1、第第5章章 工模具用钢工模具用钢 5.1 概述概述5.1.1 分类分类工模具钢工模具钢：用以制造各种用以制造各种加工工模具加工工模具的钢种。的钢种。刃具刃具钢钢 模具模具钢钢 量具量具钢钢 碳素碳素工具钢工具钢 合金合金工具钢工具钢 高速高速工具钢工具钢按按用途用途分类分类按化学按化学成分成分分类分类5.1.2 性能要求性能要求工作条件的共性工作条件的共性：很大的局部压力和磨损。：很大的局部压力和磨损。共同点：共同点：高硬度高硬度、高耐磨性高耐磨性和和一定的韧性一定的韧性及强度及强度。u高硬度：高硬度：保证工模具在应力作用下保证工模具在应力作用下形状和尺寸的稳定形状和尺寸的稳定；u高耐磨性：高
2、耐磨性：保证工模具保证工模具使用寿命使用寿命的必要条件；的必要条件；u一定的韧性：一定的韧性：保证工模具在受到冲击、振动作用时，保证工模具在受到冲击、振动作用时，不因崩不因崩裂或折断而提前失效裂或折断而提前失效。既韧又耐磨既韧又耐磨，这是两个互相矛盾的基本性能，取决于，这是两个互相矛盾的基本性能，取决于马氏体马氏体的成分的成分与与硬度硬度以及以及碳化物的性质碳化物的性质、数量数量、形态及分布形态及分布。特殊点：特殊点：刃具钢刃具钢：高的：高的红硬性红硬性及一定的强度和韧性；及一定的强度和韧性；冷模具钢冷模具钢：较高的：较高的强度强度和一定的和一定的韧性韧性；热模具钢热模具钢：高韧性和：高韧性和
3、耐热疲劳耐热疲劳性；性；量具钢量具钢：高的：高的尺寸稳定性尺寸稳定性。红硬性：红硬性：钢在高温下保持高硬度的能力钢在高温下保持高硬度的能力。5.1.3 成分特点成分特点1、高碳：、高碳：0.61.3%作用：作用：获得高碳马氏体获得高碳马氏体。马氏体的。马氏体的硬度硬度和切断拉力随和切断拉力随含碳量增加而提高。含碳量增加而提高。形成足够数量的碳化物形成足够数量的碳化物，以保证，以保证高的耐磨性高的耐磨性。2、主加合金元素、主加合金元素：Cr，W，Mo，V，形成碳化物，保证，形成碳化物，保证高硬度和高耐磨性。高硬度和高耐磨性。3、辅加合金元素、辅加合金元素：Si，Mn，提高淬透性，减少热处理提高淬
4、透性，减少热处理时的变形，提高回火稳定性。时的变形，提高回火稳定性。4、S，P均限制在均限制在0.020.03%以下以下，以改善工具钢的塑，以改善工具钢的塑性变形能力，减轻热处理时淬裂的可能性。性变形能力，减轻热处理时淬裂的可能性。属优质钢和高级属优质钢和高级优质钢。优质钢。5.1.4 热处理特点热处理特点1、预先热处理、预先热处理：球化退火球化退火退火组织退火组织：F+细小均匀的细小均匀的粒状粒状K（粒状粒状P）目的：目的：降低硬度降低硬度，便于切削加工，便于切削加工，为淬火作组织准备为淬火作组织准备。若有网状碳化物若有网状碳化物，则，则正火正火+球化球化。2、最终热处理、最终热处理：淬火淬
5、火+低温回火低温回火淬火加热温度淬火加热温度：AC1+3050，保留部分未溶碳化物保留部分未溶碳化物，以，以防止奥氏体晶粒长大，保持细小晶粒，防止奥氏体晶粒长大，保持细小晶粒，保证一定的韧性和耐磨保证一定的韧性和耐磨性性。钢的硬度相同时，具有细小碳化物的组织，其耐磨性较高。钢的硬度相同时，具有细小碳化物的组织，其耐磨性较高。淬火组织淬火组织：M+A+未溶未溶K。低温回火目的低温回火目的：消除有害应力的前提下，：消除有害应力的前提下，尽量保持高硬度尽量保持高硬度。回火组织：回火组织：回火回火M+A+K。5.2 刃具钢刃具钢刃具钢：刃具钢：用来制造各种用来制造各种切削切削加工工具加工工具的钢种。的
6、钢种。5.2.1 工作条件和性能要求工作条件和性能要求1、工作条件：、工作条件：主要承受主要承受压应力压应力、弯曲应力弯曲应力，扭转应力扭转应力，还还会受到会受到冲击冲击、振动振动等作用，同时受工件及切屑的等作用，同时受工件及切屑的强烈摩擦强烈摩擦作用。作用。摩擦产生的大量热量使摩擦产生的大量热量使刃具温度升高刃具温度升高。切削速度越快，刃具。切削速度越快，刃具温度越高。有时刀刃温度可达温度越高。有时刀刃温度可达600。2、失效形式：、失效形式：磨损；崩刃；折断。磨损；崩刃；折断。3、性能要求：、性能要求：高硬度（高硬度（HRC60），足够的耐磨性，高，足够的耐磨性，高的红硬性，足够的塑、韧性
7、和强度。的红硬性，足够的塑、韧性和强度。4、用途：、用途：制造切削刃具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板制造切削刃具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等。牙等。加工内螺纹加工内螺纹 加工外螺纹加工外螺纹板牙板牙丝锥丝锥5.2.2 碳素工具钢碳素工具钢1、牌号、化学成分和及用途、牌号、化学成分和及用途GB/T1298-86(2008)规定了其牌号、化学成分和力学性能。规定了其牌号、化学成分和力学性能。牌号：牌号：T+数字（数字（A）数字：数字：平均含碳量，以平均含碳量，以0.1%为单位。为单位。例：例：T7、T12。A：高级优质钢：高级优质钢，WP 0.030%，WS 0.020%。随随数字数字，含碳
