《合金元素和热处理工艺对高速钢W9Mo3Cr4V性能的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合金元素和热处理工艺对高速钢W9Mo3Cr4V性能的影响（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 绪论11.1 概述11.2 高速钢发展历程21.3 高速钢研究现状31.3.1高速钢刀具31.3.2高速钢模具41.3.3 高速钢作构件基体41.4 W9Mo3Cr4V钢研究现状51.4.1对W9Mo3Cr4V钢的强韧化研究51.4.2对W9Mo3Cr4V微观组织的研究51.4.3 对W9Mo3Cr4V的深冷处理51.5 研究目的与意义61.6 本文研究容62 高速钢W9Mo3Cr4V化学成分特点分析72.1 W9Mo3Cr4V化学成分72.2 各元素作用72.2.1 碳元素72.2.2 钨元素和钼元素82.2.3 铬元素92.2.4 锰元素与硫元素92.2.5 钒元素93 实验材料
2、及实验方法103.1 试样的制备103.2 试样编号103.3 实验设备103.4 实验设计103.4.1 预备热处理退火工艺的制订103.4.2 最终热处理工艺的制定114 实验过程及实验结果134.1 实验过程134.1.1 退火处理134.1.2 淬火处理134.1.3 回火处理144.1.4 金相腐蚀144.2 实验结果144.2.1 试样硬度144.2.2 热处理显微组织观察154.2.4 X射线衍射分析185 讨论245.1 淬火工艺对W9Mo3Cr4V钢组织与性能的影响245.2 淬火冷却方式对W9Mo3Cr4V性能的影响255.3 回火工艺对W9Mo3Cr4V钢组织与性能的影响
3、255.4 回火次数对W9Mo3Cr4V钢组织与性能的影响276 结论28参考文献29致 31 / 1 绪论1.1 概述 金属切削加工在当代机器制造业中,占有极其重要的地位,而切削刀具又是切削加工的关键之一。多少年来,人们为了提高切削速度,除了改革机床和刀具设计外,刀具材料一直是一个核心问题。从上个世纪的碳素工具钢,到现在的合金工具钢、高速工具钢、铸造合金、碳化物硬质合金、金属瓷、瓷材料、金刚石等,高速钢历经百年的发展,至今仍在刀具材料中占有重要位置,从20世纪60年代起,尽管在高速钢之后又发展了一系列超硬新型刀具材料,如硬质合金材料,但是对于制造形状复杂、磨削困难的刀具,如拉刀、剃齿刀、插齿
4、刀等,高速钢始终处于主导地位,特别是要求刀具具备高韧性时,就非高速钢莫属了。高速钢以其胜任高速切削而著称,其之所以经百年使用而不衰,主要是由于其具有硬质合金等超硬工具材料所不能比拟的强韧性及优良的可加工性,同时,高速钢比超硬材料成本低廉,比碳素工具钢、低合金钢、铬模具钢具有更优良的热硬性及耐磨性能,因此被广泛用于制造高速切削刀具,如钻头、车刀、铣刀等,此外约有15%的高速钢被用于制作冷挤压模具及冷墩压模具。热处理是工模具制造过程中的重要工艺之一,它可以保证和提高工模具的各种性能,如耐磨性、硬度等,还可以改善毛坯的组织和应力状态,以利于进行各种冷热加工。与其他加工工艺相比,它一般不改变工件的形状
5、和整体的化学成分,而是通过改变工件部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能,例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁,提高塑性,齿轮采用正确的热处理工艺,使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高,价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能,而工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。对于零件加工制造所用的工模具,为使其具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成型工艺外,热处理工艺是必不可少的,而通过热处理,就可以使这些工模具获得不同的使用性能。W9Mo3Cr4V钢是以中等含量的钨为主,加入少量钼,适当控制碳和钒含量的方法来
