工模具用鋼培訓教材

4.1概述

工具鋼成分與性能特點，基本性能及檢測方法4.2碳素鋼及低合金刃具鋼4.3高速鋼

合金元素作用，碳化物，高速鋼熱處理4.4冷作模具鋼

低合金模具鋼，高鉻和中鉻模具鋼，新型模具鋼4.5熱作模具鋼熱錘鍛模具鋼，熱擠壓模具鋼，壓鑄模具鋼4.6其他類型工具用鋼第4章工模具用鋼4.1概述

按用途分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼三大類。①刃具鋼可分為碳素、低合金工具鋼和高速鋼三大類。②模具鋼按工作溫度可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。③量具鋼用來制作量規(guī)、卡尺、樣板等。用來測量工件尺寸和形狀。4.1概述主要矛盾韌度和耐磨性間的合理平衡→基體成分和K的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布。1、工具鋼成分與性能特點成分組織一般含0.6~1.3%C→M+足夠數(shù)量K。M硬度高、切斷抗力較高、耐磨性好。Cr、W、Mo、V等：↑淬透性、耐磨性和熱穩(wěn)定性；Mn、Si輔助加入：↑淬透性，回穩(wěn)性；第二相K→球狀、細小、均勻分布。4.1概述4.1概述2、工具鋼基本性能及檢測方法4.1概述4.1概述4.2碳素鋼及低合金刃具鋼一、碳素工具鋼1.含碳量0.65～1.35%。鋼號從T7到T13。做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。淬透性低，斷面尺寸<15mm的工具。T7有較好的塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；T8易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；T10、T12耐磨性較好，強度高，但韌度低，制造不受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等。4.2碳素鋼及低合金刃具鋼2.熱處理工藝及性能采用球化退火→不完全淬火→低溫回火。淬火：760~800℃，鹽水冷卻（因淬透性低）?；鼗穑?50~250℃。性能：HRC58~64，但韌性，耐磨性不同。淬火變形開裂傾向大，工件厚淬不透。組織穩(wěn)定性差，高于200℃硬度明顯下降。4.2碳素鋼及低合金刃具鋼二、低合金工具鋼4.2碳碳素鋼鋼及低低合金金刃具具鋼球化退火2.熱熱處處理工工藝及及性能能采用球球化退退火→→不完完全淬淬火→→低溫溫回火火。等溫退退火，，由退退火溫溫度以以30~40℃℃/h冷至至700℃左右右，等等溫4h，，再爐爐冷到到600℃℃出爐爐。T淬為Acm+30~50℃℃，油油冷、、熔鹽鹽分級級淬火火、等溫淬淬火（（B等等溫淬淬火和和M等等溫淬淬火））。淬火工藝一般組織含碳量0.5~0.6%的M+未溶溶粒狀K4.2碳碳素鋼及及低合金金刃具鋼鋼①Si、Cr↑淬透性，，D油<40mm；②Si、Cr↑回火穩(wěn)定定性，~250℃回火火，>60HRC；③K細細小、均均勻→不容易崩崩刃；④分級級淬火或或等溫淬淬火處理理，變形形較小；；⑤Si使鋼鋼的脫碳碳傾向增增大。9SiCr：適于制作作形狀較較復雜、、變形要要求小的的工件，，特別是薄刃工工具，如如絲錐、、扳牙、、鉸刀等等。4.2碳碳素鋼及及低合金金刃具鋼鋼CrWMn：4.3高高速鋼1898年就有有含W鋼鋼，1910年年生產(chǎn)了了W18Cr4V。近近幾十年年來，高高速鋼的的產(chǎn)量、、品種和和質(zhì)量都都有了很很大的發(fā)發(fā)展。按照其成成分和性性能特點點可分為為以下幾幾類：（1）W系高速速鋼：W18Cr4V（18-4-1）型型，M1。（2）W-Mo系高速速鋼：W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2））型，（M2））。（3）Co系高高速鋼：：W18Cr4VCo5，W6Mo5Cr4V2Co8。