8、量含碳量，硬度和耐磨性硬度和耐磨性，而，而韧性韧性。用途用途T7、T8：承受冲击负荷的工具；锤子、冲头等。：承受冲击负荷的工具；锤子、冲头等。T9T10：要求中等韧性的工具，钻头、小冲模等。：要求中等韧性的工具，钻头、小冲模等。T11T13：不承受冲击负荷的量具、锉刀等。：不承受冲击负荷的量具、锉刀等。螺纹量规螺纹量规碳素工具钢的化学成分及机械性能碳素工具钢的化学成分及机械性能钢号钢号化化 学学 成成 分分 /%退火后硬退火后硬度度HBS不大于不大于淬火后硬度淬火后硬度CSiMnPS淬火温度淬火温度/及冷却剂及冷却剂HRC不小于不小于不大于不大于T70.650.74 0.35 0.40 0.0
9、35 0.030187800820水水62T80.750.84 0.35 0.40 0.035 0.030187780800水水62T8Mn0.800.90 0.350.400.600.035 0.030187780800水水62T90.850.94 0.35 0.40 0.035 0.030192760780水水62T100.951.04 0.35 0.40 0.035 0.030197760780水水62T111.051.14 0.35 0.40 0.035 0.030207760780水水62T121.151.24 0.35 0.40 0.035 0.030207760780水水62T1
10、31.251.35 0.35 0.40 0.035 0.030217760780水水622、性能特点、性能特点优点：优点：容易锻造及切削加工，价格便宜。容易锻造及切削加工，价格便宜。缺点：缺点：u红硬性差红硬性差，当工作温度，当工作温度250时，硬度和耐磨性迅速下降；时，硬度和耐磨性迅速下降；u淬透性低淬透性低，淬火临界直径，淬火临界直径10mm，不能用作大尺寸的刃具；，不能用作大尺寸的刃具；u淬火时，淬火时，变形及开裂倾向大变形及开裂倾向大。3、热加工特点、热加工特点 碳工钢一般锻造性较好，碳工钢一般锻造性较好，锻压比一般要大于锻压比一般要大于4，终锻温度终锻温度Acm以下，以下，800较适
11、宜。较适宜。热加工后应快速冷至热加工后应快速冷至600700后再缓冷，后再缓冷，以避免析出粗大以避免析出粗大或网状碳化物。或网状碳化物。4、热处理工艺、热处理工艺预先热处理：预先热处理：球化退火球化退火uT7T9：加热至加热至740750，保温，保温24小时，冷至小时，冷至650680等温等温46小时；小时；uT10T13：加热至加热至750770，保温，保温24小时，冷至小时，冷至680700等温等温46小时。小时。u球化退火后的组织球化退火后的组织：粒状珠光体粒状珠光体。最终热处理：最终热处理：淬火淬火+低温回火低温回火u淬火温度淬火温度：Ac1+3050，属于不完全淬火。属于不完全淬火。
12、淬火时过热会使晶粒长大，淬火时过热会使晶粒长大，A中溶入过多的中溶入过多的K，在冷却，在冷却过程中极易沿晶界析出，引起强度及塑性剧烈过程中极易沿晶界析出，引起强度及塑性剧烈，有害。，有害。u淬火后的组织淬火后的组织：M+A+未溶未溶Ku回火温度回火温度：150270。硬度高，用下限，硬度低，用上限。时间一般硬度高，用下限，硬度低，用上限。时间一般12小时。小时。u回火后的组织：回火后的组织：回火回火M+A+未溶未溶K碳素工具钢的淬火加热温度、回火温度及硬度碳素工具钢的淬火加热温度、回火温度及硬度钢号钢号淬火温度，淬火温度，硬度，硬度，HRCHRC回火温度，回火温度，硬度硬度HRCHRC水冷水冷
13、油冷油冷水冷水冷油冷油冷T7T7780780800800800800820820626264645959616120020025025055556060T8T8、T9T9760760770770780780790790636365656060626215015024024055556060T10T10T12T12770770790790790790810810636365656161626220020025025062626464T13T137707707907907907908108106363656562626464150150270270606064645.2.3 低合金刃具钢低合金刃具
14、钢1、牌号、化学成分及用途、牌号、化学成分及用途低合金刃具钢的牌号、化学成分及退火态硬度低合金刃具钢的牌号、化学成分及退火态硬度(摘自摘自GB/T1299-2000)GB/T1299-2000)序序号号钢钢组组牌号牌号化学成分化学成分%退火态硬退火态硬度度HB(不大于不大于)CSiMnCrWPS1-1量量具具刃刃具具用用钢钢9SiCr0.85 50.950.951.201.201.601.600.300.300.600.600.950.951.251.250.030.03 241 11971971-28MnSi0.750.750.850.850.300.300.600.600.800.801.