6、达到改善性能、提高质量、节约合金元素的目的的通用型钨钼系高速钢。W9Mo3Cr4V钢以下简称W9的冶金质量、工艺性能兼有W18Cr4V钢简称W18和W6Mo5Cr4V2钢简称M12的优点,并避免或明显减轻了二者的主要缺点。这是一种符合我国资源和生产条件,具有良好综合性能的通用型新钢种。该钢易冶炼,具有良好的热、冷塑性,成材率高,碳化物分布特征优于W18,近似M2,脱碳敏感性低于M2,生产成本较W18和M2都低。由于该钢的热、冷塑性好,因而能满足机械制造厂采用多次镦拔改锻、高频加热塑性成型工艺和冷冲变形工艺的要求。该钢切削性能良好、磨削性能和可焊性优于M2,热处理过热敏感性低于M2。钢的主要力学
7、性能：硬度、红硬性水平相当于或略高于W18和M2；强度、韧性较W18高,与M2相当：制成的机用锯条、大小钻头、拉刀、滚刀、铣刀、丝锥等工具的使用寿命较W18的高,等于或较高于M2的使用寿命,插齿刀的使用寿命与M2的相当。用W9钢制造的滚压滚丝轮对高温合金进行滚丝时收到显著效果。1.2 高速钢发展历程 现代工具钢可追溯至1740年,英国人由坩锅炉熔化得到成分均匀的高碳钢,碳含量为0.751.50%,制成机床切削工具,切削速度不超过5m/min。1868年发展了Mushet自硬钢。属Mn-W系工具钢,使切削低碳钢的速度达到8m/min。典型成分为：C2.0%,W7%,Mn2.5%。随着19世纪工业
8、革命的进展,工业用钢大量生产迫切要求机床和工具必须跟上。因此如何提高Mushet钢的性能使其所制工具切削速度能大幅度提高,已成为当时客观迫切的要求。Mushet钢的锰含量高因而降低Ac1临界点,使其很难软化退火,而且热脆性大,可锻性很差,淬火时易过热。因此19世纪末,在美国出现了低锰含铬的Cr-W系自硬钢。1898年,FredW.Taylor及助手M.White等人通过几百次切削试验,筛选出两种成分的钢,一种是Mushet的Mn-W钢C2.15%,Mn1.58%,W5.44%,另一种是Cr-W钢C1.44%,Cr1.83%,W7.72%,通过试验发现Cr-W钢经接近熔化温度淬火后得到最高的切削
9、性能。1900年巴黎世界博览会上,经Taylor-White工艺处理的Cr-W钢C1.85%,W8%,Cr3.8%工具的切削表演时,切削速度、吃刀深度和进刀量均可成倍提高。使生产能力提高340。引起当时机床与工具业的革命性变革。因此迄今公认高速钢正式诞生于1900年巴黎博览会表演时间。 高速钢发展简史： 18701898 英国Mushet自硬钢C2,W7,Mn2.5,切削中碳钢速度达到8m/min；18981900 美国F.W.Taylor和英国M.White发明接近钢熔点的高温淬火和高温回火,并以Cr-W钢C1.85,W8,Cr3.8取代Mushet的Mn-W自硬钢,从而创立了高速钢。切削中
10、碳钢的切削速度达20m/min。1900年在巴黎国际博览会上表演高速切削成功；1903 出现现代高速钢的原始成分：C0.7、W14、Cr4；1904 美国JohnMathew向高速钢中加入0.3V；1906 试用电炉冶炼高速钢；1910 确立T1W18Cr4V钢成分C0.75、W18、Cr4.0、V1.0,切削中碳钢速度达30m/min；1912 德国Becker向钢中加入35Co,提高了钢的热硬度；1918 3t电弧炉试炼高速钢成功,替代了坩埚炉,得以生产较大尺寸的钢锭和钢材；1923 加入钴量达1215,切削速度达40m/min以上；1932 美国J.V.Emmons发明以Mo代替W的高钼