紅紅硬性高高、切削削性能好好。（4）超超硬高速速鋼：W6Mo5Cr4V2Al。。具有65~70HRC高硬硬度、高紅紅硬性特特點，成成本比鈷鈷高速鋼鋼高。鎢系和鎢鎢鉬系稱稱為通用型高高速鋼，而把其其他類型型稱為高性能或特殊殊用途高高速鋼。4.3高高速鋼4.3高高速鋼4.3高高速鋼一、高速速鋼中合合金元素素的作用用C一般高速鋼鋼含0.7~1.65%C。。形成足夠夠數(shù)量的碳化物；保保證馬氏體體中固溶碳碳量。影響C%過高：：a.AR增多；b.碳量的的提高使固固相線降低低，晶界熔化溫度降降低→淬火火溫度↓→→A中Me%↓→→紅硬性↓；c.韌性低低。4.3高高速鋼鋼W：造成紅紅硬性的主主要元素。。退火時主要要以M6C型碳化物物存在。一部分M6C型碳化物物溶入奧氏氏體強烈阻礙回回火時馬氏氏體中碳原原子析出，，提高回火火穩(wěn)定性，在在600℃℃回火時，，仍為過飽飽和固溶體體，具有高的紅硬性性。回火時在馬馬氏體中彌彌散析出W2C，造成二二次硬化，，具有高的紅紅硬性和耐耐磨性。淬火加熱時時一部分M6C型碳化物物未溶入奧奧氏體強烈阻止奧奧氏體晶粒粒長大。保保證淬火加加熱采用1220~1310℃的的高溫，使使足夠數(shù)量量的碳化物物溶入奧氏氏體，保證高的紅紅硬性，提提高耐磨性性。W↓↓熱導率→鋼導熱性差差。W和Mo相相似，1%Mo可取取代1.5~2.0%W。4.3高高速鋼鋼VV顯著↑紅硬性、↑硬度和耐磨磨性，細化化晶粒，↓過熱敏感性性。以VC存在。4.3高高速鋼鋼在所有的高高速鋼中，，除鈷高速速鋼以外，，退火狀態(tài)下下都含有M6C、M23C6、MC三種種碳化物，，在含W、、Mo較少少的高速鋼鋼中還有M7C3型碳化物。。在淬火狀狀態(tài)下，只只有M6C和MC。?；鼗馉顟B(tài)態(tài)（650℃左右））有M2C、MC析析出。二、高速鋼鋼中的碳化化物1.碳化化物的類型型4.3高高速鋼鋼2.碳化化物不均勻勻性對高速速鋼性能的的影響4.3高高速鋼鋼鎢系高速鋼鋼的始鍛溫溫度一般為為1140℃~1180℃，，終鍛溫度度為900℃左右右；鉬系及及鎢系高速速鋼的始鍛鍛溫度要低低一些，為為了減少氧氧化與脫碳碳，可以降降低至1000℃左左右，終鍛鍛溫度為850℃~870℃℃。終鍛溫溫度太低會會引起鍛件件開裂，而而終鍛溫度度太高（大大于1000℃）會會造成晶粒粒的不正常常長大，出出現(xiàn)萘狀斷斷口。高速鋼的導導熱性能較較差，鍛造造加熱過程程中，一般般應(yīng)在850℃~900℃以以下應(yīng)緩慢慢進行；鍛鍛造或軋制制后為防止止產(chǎn)生過多多的馬氏體體組織，應(yīng)應(yīng)緩慢冷卻卻（常用灰灰坑緩冷）），以防止止產(chǎn)生過高高的應(yīng)力和和開裂。采用合適的的鍛壓比，，一般在7~11之之間，反復復拉拔和鍛鍛粗2~3次；鍛造造時先輕錘錘快打，后后重錘鍛打打，鍛后要要緩慢冷卻卻，進行退退火。高速速鋼退火后后的組織為為索氏體+碳化物，，硬度為HB207~255。4.3高高速鋼鋼三、高速鋼鋼的鑄態(tài)組組織1.高速速鋼的平衡衡結(jié)晶過程程平衡組織為為：Ld′′+K+P2.高速速鋼的實際際鑄態(tài)組織織高速鋼在實實際鑄錠凝凝固時的冷冷卻速度大大于平衡冷冷卻，合金金元素來不不及擴散，，在結(jié)晶和和固態(tài)相變變過程中的的轉(zhuǎn)變不能能完全進行行。若包包晶晶反反應(yīng)應(yīng)不不能能進進行行完完畢畢，，仍仍有有部部分分高高溫溫鐵鐵素素體體δδ相相被被保保留留下下來來，，在在繼繼續(xù)續(xù)冷冷卻卻時時發(fā)發(fā)生生共共析析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變δδ→→γγ＋＋K，，稱稱為為δδ共共析析，，隨隨后后γγ相相再再發(fā)發(fā)生生共共析析反反應(yīng)應(yīng)。。因因為為在在金金相相組組織織中中呈呈黑黑色色，，又又稱稱黑色色組組織織。