木工刀具网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

互动
互动
技术
技术
相关
相关
展示
展示
查看: 196|回复: 0

[刀具材料] 即将被遗忘的功勋刀具材料-工具钢

[复制链接]
  • TA的每日心情
    奋斗
    2018-10-20 07:49
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-7-31 07:57:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
    0

    马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区

    您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

    x
                                                                                                       

    自18世纪后期,专门用于加工瓦特蒸汽机汽缸孔和端面的工具钢问世,直到硬质合金乃至超硬材料被广泛用于机械加工行业的21世纪。以工具钢作为刀具切削材料的刀具仍旧活跃在机械制造的舞台中,虽然有一部分新型的工具钢材料被应用于刀具生产中,但是其地位仍逐渐降低,慢慢地被崇尚高速切削的时代淘汰。

    小编整理了一篇关于工具钢的文章,分享给大家,以此来唤醒大家对工具钢的记忆。


    01


    碳素工具钢

    碳素工具钢是指含碳量为0.65%~1.35%的优质高碳钢,其牌号、化学成分及热处理规范如下表所示。碳素工具钢常用的牌号有T8A、T10A及T12A,用的最多的是T12A。

    (一)碳素工具钢的化学成分(GB1298-2008)
    钢组
    钢号
    化学成分 w/%
    C
    Mn
    Si
    S
    P



    优质
    T7
    0.65~0.74
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T8
    0.75~0.84
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T8Mn
    0.80~0.90
    0.40~0.60
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T9
    0.85~0.94
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T10
    0.95~1.04
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T12
    1.15~1.24
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035
    T13
    1.25~1.35
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.030
    ≤0.035



    高级优质
    T7A
    0.65~0.74
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T8A
    0.75~0.84
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T8MnA
    0.80~0.90
    0.40~0.60
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T9A
    0.85~0.94
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T10A
    0.95~1.04
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T12A
    1.15~1.24
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    T13A
    1.25~1.35
    ≤0.40
    ≤0.35
    ≤0.020
    ≤0.030
    备注:
    • 高级优质钢(带“A”的钢号)磷、硫含量(质量分数):P≤0.030%;S≤0.030%。
    • 钢中残余元素含量(质量分数):Cr≤0.25%,Ni≤0.20%,Cu≤0.30%。
    • 用作铅浴钢丝的残余元素含量(质量分数):Cr≤0.10%,Ni≤0.12%,Cu≤0.20%,Cr+Ni+Cu≤0.40%。
    • 要求检验钢的淬透性时,允许添加少量合金元素


    (二)碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度
    钢号
    交货状态
    试样淬火
    硬度HBS
    压痕直径/mm
    淬火温度/℃
    冷却介质
    硬度>HRC
    T7
    ≤187
    ≥4.4
    800-820
    62
    T8
    ≤187
    ≥4.4
    780-800
    62
    T8Mn
    ≤187
    ≥4.4
    780-800
    62
    T9
    ≤192
    ≥4.35
    760-780
    62
    T10
    ≤192
    ≥4.3
    760-780
    62
    T11
    ≤207
    ≥4.2
    760-780
    62
    T12
    ≤207
    ≥4.2
    760-780
    62
    T13
    ≤217
    ≥4.1
    760-780
    62

    (三)碳素工具钢的性能特点和用途
    钢号
    性能特点和使用范围
    用途举例
    T7
    T7A
    具有较好的韧性和硬度,但切削性能较差,强度较低
    适于制作要求适当硬度、能承受冲击载荷并具有较好韧性的各种工具
    小尺寸风动工具、瓦工馒子、木工用锯、凿于、钳工工具、冲头、锤子、铁皮剪等
    形状简单、承受载荷轻的小型冷作模具、压模、铆钉模及热固性塑料压缩模等
    T8
    T8A
    淬火加热时容易过热,变形也大,塑性与强度较低,热处理后有较高硬度和耐磨性
    适于制作要求较高硬度、耐磨、承受冲击载荷不大的各种工具
    加工木材的铣刀、埋头钻、平头锪钻、斧子、凿子、手锯条、冲头、台钳牙、挫刀、车刀等
    冷镦模、拉伸模、压印模、纸品下料模、热固性塑料压缩模等
    T8Mn
    T8MnA
    性能与T8、T8A相近,但提高了淬透性,工件可获得较深的淬硬层
    适于制作截面较大的工具
    可制作T8、T8A的各种工具,还可制作横纹挫刀、手锯条、采煤和岩石凿子等
    T9
    T9A
    具有较高的硬度和耐磨性,性与T8、T8A相近
    适于制作要求较高硬度且有一定韧性的各种工具
    木工工具、锯条、挫刀、丝锥、板牙、农机切割刀片等
    冷冲模、冲孔冲头等
    T10
    T10A
    在淬火加热(700-800℃)时,仍能保持细晶粒组织,不致过热。淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,增加钢的耐磨性
    适于制作要求较高耐磨性、刃口锋利且稍有韧性的工具
    加工木材工具、手用横锯及细木工锯、机用细木工具、麻花钻、车刀、刨刀、铣刀、铰刀、板牙、丝锥、刮刀、挫刀刻纹工具等
    冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、低品下料模、塑料成型模具等
    T11
    T11A
    与T10、T12相比,具有较好的综合力学性能,如硬度、耐磨性及韧性等。对晶粒长大及形成碳化物钢的敏感性较小
    适于制作要求切削时刃口不易变热的工具
    丝锥、挫刀、扩孔铰刀、板牙、刮刀、量规、木工工具等
    冷镦模、尺寸不大的冷冲模、软材料用切边模等
    T12
    T12A
    钢的碳含量高,淬火后有较多的过剩碳化物,因硬度和耐磨性均高,而韧性低
    适于制作不受冲击载荷、切削速度不高、切削刃口不变热的工具
    车刀、铣刀、刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、量规、切烟草刀、挫刀等
    冷镦模、拉丝模、小截面的冷冲模与切边模、塑料成型模具等
    T13
    T13A
    碳素工具钢中碳含量最高的钢种,硬度很高,碳化物增加且分布不均匀,力学性能差
    适用制作不承受冲击载荷的硬金属切削工具
    刮刀、挫刀、剃刀、切削工具、拉丝工具、刻纹工具及硬石加工工具等