15、101.100.030.032291-3Cr061.301.301.451.450.400.400.500.500.700.700.030.03 241 11871871-4Cr20.950.951.101.100.400.401.301.301.651.650.030.03 2291791791-59Cr20.800.800.950.950.400.401.301.301.701.700.030.03 217 71791791-6W1.051.051.251.250.400.400.100.100.300.300.800.801.201.200.030.03 229 9187187低合金刃具
16、钢的特性及应用低合金刃具钢的特性及应用牌号牌号主要特性主要特性应用举例应用举例9SiCr淬透性比铬钢好，淬透性比铬钢好，45 550mm50mm的的工件在油中可以淬透，耐磨性高，工件在油中可以淬透，耐磨性高，具有较好的回火稳定性，可加工性具有较好的回火稳定性，可加工性差，热处理时变形小，但脱碳倾向差，热处理时变形小，但脱碳倾向较大较大适用于耐磨性高、切削不剧烈、且变形小的刃适用于耐磨性高、切削不剧烈、且变形小的刃具，如板牙、丝锥、钻头、绞刀、齿轮铣刀、拉具，如板牙、丝锥、钻头、绞刀、齿轮铣刀、拉刀等，还可用作冷冲模具及冷轧辊刀等，还可用作冷冲模具及冷轧辊8MnSi韧性、淬透性与耐磨性均优于碳韧
17、性、淬透性与耐磨性均优于碳素工具钢素工具钢多用做木工凿、锯条及其他工具，制造穿孔器多用做木工凿、锯条及其他工具，制造穿孔器与扩孔器以及小尺寸热锻模和冲头、热压锻模、与扩孔器以及小尺寸热锻模和冲头、热压锻模、螺栓、道钉冲模、拔丝模、冷冲模及切削工具螺栓、道钉冲模、拔丝模、冷冲模及切削工具Cr06淬火后的硬度和耐磨性都很高，淬火后的硬度和耐磨性都很高，淬透性不好，较脆淬透性不好，较脆多经冷轧成薄钢带后，用于制作剃刀、刀片及多经冷轧成薄钢带后，用于制作剃刀、刀片及外科医疗刀具，也可用作刮刀、刻刀、锉刀外科医疗刀具，也可用作刮刀、刻刀、锉刀Cr2淬火后的硬度、耐磨性都很高，淬火后的硬度、耐磨性都很高，
18、淬火变形不大，但高温塑性差淬火变形不大，但高温塑性差多用于低速、进给量小、加工材料不很硬的切多用于低速、进给量小、加工材料不很硬的切削刀具，如车刀、插刀、铣刀、绞刀等，还可用削刀具，如车刀、插刀、铣刀、绞刀等，还可用作量具、样板、量规、偏心轮、冷轧辊、钻套和作量具、样板、量规、偏心轮、冷轧辊、钻套和拉丝模，还可作大尺寸的冷冲模拉丝模，还可作大尺寸的冷冲模9Cr2性能与性能与Cr2Cr2基本相似基本相似主要用作冷轧辊、钢印冲孔凿、冷冲模及冲头、主要用作冷轧辊、钢印冲孔凿、冷冲模及冲头、木工工具等木工工具等W淬火后的硬度和耐磨性较碳工钢淬火后的硬度和耐磨性较碳工钢好，热处理变形小，水淬不易开裂好，
19、热处理变形小，水淬不易开裂多用于工作温度不高、切削速度不大的刀具、多用于工作温度不高、切削速度不大的刀具、如小型麻花钻、丝锥、板牙、绞刀、锯条、辊式如小型麻花钻、丝锥、板牙、绞刀、锯条、辊式刀具等刀具等成分特点成分特点含碳含碳0.751.5%；合金元素总量；合金元素总量5%，在低合金范围，又，在低合金范围，又称低合金工具钢；称低合金工具钢；u高碳高碳：保证高硬度与高耐磨性；保证高硬度与高耐磨性；u加入加入Cr，Si、Mn：提高淬透性，强化马氏体基体；铬、锰提高淬透性，强化马氏体基体；铬、锰等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于提高钢的耐磨性；等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于提高钢的耐磨性
20、；u加入加入W、V：提高回火稳定性和硬度，防止过热，细化晶粒。：提高回火稳定性和硬度，防止过热，细化晶粒。2、性能特点、性能特点与碳素工具钢相比，与碳素工具钢相比，淬透性较好淬透性较好，热处理变形和开裂倾向小热处理变形和开裂倾向小；耐磨性和红硬性较高耐磨性和红硬性较高。但淬火温度较高些，脱碳倾向较大。但淬火温度较高些，脱碳倾向较大。3、热加工特点、热加工特点热加工原则热加工原则：与碳素工具钢相同，：与碳素工具钢相同，锻压比一般要大于锻压比一般要大于4，终，终锻温度在锻温度在Acm以下，以以下，以800较适宜。较适宜。热加工后应热加工后应快速冷至快速冷至600700后再缓冷后再缓冷，以避免析出粗
