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1、第一节第一节 工具钢工具钢主要用于制造各种加工和测量工具的钢主要用于制造各种加工和测量工具的钢, , 称工具钢。按其用途分为刃具、量具和模具用称工具钢。按其用途分为刃具、量具和模具用钢，按成分不同也可分为碳素工具钢、低合金钢，按成分不同也可分为碳素工具钢、低合金工具钢及高合金工具钢。工具钢及高合金工具钢。化学成分化学成分较高的含碳量（较高的含碳量（0.7-1.3%0.7-1.3%）；）；常加入合金元素常加入合金元素CrCr、W W、MoMo、V V等。等。合金元素的主要作用合金元素的主要作用 1 1、刃具钢、刃具钢性能要求性能要求(1)(1)高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性：一般其硬度为：一般
2、其硬度为60HRC60HRC，应远，应远远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均匀且远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均匀且稳定。稳定。(2)(2)高的红硬性高的红硬性：红硬性是指钢在高温仍能保：红硬性是指钢在高温仍能保持足够高的硬度的特性。持足够高的硬度的特性。(3)(3)一定的强韧性一定的强韧性：为保证刃具在工作中受到拉压：为保证刃具在工作中受到拉压弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有一定的韧性是必须的。一定的韧性是必须的。(1) (1) 碳素工具钢碳素工具钢 常用的碳素工具钢有常用的碳素工具钢有T8T8、T10T10、T12T12、T8
3、AT8A等。碳素工具钢满足一般工具加工条等。碳素工具钢满足一般工具加工条件，其价格便宜，耐磨及加工性好。其中件，其价格便宜，耐磨及加工性好。其中含碳量越高，则碳化物越多，耐磨性越好，含碳量越高，则碳化物越多，耐磨性越好，但韧性变差。但韧性变差。 碳素刃具钢红硬性差（刃部温度大于碳素刃具钢红硬性差（刃部温度大于250250，其硬度耐磨性即显著降低），且，其硬度耐磨性即显著降低），且淬透性差。故其一般只用于手工工具，低淬透性差。故其一般只用于手工工具，低速或小走刀量的机用工具和小尺寸模具、速或小走刀量的机用工具和小尺寸模具、量具，也只能用于加工低硬度材料。量具，也只能用于加工低硬度材料。v预备热处
4、理：预备热处理：在机加工之前进行在机加工之前进行正火及球化正火及球化退火退火（T8T8钢则可完全退火）钢则可完全退火）v组织组织为珠光体细小均布的粒状渗碳体，硬为珠光体细小均布的粒状渗碳体，硬度度HB217HB217。碳素工具钢的热处理工艺碳素工具钢的热处理工艺v最终热处理：最终热处理：淬火（淬火（780780）低温回火）低温回火（180180）v组织组织为为M M回回粒状渗碳体少量粒状渗碳体少量A A残残（2 28%8%），），硬度达硬度达606065HRC65HRC。(2) (2) 低合金工具钢低合金工具钢 高的含碳量保证了钢的高硬度及形成足够的合金高的含碳量保证了钢的高硬度及形成足够的合
5、金碳化物，耐磨性高。同时钢中常加入碳化物，耐磨性高。同时钢中常加入CrCr、W W、SiSi、MnMn、V V等合金元素，大大提高了钢的淬透性和回火抗力，并等合金元素，大大提高了钢的淬透性和回火抗力，并细化了晶粒。细化了晶粒。例：例：9SiCr9SiCr相当于相当于T9+1.2T9+1.21.6%Si+0.951.6%Si+0.951.25%Cr, 1.25%Cr, 其淬透性好，油淬透直径达其淬透性好，油淬透直径达404050mm50mm；碳化物碳化物(Fe,Cr)(Fe,Cr)3 3C C使马氏体组织细化，使其强韧性使马氏体组织细化，使其强韧性得到提高；得到提高；同时加入同时加入SiSi后其
6、回火稳定性提高，钢在后其回火稳定性提高，钢在(250(250300)300)仍能保持仍能保持60HRC60HRC以上。以上。 板牙板牙丝锥丝锥（3 3）高速钢）高速钢例例: :盘形齿轮铣刀盘形齿轮铣刀选材选材: W18Cr4V: W18Cr4V元素作用分析元素作用分析: :碳碳(0.7-0.8%)(0.7-0.8%)，钨，铬，钒，钨，铬，钒(1-1.4%)(1-1.4%) 工艺路线工艺路线: :下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火+ +多次回火多次回火喷丸喷丸磨削磨削锻造锻造工序分析工序分析: :球化退火球化退火作用分析作用分析: :淬火回火淬火回火工艺分析工艺分析: :图片1
7、图片2 500 500 W18cr4V球化退火后的组织球化退火后的组织 图片3回火工艺曲线2.2.模具钢模具钢(1) (1) 冷作模具钢冷作模具钢工作条件工作条件在常温下工作，摩擦面大，摩擦力大同时还受在常温下工作，摩擦面大，摩擦力大同时还受到弯曲力和冲击力的作用。主要的失效破坏形到弯曲力和冲击力的作用。主要的失效破坏形式为磨损、变形和开裂。式为磨损、变形和开裂。性能要求性能要求高的耐磨性，高的强韧性，淬透性高，热处高的耐磨性，高的强韧性，淬透性高，热处理变形应尽可能小。理变形应尽可能小。钢种选择钢种选择1) 1) 碳素工具钢和低合金工具钢碳素工具钢和低合金工具钢如如T8AT8A、T12AT1
