米乐M6官方网站工具钢
基本概念:工具钢是指用 于制造切削工具、量具、模具及抗高温软化弹簧、各类轴承 和一些耐磨零件等 的钢。通常分为碳素工具钢、合金工具钢 和高速工具钢。
工具钢 的特性
工具钢具有良好 的强度、韧性、硬度、耐磨性 和回火稳定性等性能。主要用 于制造各种切削刀具、成形工具 和测量工具。
(1)硬度
工具钢制成工具经热处理后具有足够高 的硬度,如用 于金属切削加工 的工具一般在HRC60以上,工具在高 的切削速度 和加工硬材料所产生高温 的受热条件下,仍能保持高 的硬度 和良好 的红硬性。碳素工具钢 和合金工具钢一般在180℃-250℃、高速工具钢在600℃左右 的工作温度下,仍能保持较高 的硬度。红硬性对热变形模具 和高速切削刀具用钢是非常重要 的性能。
(2)耐磨性
工具钢具有良好 的耐磨性,即抵抗磨损 的能力。工具在承受相当大 的压力 和摩擦力 的条件下,仍能保持其形状 和尺寸不变。
(3)强度 和韧性
工具钢具有一定 的强度 和韧性,使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动 和弯曲等复杂 的应力,以保证工具 的正常使用。
(4)其他性能
由 于各种工具 的工作条件不同,工具用钢还具有一些其他性能,如模具用钢还应具有一定 的高温力学性能、热疲劳性能、导热性 和耐腐蚀性能等。
工具钢除了具有上述使用性能外,还应具有良好 的工艺性能。
(1)加工性
工具钢应具有良好 的热压力加工性能 和机械加工性能,才能保证工具 的制造 和使用。钢 的加工性取决 于化学成分、组织 和质量。
(2)淬火温度范围
工具钢 的淬火温度范围应足够宽,以减少过热 的可能性。
(3)淬硬性 和淬透性
淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度 的性能。淬硬性主要与钢 的化学成分特别是碳含量有关,碳含量越高,则钢 的淬硬性越高。 淬透性表示钢在淬火后从表面到内部 的硬度分布状况。淬透性 的高低与钢 的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用 于制造不同 的工具,对这两种性能各有一定 的要求。
(4)脱碳敏感性
工具表面发生脱碳,将使表面层硬度降低,因此要求工具钢 的脱碳敏感性低。在相同 的加热条件下,钢 的脱碳敏感性取决 于其化学成分。
(5)热处理变形性
工具在热处理时,要求其尺寸 和外形稳定。
(6)磨削性
对制造刀具 和量具用钢。要求具有良好 的磨削性。钢 的磨削性与其化学成分有关,特别是钒含量,如果钒质量分数不小 于0.50%则磨削性变坏。
工具钢 的分类
一、碳素工具钢
碳素工具钢 的碳质量分数较高,在0.65-1.35%之间,按其组织属 于亚共析、共析或过共析钢。碳素工具钢热处理后表面可得到较高 的硬度 和耐磨性,心部有较好 的韧性;退火硬度低(不大 于HB207),加工性能良好。但其红硬性差,当工作温度达250℃时,钢 的硬度 和耐磨性急剧下降,硬度下降到HRC60以下、这类钢 的淬透性低。较大 的工具不能淬透(水中淬透直径为15mm),水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大。使工具在淬火时易产生变形。或形成裂纹此外,其淬火温度范围窄,在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳 和变形。
碳素工具钢 的硬度与钢中 的碳含量 和工具 的尺寸有关,其硬度 和力学性能除与碳含量有关外,还与淬火 和回火 的温度有关。过高或过低 的淬火温度同样对碳素工具钢 的力学性能 和耐磨性都是不利 的,碳素工具钢淬火后必须进行低温回火,以使淬火后 的残余应力得到部分消除,避免因产生过大应力而开裂或变形,并且在不降低或稍许降低硬度 的情况下,提高其强度 和塑性。 碳素工具钢中 的碳含量对经淬水及低温回火 的强度 和塑性有影响。亚共析钢强度随着碳含量增加而增加,到0.60-0.70%时达最大值,其后强度随着碳含量 的增加而降低,至接近共析钢成分时强度最低,之后,其强度又随碳含量增加而增加,当碳含量大 于0.15%时,强度又随碳含量增加而下降。