21、，以避免析出粗大或网状碳化物。大或网状碳化物。4、热处理热处理特点特点原则也与碳工钢相同原则也与碳工钢相同，只是，只是淬火温度比碳工钢高淬火温度比碳工钢高，范围，范围较宽，较宽，时间稍长时间稍长，一般采用，一般采用油冷油冷或熔盐冷却，或熔盐冷却，回火温度也回火温度也偏高一点偏高一点。预先热处理预先热处理：球化退火球化退火。目的：降低硬度，提高切削加工性能，改善锻造组目的：降低硬度，提高切削加工性能，改善锻造组织，为淬火作组织准备。织，为淬火作组织准备。最终热处理最终热处理：淬火淬火+低温回火低温回火。淬火温度：淬火温度：Ac1+3050。冷却方式：油冷或熔盐冷却。冷却方式：油冷或熔盐冷却。回火
22、后的组织回火后的组织：回火回火M+A+未溶未溶K。合金工具钢的热处理参数合金工具钢的热处理参数牌号牌号退火退火淬火淬火回火回火加热温度加热温度/等温温度等温温度/温度温度/淬火介质淬火介质 硬度硬度(HRC)温度范围温度范围/硬度值硬度值(HRC)9SiCr 790 0810810 700 0720720860 0880880油油6262656518018020020060606262200200220220585860608MnSi-800820820油油60601001002002006060646420020030030060606363Cr06750750790790 68068070
23、0700780800800油油6262656515015020020060606262800820820水水Cr2770770790790 680680700700830850850油油6262656515015017017060606262180180220220565660609Cr2800800820820 670670680680820850850油油6161636316016018018059596161W780780800800 650650680680800820820水水6262646415015018018059596161合金工具钢中最常用的钢种是合金工具钢中最常用的钢种是
24、9SiCr。9SiCr的的Ac1=770780，Acm=910930，Ar1=730，Ms=170。适宜作形状复杂，变形小的刃具，特别是薄刃刀具，如适宜作形状复杂，变形小的刃具，特别是薄刃刀具，如板牙、板牙、丝锥、钻头丝锥、钻头等。等。9SiCr圆板牙圆板牙刀刃的硬度要求为刀刃的硬度要求为HRC6063。制造工艺路线：下料制造工艺路线：下料球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火+低温回火低温回火磨平面磨平面抛槽抛槽开口。开口。淬火加热时要预热，冷却方式为分级淬火。淬火加热时要预热，冷却方式为分级淬火。9SiCr钢的等温球化退火工艺曲线钢的等温球化退火工艺曲线9SiCr钢的淬火、回火工艺曲线钢的淬
25、火、回火工艺曲线5.2.4 高速钢高速钢1、牌号、化学成分及用途、牌号、化学成分及用途9SiCr：工作温度高于：工作温度高于300，硬度降到，硬度降到HRC60以下以下在高速切削过程中，刃具的刃部温度可达在高速切削过程中，刃具的刃部温度可达600以上。以上。高速钢在高速钢在600时，仍能使硬度保持时，仍能使硬度保持HRC60以上以上，从，从而保证其切削性能和耐磨性。而保证其切削性能和耐磨性。高速钢刀具的切削速度比碳工钢和合工钢刀具增加高速钢刀具的切削速度比碳工钢和合工钢刀具增加13倍，而耐磨性增加倍，而耐磨性增加714倍。倍。高速工具钢的牌号和化学成分（摘自高速工具钢的牌号和化学成分（摘自GB