8、2A、9CrSi9CrSi、Cr6WVCr6WV等碳素和低合金等碳素和低合金工具钢可用作尺寸较小，形状简单且工作负荷工具钢可用作尺寸较小，形状简单且工作负荷不太大的模具不太大的模具2)2)高碳高铬钢高碳高铬钢指指Cr12Cr12型冷作模具钢，如型冷作模具钢，如Cr12 Cr12 、 Cr12MoV Cr12MoV等。等。其成分中含碳其成分中含碳(1.4(1.42.3)%2.3)%、含铬、含铬(11(1112)%12)%。另外有些钢还加入少量的另外有些钢还加入少量的Mo(0.4-0.6%)Mo(0.4-0.6%)、V(0.15-0.3%)V(0.15-0.3%)等合金元素。等合金元素。Cr12M
9、oVCr12MoV钢加工冲孔落料模的工艺路线：钢加工冲孔落料模的工艺路线：热处理工艺：热处理工艺：（）预备热处理：球化退火（）预备热处理：球化退火目的：消除应力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度为目的：消除应力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度为(207(207255)255) 组织：球状珠光体组织：球状珠光体+ +均匀分布碳化物均匀分布碳化物（）最终热处理：（）最终热处理：淬火淬火+ +低温回火低温回火组织：组织：M M回回弥散粒状碳化物少量弥散粒状碳化物少量A A残残。除此之外，高速钢由于其优异的工艺和使用性能，也是很好的除此之外，高速钢由于其优异的工艺和使用性能，也是很好的高档冷作模具用
10、钢高档冷作模具用钢下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火+ +回火回火磨削磨削（2 2）热作模具钢）热作模具钢工作条件：工作条件：反复受热和冷却，热态下受到摩擦、冲击作反复受热和冷却，热态下受到摩擦、冲击作用。用。性能要求：性能要求：要求在较高的工作温度下具有良好的强韧要求在较高的工作温度下具有良好的强韧性；性；抗热疲劳性好；抗热疲劳性好；良好的导热性和淬透性。良好的导热性和淬透性。 常用热作模具钢常用热作模具钢v含碳量：含碳量：(0.3(0.30.6)%0.6)%，保证了淬火高温，保证了淬火高温回火后钢材的硬度和韧性；回火后钢材的硬度和韧性；v常用的热模钢有常用的热模钢有5CrMnMo
11、5CrMnMo及及5CrNiMo5CrNiMo；对对压铸模常用压铸模常用3Cr2W8V3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV等。等。v常加入常加入CrCr、NiNi、MnMn、MoMo、SiSi等合金元素。等合金元素。热作模具钢的工艺特点热作模具钢的工艺特点热作模具钢必须经过反复锻造使碳化物均匀分布。热作模具钢必须经过反复锻造使碳化物均匀分布。锻后退火以消除应力，降低硬度（锻后退火以消除应力，降低硬度（197197241241），以便于切削加工。，以便于切削加工。 最终热处理为：最终热处理为：淬火淬火+ +高温（或中温）回火高温（或中温）回火组织：回火索氏体（或回火屈氏体）。组织
12、：回火索氏体（或回火屈氏体）。具有良好的综合机械性能及热疲劳抗力。具有良好的综合机械性能及热疲劳抗力。注意：注意：回火温度应稍高于模面工作温度回火温度应稍高于模面工作温度3.量具钢量具钢用于测量工具的钢，如卡尺、千分尺、块规用于测量工具的钢，如卡尺、千分尺、块规及塞规等，主要性能要求如下：及塞规等，主要性能要求如下：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性常用的量具通常采用碳素工具钢，低合常用的量具通常采用碳素工具钢，低合金工具钢，轴承钢等制作。金工具钢，轴承钢等制作。 简单量具简单量具 T10A T10A、T12A T12A 等。等。 高精度量具高精度量具 GCr
13、15 GCr15、CrWMn CrWMn 等。等。化学成分特点和热处理特点化学成分特点和热处理特点碳含量：碳含量：0.900.901.50%1.50%合金元素：合金元素：CrCr、W W、MnMn淬火回火后得到稳定均匀的马氏体组织淬火回火后得到稳定均匀的马氏体组织例例CrWMnCrWMn制作块规的工艺路线制作块规的工艺路线：锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火冷处理冷处理回火回火粗磨粗磨低温时效低温时效精磨精磨去应力回火去应力回火研磨研磨时效处理：时效处理：120120130130，保温几几十小时，使，保温几几十小时，使M M、 A A 残残稳定，消除内应力。稳定，消除内应力。最终组织最终组织 回火回火M + M + 碳化物碳化物 + + 少量少量A A 残残淬火回火工艺淬火回火工艺（h）9601050800830250275油淬油淬空冷空冷回火回火5860 HRC11001150510520回火三次6062 HRCCr12MoV的淬火回火工艺的淬火回火工艺