若γγ相相的的共共析析反反應(yīng)應(yīng)被被抑抑制制，，過過冷冷到到較較低低溫溫度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉镸＋＋AR，在在金金相相組組織織中中呈呈白白色色，，稱稱白色組織織。4.3高高速鋼四、高速速鋼的熱熱處理1.退退火：采用球化化退火，，也可分分為一般般退火和和等溫退退火兩種種。退火溫度度為860℃~880℃，保保溫2~3h。。這樣溶溶入奧氏氏體中的的合金元元素不多多，奧氏氏體的穩(wěn)穩(wěn)定性較較小，冷冷卻時易易轉(zhuǎn)變成成粒狀珠珠光體。。如果加加熱溫度度太高，，奧氏體體內(nèi)溶入入大量的的碳及合合金元素素，其穩(wěn)穩(wěn)定性增增大，反反而對退退火不利利。為了縮短短退火時時間，可可以采用用等溫球球化退火火，即在在860℃~880℃保溫溫，迅速速冷卻至至720℃~750℃℃保溫6h后冷冷至500℃出出爐。4.3高高速鋼鋼2.淬淬火火、回回火4.3高高速鋼鋼：4.3高高速鋼鋼淬火要要求：：A．奧奧氏體體中有有足夠夠的C和Me，，只有有合金金元素素含量量高的的馬氏氏體才才具有有高的的紅硬硬性。。B．有有相當當?shù)奈次慈芴继蓟镂镒柚怪箠W氏氏體晶晶粒長長大。。4.3高高速鋼鋼4.3高高速鋼鋼4.3高高速鋼鋼4.3高高速鋼鋼4.3高高速鋼鋼4.3高高速鋼鋼高速鋼鋼特點點：①淬透性性好，，空冷冷可得得馬氏氏體。。（但但為保保證鋼鋼的紅紅硬性性和避避免在在高溫溫時產(chǎn)產(chǎn)生氧氧化腐腐蝕，，一般般不采采用空空冷。。）②在650~350℃，，有過冷冷奧氏體體穩(wěn)定區(qū)區(qū)。③奧氏體中中合金度度較高，，有碳化化物析出出傾向，，在650℃以以上范圍圍停留或或緩冷至至675℃時，，奧氏體體中會出出現(xiàn)二次次碳化物物。4.3高高速鋼4.3高高速鋼分級淬火火的分級級溫度停停留時間間一般不不宜太長長，否則則二次碳碳化物可可能大量量析出，，對鋼的的性能不不利。4.3高高速鋼等溫淬火火：有貝貝氏體等等溫淬火火（235~315℃℃，2~4h））和馬氏氏體等溫溫淬火（（200℃左右右，5~60min））。采用用較多的的是貝氏氏體等溫溫淬火。。可提高工工具的強強度、韌韌度和切切削性能能。降低低中心鉆鉆及儀表表刀具等等在使用用中發(fā)生生斷頭、、崩刃等等現(xiàn)象。。4.3高高速鋼回火：為為消除淬淬火應(yīng)力力，穩(wěn)定定組織，，減少殘殘余奧氏氏體的數(shù)數(shù)量。560℃℃三次回回火，每每次保溫溫1h，，回火后后需冷至至室溫。。560℃℃回火后后，硬度度反而升升高，有有二次硬硬化現(xiàn)象象：①560℃℃回火析析出彌散散的M2C和VC，起起彌散硬硬化作用用。②二次淬火火：AR在回火后后的冷卻卻過程中中轉(zhuǎn)變?yōu)闉轳R氏體體。4.3高高速鋼4.3高高速鋼正?；鼗鸹鸷蟮慕M組織為回回火馬氏氏體＋碳碳化物以以及少量量AR。4.3高高速鋼4.3高高速鋼4.3高高速鋼模具鋼日本稱““模具是是促進社社會繁榮榮的動力力”；德德國稱““模具是是工業(yè)發(fā)發(fā)展的基基石”。。目前，，靠模具具成型的的零部件件正以每每年30%的速速度遞增增，逐步步取代傳傳統(tǒng)的切切削加工工成型手手段，工工業(yè)產(chǎn)品品零件的的75%由模具具進行粗粗加工成成型，50%由由模具完完成精加加工。我我國模具具鋼的產(chǎn)產(chǎn)量也超超過了日日本。但但是伴隨隨著我國國模具制制造業(yè)技技術(shù)水平平的提高高，對優(yōu)優(yōu)質(zhì)、精精品模具具鋼需求求逐步增增長，國國內(nèi)高性性能模具具鋼種的的生產(chǎn)與與開發(fā)能能力不足足，國產(chǎn)產(chǎn)的合金金模具鋼鋼與瑞典典、德國國、美國國、日本本、法國國等國際際先進水水平相比比，仍存存在一定定的差距距，在品品種、質(zhì)質(zhì)量、尺尺寸規(guī)格格及性能能等方面面，都還還難以滿滿足市場場需求，，導致我我國每年年需要進進口約10萬噸噸的精品品模具鋼鋼，幾乎乎占據(jù)了了國內(nèi)整整個模具具鋼的高高端市場場。