26、/T9943-1988）牌号牌号化学成分（质量分数）（化学成分（质量分数）（%）CWMoCrVCoAlW18Cr4V0.700.8017.519.00.303.804.401.001.40-W18Cr4VCo50.700.8017.519.00.401.003.754.500.801.20 4.255.75-W18Cr4V2Co80.750.8517.519.00.51.253.755.001.802.40 7.009.50-W12Cr4V5Co51.501.60 11.7513.01.003.755.004.505.25 4.755.25 W6Mo5Cr4V20.800.905.506.75
27、4.505.503.804.401.752.20-CW6Mo5Cr4V20.951.055.506.754.505.503.804.401.752.20-W6Mo5Cr4V31.01.15.06.754.506.503.754.502.252.75-CW6Mo5Cr4V31.151.255.06.754.756.503.754.502.252.75-W2Mo9Cr4V20.971.051.42.18.209.203.504.001.752.25-W6Mo5Cr4V2Co5 0.800.905.56.55.506.503.754.501.752.25 5.506.50-W7Mo4Cr4V2Co5
28、 1.051.156.257.003.254.253.754.501.752.25 4.755.75-W2Mo9Cr4VCo81.051.201.051.859.010.03.504.250.951.35 7.758.75-W9Mo3Cr4V0.770.87 8.509050 2.703.303.804.401.301.70-W6Mo5Cr4V2Al1.051.205.56.754.505.503.804.401.752.20-0.801.20高速工具钢的特征和应用高速工具钢的特征和应用牌号牌号主要特性主要特性应用举例应用举例W18Cr4V具有良好的热硬性，在具有良好的热硬性，在600时，仍具
29、有较时，仍具有较高的硬度和较好的切削性，被磨削加工性能好，高的硬度和较好的切削性，被磨削加工性能好，淬火过热敏感性小。碳化物较粗大，强度和韧淬火过热敏感性小。碳化物较粗大，强度和韧性随材料尺寸增大而下降，仅适于制造一般刀性随材料尺寸增大而下降，仅适于制造一般刀具，不适于制造薄刃或较大的刀具具，不适于制造薄刃或较大的刀具加工中等硬度或软材料的各种刀加工中等硬度或软材料的各种刀具，如车刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具，如车刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥等；还可用于制造高温下具、丝锥等；还可用于制造高温下工作的轴承、弹簧等耐磨、耐高温工作的轴承、弹簧等耐磨、耐高温的零件的零件W6Mo5Cr4V2有良好的热硬
30、性和韧性，淬火后表面硬度可有良好的热硬性和韧性，淬火后表面硬度可达达(6466)HRC，成本较低是仅次于，成本较低是仅次于W18Cr4V而获得广泛应用的高速工具钢。而获得广泛应用的高速工具钢。适于制造钻头、丝锥、板牙、铣适于制造钻头、丝锥、板牙、铣刀、齿轮工具、冷作模具等。刀、齿轮工具、冷作模具等。CW6Mo5Cr4V2淬火后，其表面硬度、高温硬度、耐热性、淬火后，其表面硬度、高温硬度、耐热性、耐磨性均比耐磨性均比W6Mo5Cr4V2有所提高，但其强度有所提高，但其强度和冲击韧性比和冲击韧性比W6Mo5Cr4V2有所降低。有所降低。制造切削性能较高的冲击不大的制造切削性能较高的冲击不大的刀具，
31、如拉刀、铰刀、滚刀、扩孔刀具，如拉刀、铰刀、滚刀、扩孔刀等。刀等。W6Mo5Cr4V3具有碳化物细小均匀、韧性高、塑性好等优具有碳化物细小均匀、韧性高、塑性好等优点，且耐磨性优于点，且耐磨性优于W6Mo5Cr4V2，但可磨削性，但可磨削性差，易于氧化脱碳。差，易于氧化脱碳。加工中高强度钢、高温合金等难加工中高强度钢、高温合金等难加工材料的刀具，如车刀、丝锥、加工材料的刀具，如车刀、丝锥、成型铣刀、拉刀、滚刀、螺纹梳刀成型铣刀、拉刀、滚刀、螺纹梳刀等。不宜制作高精度复杂刀具。等。不宜制作高精度复杂刀具。CW6Mo5Cr4V3在在W6Mo5Cr4V3的基础上把平均含碳量由的基础上把平均含碳量由1.
