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1、哈尔滨工程大学船舶工程学院 Harbin Engineering University Shipbuilding Engineering College 苗玉刚 2015年12月 船舶工程学院 金属学与造船材料(9) 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 用于制造刃具、模具、量具的钢钢，称为为工具钢钢。 一、 工具钢钢的分类类及表示方法 1、 分类类 合金工具钢合金工具钢 刃具钢钢 水淬钢钢 按用途分 模具钢钢 淬火介质质 油淬钢钢 量具钢钢 空硬钢钢 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 铣刀 英制模板刀 1. 用途 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、 铣
2、刀、钻头等。 (一) 合金刃具钢 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 2. 性能要求 切削时刃部与切屑之间强烈摩擦发热，刃部温度可 达500 600 ；承受冲击和震动。 (1) 高硬度 一般在60 HRC以上。 (2) 高耐磨性 与钢的硬度、钢中硬质点的性质、 数量、大小和分布有关。 (3) 高热硬性（红硬性）钢在高温下保持高硬度的 能力。 (4) 足够的塑性和韧性 防止刃具受冲击震动时折 断和崩刃。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 3. 成分特点 (1) 低合金刃具钢 最高工作温度不超过300 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素 Cr、Mn、Si提
3、高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火 稳定性； W、V提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持 细小的晶粒。 高碳 碳质量分数为0.9 %1.1 %，以保证高硬度和高耐 磨性。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (2) 高速钢 高合金刃具钢，有很高的热硬性。 高速切削时刃部温度达600 ，硬度无明显下降。 加入Cr、W、Mo、V等合金元素 Cr 提高淬透性。 W、Mo 保证高的热硬性。退火状态W、Mo以M6C型碳 化物存在，淬火后溶于马氏体中，在560 回火时，形 成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。使钢具有很高 的热硬性。 V 提高耐磨性，细化晶粒。 高碳 w(C)在
4、0.70 %以上，最高达1.5%左右，与W、Cr、V 形成足够的碳化物；部分碳溶于奥氏体，保证马氏体的高硬度。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 4. 钢种及牌号 (1) 低合金刃具钢 典型钢种为9SiCr。 w(C)0.9%、w(Si)1.4%、w(Cr)1% 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： 回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体(Ar)。 应用： 制造低速切削刃具，如丝锥、板牙。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (2) 高速钢 W18Cr4V w(C)0.75%、w(W)18%、 w(Cr)4%、 w(V)1.2%
5、、 W6Mo5Cr4V2 w(C)0.85%、w(W)6%、 w(Cr)4%、 w(V)2%、 W18Cr4V钢的热硬性较好, 热处理时的脱碳和过热倾向 较小。 W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧性较好。 高速钢铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶 碳化物（M6C），需要多次镦拔，得到小块均匀的碳化物 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 高速钢的热处理高速钢的热处理W18Cr4VW18Cr4V 退火： 等温退火。加热：860880，保温34h，随炉 缓冷至500550出炉空冷。 退火组织：S+细粒状合金碳化物，硬度为207225HBS。 工艺流程为： 下料锻造退火
6、切削加工淬火后三次高 温回火喷丸磨削成品。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 淬火：合金元素总含量高，导热性很差，采用分级预热。常用的是 在盐浴炉中加热以防氧化和脱碳。 淬火加热温度：12701280，目的：使合金元素尽可能多地溶入A ，从而在淬火后可获得合金元素含量高的合金马氏体，提高 其红硬性和回火稳定性。 尺寸小，形状简单工件油淬；形状复杂、变形量小工件分级淬火或 等温淬火 组织：M淬 + 细粒状合金碳化物 + 较多Ar，硬度为6364HRC。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 回火：淬火后必须立即回火，以消除淬火内应力、稳定组织、减少Ar量 。常
7、用550570回火三次，每次保温1h。使碳化物（W2C、VC 等）呈细小弥散状从马氏体中析出，形成第二相弥散强化（即 二次硬化）。 回火组织：M回 + 细粒状合金碳化物 + 少量Ar（12），硬度63 66HRC 高速钢硬度与回 火温度的关系 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 高速钢回火后的组织： 回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体。 高速钢淬火、回火后的组织 应用：制造高速切削刃具（车刀、铣刀、 钻头），也用来制造冷作模具。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (二) 合金模具钢 1. 冷作模具钢 (1) 用途 制造冷冲模 、冷镦模、冷挤 压模和拉丝
8、模等 ，工作温度不超 过200 300 。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (2) 性能要求 冷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、 冲击载荷和摩擦。主要失效形式是磨损，常出 现崩刃、断裂和变形等失效现象。 高硬度，一般为58 HRC62 HRC; 高耐磨性; 足够的韧性和疲劳抗力; 热处理变形小。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (3) 成分特点 高碳 碳质量分数多在1.0%以上，个别钢种达到 2.0%，以保证高的硬度和高耐磨性。 加入Cr、Mo、W、V等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性。 典型钢种是Cr12型钢，铬的含量高达12%。 铬与碳形成
