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1、理 论 课 教 案编号：NGQD-0707-09 版本号：A/0 页 码：编制/时间： 审核/时间： 批准/时间：学科金属材料及热处理第七章 合金钢第四节 合金工具钢教学类型授新课授课时数1授课班级级教学目的和要求1、 了解合金元素在钢中的主要作用。2、 掌握各种钢的12个牌号以及所代表的含义及用途。教学重点和难点1、 重点：高速钢牌号、热处理。2、 难点：各种钢的热处理方法。教具准备锉刀、钻头复习提问高速钢热处理有何特点？作业布置 P97 习题8 、9 教学方法主要教学内容和过程附记7-4 合金工具钢工具钢：碳素工具钢、合金工具钢碳素工具钢特点：1、成本较低，2、工艺性能很好，但是3、淬透性
2、差，淬火介质一般用水，因而淬火变形较大，容易变形和开裂，另外，4、热硬性差，当工作温度超过200时，出现软化，硬度和耐磨性急剧下降，失去切削能力。 因此，碳素工具钢只适合制作手动工具，切削软材料的截面尺寸不大的刃具或工具。当尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具以及切削速度较高的刀具，均须采用合金工具钢。合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢理 论 课 教 案 附 页编制/时间：教学方法主要教学内容和过程附记一、合金刃具钢用途：制造车刀、铣刀、钻头等刀具。性能要求：高硬度、耐磨性、高热硬性及足够的强度和韧性。1、低合金刃具钢成分：含碳量：0.85%1.50%加入Cr、Si、Mn：提高淬透性，降低淬火
3、临界速度，以便能用油淬来减小变形和开裂，提高钢的强度。加入W、V：在钢中形成极稳定的碳化物，以提高钢的硬度和耐磨性，并减小热处理加热中的过热敏感性，保持晶粒细小。低合金刃具钢虽比碳素工具钢有较高的淬透性及热硬性，但由于加入合金元素的量不大，故淬透性、热硬性提高不多，工作温度不得超过300。例： 9SiCr CrWMn 教材P92热处理特点：预备热处理：球化退火最终热处理：淬火后低温回火常用牌号：表7-8（教材P92）此外，GCr9 GCr15可作为低合金刃具钢使用。2、高速钢高速钢是具有高淬透性、高热硬性、高耐磨性的高合金工具钢。主要成分、作用A）碳：0.7%1.50% 淬火时获得高硬度的马氏
4、体（0.5%C），其次是保证形成足够量的高硬度的合金碳化物，使钢具有高的硬度和耐磨性；理 论 课 教 案 附 页编制/时间：教学方法主要教学内容和过程附记B） W、Mo：提高钢的热硬性；C） Cr：提高钢的淬透性；D） V：提高钢的硬度和耐磨性、热硬性，并能细化晶粒（阻碍晶粒长大）热处理特点（教材P93）由于高速钢的合金元素含量高，导热性差，淬火温度又很高，只有经过适当的热处理以后才能获得较好的组织和性能。加热方法：一次预热（800850） 二次预热（500600、800850）（高速钢中含有大量W、Mo、V、Cr等难熔碳化物，通常只有加热到1200以上才能大量溶入奥氏体中，因此加热温度较高（
5、1280）；高速钢导热性差，为减少变形与开裂，因此要预热）淬火冷却：油淬（虽然淬透性高，但冷却太慢时会自奥氏体中析出碳化物，降低钢的热硬性）正常淬火组织：马氏体残余奥氏体剩余合金碳化物（说明：此时钢的硬度尚不够高。）回火：550570多次回火（二次或三次）（此时由马氏体析出极细碳化物，并使残余奥氏体转变为回火马氏体，进一步提高钢的硬度和耐磨性，使钢的硬度达到较高值）高速钢淬火、回火后的组织：1）含有较多合金元素的回火马氏体；2）均匀分布的细颗粒状合金碳化物；3）残余奥氏体。理 论 课 教 案 附 页编制/时间：教学方法主要教学内容和过程附记高速钢具有高热硬性、高耐磨性和足够的强度，常用于制造切
6、削速度较高的刀具和形状复杂、载荷较大的成形刀具。还可用于冷挤压模、耐磨零件。高速钢热硬性可达600，切削时能长期保持刃口锋利，又称锋钢、白钢。为了提高使用寿命，可在热处理后进行一次“蒸汽处理”。即将刀具加热到340370，然后通入蒸汽，再将温度提高到550，保温半小时，使表面形成一层硬而多孔的氧化膜，减轻粘合现象。常用高速钢：表7-9（教材P94）二、合金模具钢模具钢主要用来制造各种金属成形用的模具。1、冷作模具钢（200300）性能要求：冷态金属在模具型腔内变形的过程中，硬度显著提高，工作中模具要承受很大的压力、弯曲力、摩擦等，要求模具钢具有高硬度及耐磨性；同时，为了保证模具在冲击载荷下不脆
7、断，要求具有足够的韧性；此外，为了某些形状复杂、大型、不便切削或磨削加工的模具不会因淬火变形超差而报废，要求钢具有较高的淬透性；热处理时变形小。同时，模具不断地循环工作，要求钢具有一定的抗疲劳性。小型模具：碳素工具钢、低合金刃具钢（无专门的钢种）大型模具：高碳高铬。（无专门的钢种）例：T12 9SiCr CrWMn （小模具） Cr12 C12MoV （大模具）理 论 课 教 案 附 页编制/时间：教学方法主要教学内容和过程附记2、热作模具钢热锻模、压铸模、热挤压模等模具在工作过程中受到比较大的冲击负载，模腔表面要与炽热金属接触并发生摩擦，局部温度可达500以上，并且还要不断反复受热与冷却，因
8、此要求模具钢在高温下具有高的热强性、热硬性、高温耐磨性、高的抗氧化性、高的抗热疲劳性和导热性。此外，热作模具一般体积较大，为使其整体性能均匀一致，热作模具还具有足够的淬透性。成分：含碳量：0.3%0.6%（太高，韧性下降；太低，不能保证强度和硬度）加入Cr、Ni 、Si、Mn：为了提高钢的淬透性，强化钢的基体。加入Mo、W、V：为了细化晶粒，提高钢的回火稳定性、耐磨性。常用钢：5CrMnMo 5CrNiMo 3Cr2W8V热处理：淬火后中温回火（高温回火）（保证有足够的韧性）三、合金量具钢（无专门钢种）量具是测量工件尺寸的工具。工作部分要求：高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性、足够的韧性量具钢：渗碳钢、中碳钢、碳素工具钢、合金工具钢、滚动轴承钢（表7-10）理 论 课 教 案 附 页编制/时间：教学方法主要教学内容和过程附记热处理特点：淬火后长时间低温回火（150170） （稳定尺寸） 一般量具精密量具：淬火后立即深冷处理（-80，0.53小时）然后低温回火（精磨后或研磨前）再进行一次（120150，保温2436小时）的时效处理（时效可提高尺寸稳定性）1