    碳素工具钢的特点如下:

    • 优点

    碳素工具钢经过适当的热处理后,能达到HRC60~65的硬度和较好的耐磨性;由于退火状态下的硬度很低,故可加工性很好;刀刃能够磨得很锋利;价格很低廉。

    • 缺点

    • 耐热性很差
      刀刃受热至200~250°C时,其硬度和耐磨性就迅速下降。因此,碳素工具钢只适宜于手动工具(锉刀、刮刀、丝锥、板牙、铰刀等)、切削易加工材料的工具(如木工工具)以及在低速状态下工作的刀具。用碳素工具钢制造的刀具加工碳素工具钢时,切削速度一般低于8m/min。
    • 可淬性很差
      淬火时需采用强的冷却剂(如水或盐水)急速冷却。但这样做会引起刀具变形,出现裂纹,甚至断裂,故这种钢不宜于做成形状复杂的刀具。
    • 淬透性差
      当工具的直径或厚度大于15mm时往往会由于淬硬层太薄而不能使用。

    碳素钢贵过热十分敏锐,导致晶粒长大,因而增加了刀刃的脆性和易崩刃。

    由于碳素工具钢具有这些缺点,因而常常为合金工具钢所代替。


    02


    合金工具钢

    合金工具钢是指为了改善工具钢的性能而特意加入一些合金元素的钢。常用的合金元素有钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、铝(Al)等。合金工具钢中合金元素的含量总和一般不超过3%~5%,含碳量在0.75%~1.5%之间。

    钢中加入合金元素以后,可显著提高工具钢各方面的性能。

    合金元素(特别是强碳化物形成元素)可与碳形成合金碳化物,特别是Ti、V、W、Mo等。所形成的碳化物具有高熔点和高硬度性质,它们以细小颗粒均匀分布在马氏体基体上,对提高钢的硬度和耐磨性非常有利。

    合金元素(除Mn外)几乎都能细化晶粒,使合金钢具有较高的力学性能,特别是能显著地提高钢的低温韧性,同时减少淬火时的变形和开裂。

    所有溶于奥氏体的合金元素(除钴外)都能提高钢的淬透性,如Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti等。它们溶于奥氏体内,可提高奥氏体的稳定性,保证了在较缓慢冷却时奥氏体也不中途分解而直接转变为马氏体。

    合金元素能提高钢的回火稳定性并产生二次硬化,影响比较显著的有V、W、Ti、Cr、Mo、Si等。因此,要达到同一回火硬度时,合金钢的回火温度可以比碳钢高,回火时间可以比碳钢长,回火后的内应力可以比碳钢小,这就有利于提高回火钢的韧性。合金元素不仅使合金工具钢笔碳素工具钢具有较高的综合力学性能,而且在较高温度下能保持较高的强度和硬度。

    由于合金工具钢有较高的耐热性(300~400°C),因此能允许以比碳素工具钢高的切削速度工作。

    由于合金工具钢的淬透性较好,热处理变形较小,耐磨性较好,因此可用于截面积较大、要求热处理变形较小、对耐磨性及韧性有一定要求的低速刀具。

    常用合金工具钢的性能及用途如下表所示:


    bfb4cf998107e8128ef95f90f15a7226.jpg

    cd433a0965545870c80eef97571ed227.jpg
    • 9SiCr钢

    9SiCr钢中含有铬(Cr)及硅(Si)。铬能大大提高钢的淬透性,使直径40~60mm以下的工具在油中冷却均可淬透,同时能采用分级或等温淬火以减少工具的变形。铬能显著地细化碳化物的晶粒,并使之均匀分布,可减少热处理时的变形,改善钢的性能,刀具工作时也不易崩刃。硅能强化α-Fe,以提高强度及硬度。硅也能提高回火稳定性,在250~300°C回火时,硬度仍能保持在60HRC以上。