9、M7C3型碳化物，能极大提高钢的 耐磨性，铬还显著提高钢的淬透性。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (4) 钢种和牌号 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 要求不高的冷作模具用低合金刃具钢制造 。 热处理与刃具钢相同。 Cr12 大型冷模具用钢，热处理变形很 小，制造重载和形状复杂的模具。 冷挤压模工作时受力很大，条件苛刻，选 用基体钢（成分与高速钢基体相同）或马氏体 时效钢制造。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 Cr12钢热处理 一次硬化法 950 1000 淬火，150 180 回火 ，硬度达61HRC64HRC，钢有较好的耐磨性和韧 性，用于重
10、载模具。 二次硬化法 1100 1150 淬火，510 520 三 次回火，二次硬化，硬度达60 HRC62 HRC，红 硬性和耐磨性都较高，但韧性较差。用在400 450 温度下工作的模具。 组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 冷作模具制作工艺(Cr12、Cr12MoV) ： 下料 锻造 退火 机械加工 淬火 回火 精磨或电火花加工 成品 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 2. 热作模具钢 (1) 用途 制造热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等 ，工作时型腔表面温度可达600 以上。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工
11、程大学船舶工程学院 (2) 工作条件和性能要求 承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、热应 变和热应力，高温氧化，出现崩裂、磨损、龟 裂等失效形式。 高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能； 高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲 击较大的热锻模钢； 高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏； 有高的淬透性和导热性。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (3) 成分特点 中碳 碳质量分数一般为0.3%0.6% ，保证高强度、高韧性、较高的硬度（35 HRC52 HRC）和较高的热疲劳抗力。 Cr、Ni、Mn、Si等 Cr主要提高淬透 性，和Ni一起提高回火稳定性。Ni强化铁素体 ，增加钢的韧性
12、，与Cr、Mo一起提高钢的淬透 性和耐热疲劳性能。 Mo、W、V等元素 产生二次硬化。Mo还能防止第二类回火脆 性，提高高温强度和回火稳定性。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (4)钢种和热处理 5CrMnMo w(C)0.5%、 w(Cr)0.7%、 w(Mn)1.4%、w(Mo)0.25%、 5CrNiMo w(C)0.5%、 w(Cr)0.7%、 w(Ni)1.6%、w(Mo)0.25%、 制造对韧性要求高而热硬性要求不太高的 热锻模。 热锻模钢热处理：和调质钢相似，830 850淬火后高温（490650左右）回 火。 组织：回火屈氏体或回火索氏体。 哈尔滨工程大学
13、船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 4Cr5MoSiV、5Cr4W5Mo2V 制造热强性更好的大型锻压模或压铸模。 热压模钢热处理： 10001100淬火 600左右回火。为保证热硬性，要进行多次 回火。 组织：与高速钢类似。 回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 (三) 量具用钢 1. 用途 量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、 千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等。 螺纹规 游标卡尺 千分尺 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 2. 性能要求 量具在使用过程中要求测量精度高，不能因 磨损或尺寸不稳定影响测量精度。
14、(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸稳定性 热处理变形要小，在存 放和使用过程中，尺寸不发生变化。 3. 成分特点 量具用钢的成分与低合金刃具钢相同。 高碳（0.9%1.5%） 。 加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 4. 量具用钢 T10A、T12A、9SiCr 制造尺寸小、形 状简单的量具。 CrWMn 淬透性较高，淬火变形小， 制造高精度且形状复杂的量规和块规。 GCr15 耐磨性、尺寸稳定性较好， 制造高精度块规、螺旋塞头、千分尺。 9Cr18、4Cr13 在腐蚀介质中使用的 量具。 哈尔滨工程大学船舶
15、工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 5. 热处理特点 减少变形和提高尺寸稳定性。在淬火和低 温回火时要采取措施提高组织的稳定性。 (1) 降低淬火温度，减少残余奥氏体。 (2) 淬火后立即进行-70 -80 的冷 处理，使残余奥氏体尽可能地转变为马氏体， 然后进行低温回火。 (3) 在淬火、冷处理和低温回火后，进行 120 130 、几小时至几十小时的时效处 理，使马氏体正方度降低、残余奥氏体稳定和 消除残余应力。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 举例：高精度块规，作为校正其它量具的长 度标准，要求有极好的尺寸稳定性。 GCr15钢块规热处理工艺曲线 经过处理的块规，一年内每10 mm长度的 尺寸变量不超过0.1m0.2m。 材料： GCr15(或 CrWMn)钢 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 第七章 特殊性能钢钢 特殊性能钢钢是指具有特殊性能和特殊用途的钢钢种 包括：不锈钢锈钢 (耐蚀钢蚀钢 )、耐热钢热钢 、耐磨钢钢、低温钢钢、超高强 度钢钢、磁钢钢等。 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学船舶工程学院 一、不锈锈耐蚀钢蚀钢 p船舶与海洋工程结结构运行和工作在海洋环环境中不可避免地受到 大气和海水的腐
