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[刀具材料] 工业刀具用钢——合金工具钢

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    2018-10-20 07:49
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-7-31 07:56:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    合金工具钢
    w 工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢,但实际应用界限并非绝对。
        合金刃具钢         重点内容
    w 用途
    w       主要用于制造各种金属切削刀具,如车刀、铣刀、钻头等。
    铣刀

    7576862b422858c78ff1a645d07c0a06.jpg


    工作条件及性能要求
          刃具在切削过程中,刀刃与工件表面金属相互作用使切肖产生变形与断裂并从整体上剥离下来。刀刃本身受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、震动负荷及工件和切削的强烈摩擦。摩擦产生大量的切削热,温度有时高达600℃左右。因此要有很高的硬度、耐磨性、红硬性及足够的塑性和韧性。


    w 性能要求   
    w     对刃具钢提出如下基本性能要求:
       (1) 高硬度  
    w     金属切削刀具的硬度一般都在60 HRC以上。
       (2) 高耐磨性  
    w     不仅取决于钢的硬度,而且与钢中硬化物的性质、数量、大小和分布有关。
    w    (3) 高热硬性  
    w    热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性)。热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。
       (4) 足够的塑性和韧性  
    w     以防刃具受冲击震动时折断和崩刃。   

         1、低合金刃具钢     最高工作温度不超过300 ℃
    w 成分特点
        ① 高碳
    w     碳质量分数为0.9 %~1.1 %,以保证高硬度和高耐磨性。
        ② 加入CrMnSiWV等合金元素   Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性,Si还能提高钢的回火稳定性;
    w    W、V能提高硬度和耐磨性,并防止加热时过热,保持细小的晶粒。


    w    典型钢种为9SiCr。
    w     加工过程: 球化退火、机加工,然后淬火和低温回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。
    选材及热处理的一般规律
    ㈠  250℃以下工作的工具(低速钢)
    如:手工工具、低速刃具、冷作模具、冷轧辊、量具等
    1)、选用:如 9SiCr, 9Cr2,  9Mn2V,  CrWMn, GCr15 ……
      要求低的还可用碳素工具钢:T8,  T10,  T12等。
      V提高耐磨性。Mn、Cr可互换,提高淬透性。
    2)、热处理:
          预先热处理:球化退火
          最终热处理:淬火 + 低温回火
          组织:M + Ar+ 碳化物    >60HRC
      白亮的碳化物分布在暗色的回火马氏体和残余奥氏体基体上
    w 9SiCr钢制丝锥
      淬火加热温度为840℃(低合金工具钢一般Ac1 + 70 ℃ <Acm ),
      回火温度为 200 ℃。
    w 2、高速钢(俗称锋钢,不标含碳量)   
    w    W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢。
    w W18Cr4V钢的热硬性较好, 热处理时的脱碳和过热倾向较小。
    w 而W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧性较好。是用于高速切削的高合金工具钢。其红硬性较高,工作温度达500-600℃时硬度仍可保持在60HRC以上。故由此得名。

    1.成分特点

    含碳量   0.7-1.65%。保证具有高硬度,同时与碳化物形成元素生成碳化物,增加耐磨性。
    合金化系列    含有大量的碳化物形成元素
    W提高耐热性   6.0-19.0%
    Cr提高淬透性   4.0%
    V提高耐磨性   1.0%(形成稳定的VC,显著提高耐磨性,同时还可细化晶粒)
    典型牌号  W18Cr4V(耐磨性较好)


    w 高速钢热处理特点:
    w     淬火温度高(一般为1220 ℃~1280 ℃),550 ℃~570 ℃回火三次。
    w     高速钢回火后的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体

    W18Cr4V为例
    含碳   0.7-0.8%    相当于碳钢的共析成分
          由于大量的合金元素使E点左移,发生共晶反应,故为莱氏体钢。(碳钢中无莱氏体钢,否则变成铸铁)硬度高,难于锻造。
    莱氏体         合金碳化物+A
    变态莱氏体     合金碳化物+P
    使用性能好,工艺性能差。


    热加工与热处理特点
    下料 640?wx_fmt=png.jpg 锻造 640?wx_fmt=png.jpg 球化退火 640?wx_fmt=png.jpg 机加工 640?wx_fmt=png.jpg 淬火+回火 640?wx_fmt=png.jpg 喷砂   640?wx_fmt=png.jpg 磨削加工 640?wx_fmt=png.jpg 成品
    锻造     击碎莱氏体中合金碳化物(大块呈鱼骨状、脆性很大),使成为弥散体,反复墩拔三到五次。锻造后要缓慢冷却以免开裂。
    由于它的液相线与固相线距离很近,不宜加温很高。
    球化退火   降低硬度、以利切削加工,使碳化物形成均匀分布颗粒状,为最终热处理作好组织准备。S(基体)+未溶粒状碳化物。     

    淬火加回火
    中温盐炉中预热(820-840℃ ),高温盐炉中加热(1260-1280℃ ),硝盐浴580-620℃分级淬火。
    油冷组织   M+颗粒碳化物+残余A(20-30%)
    550-570℃回火,此温度内回火硬度最高。原因:
    M 640?wx_fmt=png.jpg 碳化物+回火M
    弥散沉淀析出(W2C,VC)——弥散硬化
    20-30%残余A      回火M+碳化物  ——  二次硬化
    最终组织为      回火M+颗粒碳化物+残余A
    为什么要进行三次高温回火?
    经三次回火使残余A减至最低,同时还可消除前一次回火由于转变而产生的内应力。
    高速钢淬火、回火后的组织

    cb71596c029e5cd0afd6cb12c84c63d3.jpg


    性能:高硬度,高耐磨性,适当韧性,满足丝锥的使用要求。
          凡是要求高硬度,高耐磨性,适当韧性的工件都应选用上述钢种并进行类似的热处理。
    高温加热淬火  W6Mo5Cr4V2:  1220 ,
                     W18Cr4V : 1280
        使大量合金元素在加热时溶入奥氏体,淬火后形成高合金度的马氏体,为二次硬化作准备。

        淬火组织:高合金度M +大量Ar+未溶碳化物

    560 多次回火,硬度再次升高,产生二次硬化。原因:
          ①300 ℃后从M内析出大量的稳定的合金碳化物,弥散分布,因弥散强化使硬度升高,至560 ℃时硬度达到峰值。
          ②回火冷却时,发生残余奥氏体向马氏体的转变,即二次淬火,冷却后硬度进一步升高。
         多次回火可使Ar继续减少,硬度提高2 ~ 4个HRC单位,获得红硬性。
         最终组织:M回+少量Ar+ 碳化物

    碳素工具钢热硬性差,随使用温度提高迅速软化。W18Cr4V在600 ℃还保持650HV(56HRC)的高硬度。9SiCr要保持同样的硬度,工作温度不能超过350℃。

                   
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