32、05%提高到提高到1.20%，并相应提高了含钒量而形，并相应提高了含钒量而形成的钢种，耐磨性更好。成的钢种，耐磨性更好。用途同用途同W6Mo5Cr4V3W2Mo9Cr4V2有较高的热硬性、韧性及耐磨性，密度较小，有较高的热硬性、韧性及耐磨性，密度较小，可磨削性优良可磨削性优良用于制作铣刀、成型刀具、丝锥、用于制作铣刀、成型刀具、丝锥、钢条、车刀、拉刀、冷冲模具等。钢条、车刀、拉刀、冷冲模具等。W6Mo5Cr4V2Al含铝超硬型高速钢，具有高热硬性，高耐磨含铝超硬型高速钢，具有高热硬性，高耐磨性，热塑性好，且高温硬度高，工作寿命长。性，热塑性好，且高温硬度高，工作寿命长。加工各种难加工材料的刀具
33、，如加工各种难加工材料的刀具，如高温合金、超高强度钢、不锈钢等高温合金、超高强度钢、不锈钢等 成分特点：成分特点：高碳高碳且含有且含有大量碳化物形成元素大量碳化物形成元素。碳的作用：碳的作用：保证保证M的含碳量，以及形成足够数量的碳的含碳量，以及形成足够数量的碳化物。化物。淬火加热时，一部分碳化物淬火加热时，一部分碳化物溶入溶入A，保证保证M的含量的含量。另一部分另一部分未溶碳化物未溶碳化物，可，可防止防止A晶粒长大，细化晶粒晶粒长大，细化晶粒。正常淬火时正常淬火时基体含碳量要达到基体含碳量要达到0.5%，既提高钢的淬，既提高钢的淬透性，又可获得高碳马氏体。透性，又可获得高碳马氏体。获得高碳获
34、得高碳M的目的的目的：硬度硬度，还可还可在回火时析出在回火时析出足够数量细小弥散的碳化物足够数量细小弥散的碳化物，以产生二次硬化效应，以产生二次硬化效应，钢钢的红硬性。的红硬性。高速钢中含碳量与合金元素高速钢中含碳量与合金元素相匹配相匹配时，性能最有利。时，性能最有利。定比碳规律：定比碳规律：合金元素及碳含量满足合金碳化物分子合金元素及碳含量满足合金碳化物分子式中定比关系时，二次硬化效应最好。式中定比关系时，二次硬化效应最好。按此规律，高速钢中碳含量应满足下式：按此规律，高速钢中碳含量应满足下式：C=0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.20V对现在使用量最广的对现在使用量最广的W
35、6Mo5Cr4V2来说，应共需碳来说，应共需碳1.153%，比，比该牌号该牌号的含碳量高，故发展了高碳的的含碳量高，故发展了高碳的CW6Mo5Cr4V2。碳量提高存在的问题碳量提高存在的问题：残余奥氏体量残余奥氏体量，需要多次回，需要多次回火才能消除；火才能消除；熔点降低，淬火温度上限必须熔点降低，淬火温度上限必须；晶粒易晶粒易粗化，韧性较低。粗化，韧性较低。所以所以CW6Mo5Cr4V2的含碳量还是较的含碳量还是较1.153%低。低。合金元素的作用：合金元素的作用：W：造成高速钢红硬性造成高速钢红硬性。W在钢中能生成大量在钢中能生成大量M6C型型(Fe,W)6C碳化物。碳化物。W18Cr4V
36、钢钢淬火加热时淬火加热时，7-8%W溶溶入入A，强化，强化M基体，提高回火时基体，提高回火时M的稳定性，的稳定性，1112%的的W留在碳化物中，防止留在碳化物中，防止A晶粒长大晶粒长大；高温回火时高温回火时，大量析大量析出出W2C引起硬化，引起硬化，W2C不易聚集使高速钢不易聚集使高速钢有高的红硬性有高的红硬性。V：与与C的亲和力比的亲和力比W大，大，V溶于溶于M6C型碳化物中，型碳化物中，淬淬火加热时火加热时随碳化物随碳化物熔入熔入A中中。在。在高温回火时高温回火时，析出细小的析出细小的V4C3质点质点，其弥散度比，其弥散度比W2C还高，且不易聚集长大，对还高，且不易聚集长大，对M产生弥散硬
37、化作用，产生弥散硬化作用，提高红硬性提高红硬性。V还有还有细化晶粒细化晶粒的作用。的作用。Cr：淬火加热时，淬火加热时，全部溶入奥氏体全部溶入奥氏体，提高钢的淬透性提高钢的淬透性和基体中的碳含量和基体中的碳含量，提高淬硬性提高淬硬性，含量含量4%最好最好，若大于，若大于此值，则会使残余奥氏体量增多，稳定性增加，需增加此值，则会使残余奥氏体量增多，稳定性增加，需增加回火次数来消除残余奥氏体。回火次数来消除残余奥氏体。Mo：1.0%Mo代替代替1.62.0%W时，钢的时，钢的组织与性能组织与性能很相似很相似，造成高速钢红硬性。造成高速钢红硬性。但有其特点：但有其特点：含含Mo碳化物比含碳化物比含W
