥散析出回火时在马氏体中弥散析出W2C,造成二次硬化,造成二次硬化,具有高的红硬性和耐磨性。具有高的红硬性和耐磨性。淬淬火火加加热热时时 一局部一局部M6C型碳化物未溶入奥氏体型碳化物未溶入奥氏体 强烈阻止奥氏体晶粒长大。保证淬火加热采用强烈阻止奥氏体晶粒长大。保证淬火加热采用12201310的高温,使足够数量的碳化物溶入奥氏体,的高温,使足够数量的碳化物溶入奥氏体,保证高的红硬性,提高耐磨性。保证高的红硬性,提高耐磨性。W 热导率热导率钢导热性差。钢导热性差。W和和Mo相似,相似,1%Mo可取代可取代1.5
11、2.0%W。4.3 高速钢高速钢V V显著显著红硬性、红硬性、硬度和耐磨性,细化晶粒,硬度和耐磨性,细化晶粒,过热敏感性。以过热敏感性。以VC存在。存在。4.3 高速钢高速钢 在所有的高速钢中,除钴高速钢以外,退火状态下都含有在所有的高速钢中,除钴高速钢以外,退火状态下都含有M6C、M23C6、MC三种碳化物,在含三种碳化物,在含W、Mo较少的高速钢中还有较少的高速钢中还有M7C3型碳型碳化物。在淬火状态下,只有化物。在淬火状态下,只有M6C和和MC。回火状态(。回火状态(650左右)有左右)有M2C、MC析出。析出。二、高速钢中的碳化物二、高速钢中的碳化物1.碳化物的类型碳化物的类型4.3
12、高速钢高速钢2.碳化物不均匀性对高速钢性能的影响碳化物不均匀性对高速钢性能的影响4.3 高速钢高速钢 钨系高速钢的始锻温度一般为钨系高速钢的始锻温度一般为11401180,终锻温度为,终锻温度为90 0左右;钼系及钨系高速钢的始锻温度要低一些,为了减少氧化左右;钼系及钨系高速钢的始锻温度要低一些,为了减少氧化与脱碳,可以降低至与脱碳,可以降低至1000左右,终锻温度为左右,终锻温度为850870。终。终锻温度太低会引起锻件开裂,而终锻温度太高(大于锻温度太低会引起锻件开裂,而终锻温度太高(大于1000)会)会造成晶粒的不正常长大,出现萘状断口。造成晶粒的不正常长大,出现萘状断口。高速钢的导热性
13、能较差,锻造加热过程中,一般应在高速钢的导热性能较差,锻造加热过程中,一般应在 850900以下应缓慢进行;锻造或轧制后为防止产生过多的马氏体组以下应缓慢进行;锻造或轧制后为防止产生过多的马氏体组织,应缓慢冷却(常用灰坑缓冷),以防止产生过高的应力和开织,应缓慢冷却(常用灰坑缓冷),以防止产生过高的应力和开裂。裂。采用适宜的锻压比,一般在采用适宜的锻压比,一般在711之间,反复拉拔和锻粗之间,反复拉拔和锻粗23次;次;锻造时先轻锤快打,后重锤锻打,锻后要缓慢冷却,进行退火。锻造时先轻锤快打,后重锤锻打,锻后要缓慢冷却,进行退火。高速钢退火后的组织为索氏体高速钢退火后的组织为索氏体+碳化物,硬度
14、为碳化物,硬度为HB207255。4.3 高速钢高速钢三、高速钢的铸态组织三、高速钢的铸态组织 1.高速钢的平衡结晶过程高速钢的平衡结晶过程 平衡组织为:平衡组织为:Ld+K+P 2.高速钢的实际铸态组织高速钢的实际铸态组织 高速钢在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平高速钢在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却,合金元素来不及扩散,在结晶和固态相衡冷却,合金元素来不及扩散,在结晶和固态相变过程中的转变不能完全进行。变过程中的转变不能完全进行。假设包晶反响不能进行完毕,仍有局部高温假设包晶反响不能进行完毕,仍有局部高温铁素体铁素体相被保存下来,在继续冷却时发生共析相被保存下来,在继续冷却时发生共析转
15、变转变K,称为,称为共析,随后共析,随后相再发生共析相再发生共析反响。因为在金相组织中呈黑色,又称黑色组织。反响。因为在金相组织中呈黑色,又称黑色组织。假设假设相的共析反响相的共析反响被抑制,过冷到较低被抑制,过冷到较低温度转变为温度转变为MAR,在金相组织中呈白色,在金相组织中呈白色,称白色组织。称白色组织。4.3 高速钢高速钢四、高速钢的热处理四、高速钢的热处理 1.退火:退火:采用球化退火,也可分为一般退火和等温退火两种。采用球化退火,也可分为一般退火和等温退火两种。退火温度为退火温度为860880,保温,保温23h。这样溶入奥氏体中的。这样溶入奥氏体中的合金元素不多,奥氏体的稳定性较小
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