    9SiCr钢在工厂中得到了广泛的使用,特别是用于制造各种薄刃刀具,如板牙、丝锥、铰刀等。

    9SiCr钢中由于含有1.2%~1.6%的硅,因而增加了钢的脱碳敏感度,热加工时需多加注意。9SiCr钢退火状态下的硬度较高,故可加工性较差。

    9SiCr钢合适的淬火温度为860~870°C。当加热到880°C以上时,一方面奥氏体晶粒会显著长大,淬火后马氏体针粗大,使钢的强度、韧性、塑性变坏;另一方面又增加残余奥氏体,不但降低了钢的强度、硬度及耐磨性,而且由于奥氏体的逐渐转变,工具在使用过程中其尺寸将会发生变化,这对精密刀具来说是不允许的。当加热温度过低(<850°C)时,由于合金碳化物不能充分熔入奥氏体,合金元素未能充分发挥其作用,因而会降低钢的淬透性及各项力学性能。

    加热后在170~180°C左右的硝盐中进行等温淬火,这比油淬可得到更好的韧性及满意的硬度(60HRC以上),并可减小变形。

    9SiCr钢在淬火后应做低温回火(180~200°C),以消除内应力,提高力学性能,减少工具变形。

    • CrWMn钢

    CrWMn钢中由于同时含有铬及锰,因而具有更好的淬透性,体积改变也比较小;淬火时,刀具的尺寸可以稳定地保持不变,故CrWMn钢适于制造拉刀、长柄钻头、长柄丝锥等刀具。

    CrWMn钢中因含有钨,因而形成更多量的合金碳化物,具有更高的硬度和耐磨性。钨还有助于细化晶粒,可改善钢的韧性。

    但是,CrWMn钢在锻轧后的冷却过程中形成网状碳化物的可能性很大,易降低刀具韧性,导致刀具崩刃,因此热处理工艺要严格控制。

    • CrW5钢

    含钨4.5%~5.5%的CrW5钢,由于含钨量较高,大大提高了钢的硬度和耐磨性,因而适于制造低速切削硬度高的金属的刀具。

    • Cr6WV钢

    含钨1.10%~1.50%的Cr6WV钢,其变形小、淬透性好、冲击韧性高、耐磨,是一个具有良好综合性能的钢种,适于制造螺纹滚丝模。

    • GCr9、GCr15滚珠轴承钢

    近年来还用滚珠轴承钢GCr9、GCr15制造刀具。如用GCr9钢做的M8x1.25丝锥,其耐用度较T12A碳素工具钢做的丝锥高约1倍以上。由于GCr9钢的退火硬度不高(179~207HB),故螺纹可采用冷滚压成形。GCr9及GCr15可用于制造各种手用铰刀、圆板牙和手用丝锥。由于这种钢比较容易获得,质量也有严格保证,故常用以代替合金工具钢Cr2、9SiCr。


    03

    高速钢

    高速钢是以钨、铬、钼、钒、钴为主要合金元素的合金工具钢,俗称锋钢、白钢。

    这种钢经热处理后,一些合金元素可以形成硬度较高的碳化物,如WC、FeC、CrC等。因此,高速钢与碳素工具钢和合金工具钢相比具有较高的耐热性。它的常温硬度为63~69HRC,当切削温度为500~650°C时,仍能保持其切削性能。高速钢具有很高的强度,抗弯强度为一般硬质合金的2~3倍,韧性也高,比硬质合金高几十倍。高速钢的工艺性能也很好,制造简单,热处理变形小,能磨出锋利的刃口。

    【由于本篇篇幅过长,关于高速钢详细介绍部分会在下一期的文章中展示】
                   
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则

    木工刀具论坛·免责声明

    本站提供网上自由讨论使用,所有个人言论并不代表本站立场,与本站立场无关,本站不会对其內容负任何责任。
    木工刀具网是非营利性交流网站,旨在进行个人学习和交流。本站内容均经过严格审查筛选,网站部分文章和资料均从网上搜集整理,由热心网友自由上传,版权归原作者所有,只做为交流学习之用,不得用于商业用途,法律后果自负。如您发现违反国家法律法规的相关內容,请立即联系我们,我们立刻从网站上删除,并致以最深的歉意。 Email:yygyfnn@163.com 微信:157561175点击这里给我发消息 点击这里给我发消息点击这

里给我发消息

    网站首页| 关于我们| 广告招商| 帮助中心 手机版|Archiver|家具木工机械刀具 ( 湘ICP备17003003号  map

    GMT+8, 2019-11-12 22:11 , Processed in 0.234389 second(s), 38 queries . 公网安备 33011802001189号

    Powered by Discuz! Templates yeei! © 2001-2017 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表