38、碳化物细小碳化物细小，分布较均匀分布较均匀；Mo在奥氏体中的溶解量较多，在奥氏体中的溶解量较多，提高马氏体的合金提高马氏体的合金化程度化程度；含含Mo高速钢的高速钢的塑性良好，韧性也较高塑性良好，韧性也较高；适宜的适宜的淬火温度低淬火温度低6070，劳动条件改善，设备，劳动条件改善，设备寿命长；寿命长；比重轻，价格便易。比重轻，价格便易。2、铸态组织：、铸态组织：高速钢的含碳量不算太高，但合金元素含量很高，使高速钢的含碳量不算太高，但合金元素含量很高，使E点严点严重左移重左移。铸造后，钢中出现。铸造后，钢中出现鱼骨状的菜氏体鱼骨状的菜氏体组织，属菜氏体钢。组织，属菜氏体钢。平衡组织：莱氏体平衡
39、组织：莱氏体+珠光体珠光体+碳化物碳化物实际铸态组织：实际铸态组织：鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体+黑色共析体黑色共析体+白亮的白亮的M及及A。3、热加工、热加工热加工的必要性热加工的必要性：铸态组织中，：铸态组织中，碳化物含量多达碳化物含量多达18%27%，且分布极不均匀，且分布极不均匀。钢厂供应的高速钢钢材，虽经开坯轧制破碎了粗大的钢厂供应的高速钢钢材，虽经开坯轧制破碎了粗大的莱氏体，但其碳化物分布仍然不佳，往往呈莱氏体，但其碳化物分布仍然不佳，往往呈严重带状、网严重带状、网状、大颗粒、大块堆集状、大颗粒、大块堆集等，仍然需要经过等，仍然需要经过反复镦粗和拔长反复镦粗和拔长，以改善碳化物分布的均
40、匀性。以改善碳化物分布的均匀性。总锻造比一般为总锻造比一般为10。钨系高速钢钨系高速钢：始锻始锻温度：温度：11401180，终锻终锻温度：温度：900950；钼系及钨钼系高速钢钼系及钨钼系高速钢：始锻始锻温度：温度：1000左右，左右，终终锻锻温度为温度为850870。4、热处理、热处理预先热处理预先热处理：球化退火球化退火。u目的：降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备；目的：降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备；u工艺：缓冷球化及工艺：缓冷球化及等温球化等温球化。u退火组织：退火组织：S+球状碳化物球状碳化物。硬度。硬度HB207255。最终热处理最终热处理：淬火淬火+三次高温回火三次高温
41、回火(560)。p淬火加热特点淬火加热特点：需需2次预热次预热(导热性差，并且淬火温度相当导热性差，并且淬火温度相当高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂，高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂，)；加热温度相当高加热温度相当高(12001280)，为了使碳及合金元素充分，为了使碳及合金元素充分溶入奥氏体溶入奥氏体，还，还有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细小的晶粒。小的晶粒。p淬火冷却方式淬火冷却方式：分级淬火分级淬火。p淬火组织淬火组织：6065%隐晶隐晶M+2530%A+10%Kp三次回火目的三次回火目的：消除大量消除大量A；析出大
42、量弥散碳化物；析出大量弥散碳化物W2C和和Mo2C产生产生“二次硬化二次硬化”；p回火组织回火组织：回火回火M6065%+A 5%+K2025%。锻后锻后须球化退火，须球化退火，返修工件二次淬火前返修工件二次淬火前也须球化退火。也须球化退火。W18Cr4V的的Ac1=820840。缓冷球化法缓冷球化法：在保温后以在保温后以15-20/h的速度，冷至的速度，冷至500550后，出炉空冷；后，出炉空冷；等温球化法等温球化法：等温球化法可缩短退火时间。等温球化法可缩短退火时间。W18Cr4V球化退火组织球化退火组织退火组织中碳化物类型有：退火组织中碳化物类型有：M6C型型(Fe,W)6C、M23C6
43、型型(Cr23C6)、MC型型(VC)及及M7C3型型(Cr7C3)。W18Cr4V等温球化退火工艺等温球化退火工艺nCr23C6于于9001100可完全溶解；可完全溶解；nM6C型型(Fe,W)6C则则在高于在高于1160时才有较时才有较大的溶解度；大的溶解度；nVC在在1000以上开以上开始溶解。始溶解。正常淬火后剩余碳化正常淬火后剩余碳化物只有物只有M6C和和VC。W18Cr4VW18Cr4V钢的热处理工艺曲线钢的热处理工艺曲线高速钢淬透性极好，空冷即可得到高速钢淬透性极好，空冷即可得到M。常用淬火冷却方式有：。常用淬火冷却方式有：l空冷空冷：35mm的小工件。的小工件。l油控冷油控冷：