4.4冷冷作模具具鋼金屬在冷冷態(tài)下變形形拉延、沖沖壓、冷冷鐓或冷冷擠成形等共同特點工作T不不高，模模具主要要承受高高壓力或沖擊擊力，有有強烈的的摩擦技術(shù)要求主要技術(shù)術(shù)要求為為具有高高硬度和和耐磨性，淬淬火變形形小，有有一定韌韌性4.4冷冷作模具具鋼4.4冷冷作模具具鋼4.4冷冷作模具具鋼4.4冷冷作模具具鋼一、低合合金模具具鋼4.4冷冷作模具具鋼4.4冷冷作模具具鋼二、高鉻鉻和中鉻鉻模具鋼鋼（一）高高碳高鉻鉻模具鋼鋼4.4冷冷作模具具鋼1、主要要特點①鑄態(tài)態(tài)組織為為高碳亞亞共晶組組織，和和高速鋼鋼類似。。退火態(tài)態(tài)含有體體積分數(shù)數(shù)16~20%的(Cr，F(xiàn)e)7C3碳化物。②淬火加加熱時有大大量未溶碳碳化物（Cr7C3），在Cr的碳化物物中，Cr7C3碳化物具有有最高的硬硬度，極大大提高耐磨磨性。③淬透性性好，空冷冷可淬硬。。650~350℃℃有過冷奧奧氏體穩(wěn)定定區(qū)。④經(jīng)二次次硬化處理理有較高的的紅硬性和和耐磨性。。⑤碳化物物不均勻性性比較嚴重重，尤其是是含碳較高高的Cr12鋼更甚甚，通常需需要通過改改煅來降低低碳化物的的級別。4.4冷冷作模模具鋼組織變化特特點一：可通過選擇擇T淬和回火溫度度來控制工工具的變形形。4.4冷冷作模模具鋼4.4冷冷作模模具鋼2、熱處理理二次硬化的的原因主要要是AR→M，和高高速鋼不完完全相同。。4.4冷冷作模模具鋼4.4冷冷作模模具鋼（二）高碳碳中鉻模具具鋼典型鋼號：：Cr4W2MoV和Cr5Mo1V。K以M7C3為主，分布布較均勻，，耐磨性好好和熱處理理變形小，，適于制造既既要求有高高的耐磨性性，又具有有一定韌度度的模具。。Cr5Mo1V（美美A2））是值得推推廣的空冷冷淬硬冷作作模具鋼，，是國際上通通用的鋼種種。φ100mm以下可空空冷淬硬，，適用于形狀復雜、、要求熱處處理變形小小又需要好好的耐磨性性和良好韌韌度的冷作模模具，如下下料模、成成型模、沖沖頭、剪刀刀片等。（三）新型型冷作模具具鋼我國常用7CrMo2V2Si鋼，淬淬透性較好好，熱處理理變形小。。用來制造造冷墩模、、冷沖模及及沖頭、沖沖剪模等。。4.4冷冷作模模具鋼三、基體鋼鋼基體鋼鋼是指指其化化學成成分與與高速速鋼的的淬火火組織織的基基體化化學成成分相相同的的鋼種種。1.特特點既具有高高速鋼的的高強度度，高硬硬度，又又因不含含大量碳碳化物而而使韌性性，疲勞勞強度優(yōu)優(yōu)于高速速鋼。（（介于高高速鋼和和低合金金工具鋼鋼之間））。對基體鋼鋼沒有確確切的定定義，但但一般認認為凡在在高速鋼鋼基體成成分上添添加少量量合金元元素，適適當增減減碳含量量，以改改善鋼的的性能，，適應(yīng)某某些用途途的鋼種種，都稱稱為基體體鋼。4.4冷冷作模具具鋼2.典典型鋼號號6Cr4W3Mo2VNb（（65Nb）是是中國研研制的高高韌度高高耐磨的的冷作模模具鋼。。以高速鋼鋼W6Mo5Cr4V2為為母體，，淬火基基體成份份為(wt%)：0.5%C，4%Cr，，2%W，3%Mo，，1%V。在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上適當當增加含含碳量，，添加少少量Nb，調(diào)整整W，Mo含量量。其抗抗彎強度度和沖擊擊韌性比比高速鋼鋼好。熱處理工工藝：1080~1180℃淬火火，520~580℃℃二次回回火。1080℃淬火火：未溶溶碳化物物5~11%，，奧氏體體晶粒度度11~12級級，韌性性較好。。1180℃淬火火：未溶溶碳化物物2~5%，奧奧氏體晶晶粒度9~11級，強強度較高高。制作冷作作模具為為主，兼兼作熱模模具。4.5熱熱作模具具鋼服役條件件使熱或液液態(tài)金屬屬獲得所所需形狀狀模具是在在反復受受熱和冷冷卻條件件下工作作，模具具受熱時時間間越越長長，，受受熱熱程程度度就就越越嚴嚴重重。。許多多模模具具還還受受到到較較大大沖沖擊擊力力。。工工作作條條件件苛苛刻刻技術(shù)術(shù)要求求模具具鋼鋼應(yīng)應(yīng)具具有有高高抗