11、钢M1；1937 美国W.Breelor发明W-Mo系钢M2；1939 美国J.Gill发明高碳高钒钢,称SuperHSS,含钒35,淬回火硬度达HRC6768,耐磨性好,但可磨削性差；1953 出现加硫0.050.2易切削高速钢；19581963 平衡碳原理提出与应用,美国发明M40系列钢,硬度达到HRC70的超硬Extra-hard钢,最早为M41和M42；1965 美国CrucibleSteels公司发明粉末冶金法生产高速钢；1970 瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速钢投产；电渣重熔高速钢开始用于大截面材生产；高速钢用于高载荷冷作模具日益增多；1980 氮化钛涂层的物理气相沉积法PV
12、D成功用于部分高速钢刀具,使用寿命成倍提高,对高速钢的应用和发展具有重要意义；1990 粉末高速钢新钢种热处理硬度达HRC70-72；综合性能优良的低合金高速钢重新受到重视和发展,替代部分通用高速钢,以节约合金资源1。1.3 高速钢研究现状1.3.1高速钢刀具根据世界工具协会统计,以切削刀具为例,我国高速钢刀具占总销售额的70%左右,硬质合金刀具占30%左右,而各类瓷刀具仅占0.5%。高速钢问世至今已有近百年历史,合金化与制造工艺不断有发展,但材料基本成分变化不大,高速钢长盛不衰基于以下4点原因：韧性和加工塑性比硬质合金刀具高一档次。硬质合金多用于车刀刃头形状简单刀具,而高速钢可用于铣刀、拉刀
13、、丝锥、带锯锯条等复杂刀具；高速钢制备工艺日益完善：为提高材料纯净度和均匀性方面采用电渣重熔精炼、微合金化、粉末冶金及表面涂层等新技术的发展；价格低廉；可回收再利用2。钨系高速钢如美国ASTMT1钨的质量分数为18%,日本JISSKH3钨的质量分数为18%,德国DINS18-1-2-5钨的质量分数为18%。钨钼系高速钢如美国ASTMM2w=11%,日本JISSKH53w=11%,德国DINS7-4-2-5w=11%。高速钢热处理后有大量碳化物相析出,制成刀具在600左右红热温度下具有较高硬度60,保持良好的切削性能。因此,高速钢广泛应用于钻头、铣刀、拉刀、滚刀、绞刀、丝锥和锯条3。1.3.2高
14、速钢模具目前家用电器零件约80%用模具加工；机电工业中70%零件用模具加工；塑料制品、瓷制品、橡胶制品、建材、耐火材料大量采用模具成型。一种中型载重汽车改型即需4000多套模具,净重2000多吨。20世纪80年代,日本、德国、美国等发达国家模具工业总产值已超过机床总产值。日本称模具是促进社会繁荣的动力；德国称模具是工业发展的基石。 模具钢普遍含钼、钒等金属元素。特种热作模具钢含较高的钨：国产3Cr2W8Vw为7.5%9.0%,美国ASTMH21w为8.5%10.0%,日本热作模具钢JISSKD5w为9%10%,英国热作模具钢BH26w为17.5%18.5%,法国热作模具钢Z30WCV9w为8.
15、5%9.5%。1.3.3高速钢作构件基体要求高硬度,高耐磨性的冷挤压冲头,冷轧轧辊曾采用高速钢来制造,但往往又由于其韧性差而过早失效。近年来为提高它的韧性而研究发展了基体钢,基体合金化学成分及淬火后基体组织与高速钢近似,但碳的质量分数减少,钢中共晶碳化物量少,碳化物尺寸细小,分布均匀。高级航空用轴承一直采用W18高速钢。近年由于温室效应,地球变热,空调制冷设备飞速发展。因此,空压机叶片用高速钢叶片的需求逐年上升,世界潜在市场达4万t/a。1.4W9Mo3Cr4V钢研究现状1.4.1对W9Mo3Cr4V钢的强韧化研究在对W9Mo3Cr4V强韧化处理方面,本钢一钢厂铁成在W9Mo3Cr4V钢的强韧化处理一文中指出,W9Mo3Cr4V高速工具钢,退火后碳化物分布均匀,硬度低、便于冷加工。淬火过热敏感性低,温度围较宽,应选择淬火温度是l24