44、直径直径30mm的工件可采用油冷，但不能在油中直的工件可采用油冷，但不能在油中直接冷至室温，而是要冷到工件出油时，附在工件表面的油能冒接冷至室温，而是要冷到工件出油时，附在工件表面的油能冒烟着火为宜，此时工件在烟着火为宜，此时工件在200以上。以上。l分级淬火分级淬火：形状较复杂的工件可采用形状较复杂的工件可采用580620的中性盐的中性盐浴冷却，此种冷却方式应用较广。浴冷却，此种冷却方式应用较广。l二次分级二次分级：直径直径40mm或形状更复杂些的工件，或形状更复杂些的工件，580620的中性盐浴保温一段时间后，再转入的中性盐浴保温一段时间后，再转入350400硝盐中硝盐中冷却，缓冷至冷却，
45、缓冷至150应及时回火。应及时回火。l等温淬火等温淬火：有内孔工件或尺寸有内孔工件或尺寸60mm以上的工件，于以上的工件，于260280等温处理，得到下等温处理，得到下B，以提高钢的强度和韧性。，以提高钢的强度和韧性。l冷处理冷处理：-7080，可减少，可减少A 量，减少回火次数。冷处量，减少回火次数。冷处理应在淬火后立即进行，淬火后的停留时间不能超过理应在淬火后立即进行，淬火后的停留时间不能超过60分钟。分钟。高速钢的淬火组织：高速钢的淬火组织：6065%M+2530%A+10%K 高速钢的回火组织：高速钢的回火组织：6065%的的回回火火M+5%A+2025%K 高速钢的热处理参数高速钢的
46、热处理参数牌号牌号预热温度预热温度/淬火温度淬火温度/淬火剂淬火剂回火温度回火温度/回火硬度回火硬度(HRC)不小于不小于盐浴炉盐浴炉箱式炉箱式炉W18Cr4V8208701270128512701285油油55057063W18Cr4VCo58208701270129012801300油油54056063W18Cr4V2Co88208701270129012801300油油54056063W12Cr4V5Co58208701220124012301250油油53055065W6Mo5Cr4V27308401210123012101230油油54056063(箱式炉箱式炉)64(盐浴炉盐浴炉)
47、CW6Mo5Cr4V27308401190121012001220油油54056065W6Mo5Cr4V37308401190121012001220油油54056064CW6Mo5Cr4V37308401190121012001220油油54056064W2Mo9Cr4V27308401190121012001220油油54056065W6Mo5Cr4V2Co57308401190121011901210油油54056064W7Mo4Cr4V2Co57308401180120011901210油油53055066W2Mo9Cr4VCo87308401170119011801200油油5305
48、5066W9Mo3Cr4V8208701210123012201240油油54056063(箱式炉箱式炉)64(盐浴炉盐浴炉)W6Mo5Cr4V2Al8208701230124012301240油油54056065高速钢的热处理缺陷高速钢的热处理缺陷：欠热欠热：淬火温度过低淬火温度过低，A晶粒很细小，碳化物溶解量少晶粒很细小，碳化物溶解量少，A的含碳量及合金元素含量低，淬火及回火后的含碳量及合金元素含量低，淬火及回火后红硬性和耐红硬性和耐磨性磨性。过热过热：由于：由于淬火温度过高淬火温度过高等原因，造成等原因，造成A晶粒过大，剩晶粒过大，剩余碳化物数量减少余碳化物数量减少，碳化物出现粘连、拖尾
49、、角状或沿晶，碳化物出现粘连、拖尾、角状或沿晶界成网状分布，将使界成网状分布，将使钢的强度、韧性钢的强度、韧性。过烧过烧：晶界首先熔化晶界首先熔化，出现，出现共晶莱氏体和黑色共析体共晶莱氏体和黑色共析体组织，是不可挽救的缺陷。组织，是不可挽救的缺陷。生产中生产中以淬火态以淬火态A晶粒度晶粒度判断淬火温度是否合适。判断淬火温度是否合适。获得获得9.510.5级晶粒度的温度合适级晶粒度的温度合适，晶粒度级别高，晶粒度级别高，则淬火温度偏低，晶粒度级别低，则淬火温度偏高。则淬火温度偏低，晶粒度级别低，则淬火温度偏高。5、系列演变：、系列演变：最早最早钨系钨系高速钢（如高速钢（如W18Cr4V），红硬
50、性很高，但脆性较大，），红硬性很高，但脆性较大，易崩刃。易崩刃。发展了发展了钼系钼系高速钢（如高速钢（如W2Mo9Cr4V2），脱碳及晶粒长大倾），脱碳及晶粒长大倾向较大。向较大。钨钨-钼系钼系高速钢（如高速钢（如W6Mo5Cr4V2），综合钨系及钼系高速），综合钨系及钼系高速钢的优点，是现在使用最广泛的高速钢。钢的优点，是现在使用最广泛的高速钢。特殊用途的高速钢有：特殊用途的高速钢有：高钒高钒高速钢：为提高耐磨性需要而发展的，如高速钢：为提高耐磨性需要而发展的，如W6Mo5Cr4V3。高钴高钴高速钢：为进一步提高红硬性而发展，如高速钢：为进一步提高红硬性而发展，如W18Cr4V2Co。高碳高