可以看出,亚共析成分 的钢,如T7、T7A,具有较好 的塑性 和强度,适 于制造受冲击负荷 的工具 和切削软材料 的刀具;共析成分 的钢,如T8、T8A、T9、T9A,其强度 和塑性较低,加热时容易过热,变形较大,不适用 于制造受冲击大 的工具,但热处理后具有较高 的硬度 和耐磨性;过共析成分 的钢,如T10、T10A、T11、T11A,具有较好 的综合力学性能,如硬度、耐磨性 和韧性等,主要用 于制造不受突然震动 的工具;如T12、T12A,具有高 的硬度 和耐磨性,但韧性低,用 于不受震动 和冲击 的工具。 用碳素工具钢制造 的工具,其工作条件不同要求也不同。刃具钢要求高 的硬度、耐磨性 和红硬性;量具钢除要求高 的硬度、耐磨性外,还要求高 的尺寸稳定性 和足够 的韧性;冷作模具钢除要求高 的硬度、耐磨性外,还要求高 的强度、足够 的韧性 和良好 的工艺性能。
二、合金工具钢
合金工具钢 的淬硬性、淬透性、耐磨性 和韧性均比碳素工具钢高,按用途大致可分为刃具、模具 和量具用钢3类。其中碳含量高 的钢(碳质量分数大 于0.80%)多用 于制造刃具、量具 和冷作模具,这类钢淬火后 的硬度在HRC60以上,且具有足够 的耐磨性;碳含量中等 的钢(碳质量分数0.35%-0.70%)多用 于制造热作模具,这类钢淬火后 的硬度稍低,为HRC50-55,但韧性良好。
(一)刃具用钢 刃具在工作条件下产生强烈 的磨损并发热,还有震动 和承受一定 的冲击负荷。刃具用钢应具有高 的硬度、耐磨性、红硬性 和良好 的韧性。为了保证其具有高 的硬度,满足形成合金碳化物 的需要,钢中碳质量分数一般在0.80%-1.45%,铬是这类钢 的主要合金元素,质量分数一般在0.50%-1.70%,有 的钢还含有钨,以提高切削金属 的性能。这类工具钢因含有合金元素,因此淬透性比碳素工具钢好,热处理产生 的变形小,具有高 的硬度 和耐磨性。常用 的钢类有铬钢、硅铬钢 和铬钨锰钢等。
(二)模具用钢
模具大致可分为冷作模具、热作模具 和塑料模具3类,用 于锻造、冲压、切料、压型、压铸等,由 于各种模具用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢 的性能要求也不同。 冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝板、滚丝板、冷镦模 和冷挤压模等。冷作模具用钢,按其所制造模具 的工作条件,应具有高 的硬度、强度、耐磨隆,足够 的韧性,以及高 的淬透性、淬硬性 和其他工艺性能。用 于这类用途 的合金工具钢一般属 于高碳合金钢,碳质量分数在0.80%以上,铬是这类钢 的重要合金元素,其质量分数通常不大 于5%。但对 于一些耐磨性要求很高,淬火后变形很小 的模具用钢,最高铬质量分数町达13%,并且为了形成大量碳化物,钢中碳质量分数也很高,最高可达2.0%-2.3%。冷作模具钢 的碳含量较高,其组织大部分属 于过共析钢或莱氏体钢。常用 的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。 热作模具分为锤锻、模锻、挤压 和压铸几种主要类型,包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模 和金属压铸模等。热变形模具用 于使热态金属或液态金属获得所需要 的形状,制成所需要 的产品。这种模具在工作中除要承受巨大 的机械应力外,还要承受反复热 和冷却 的作用,而引起很大 的热应力。热作模具钢除应具有高 的硬度、强度、红硬性、耐磨性 的韧性外,还应具有良好 的高温强度、热疲劳稳定性、导热性 和耐蚀性,此外还要求具有较高 的淬透性,以保证整 个截面具有一致 的力学性能。
对 于压铸模用钢,还应具有表面层经反复受热 和冷却不产生裂纹,以及经受液态金属流 的冲击 和侵蚀 的性能。这类钢一般属 于中碳合金钢,碳质量分数在0.30%-0.60%,属 于亚共析钢,也有一部分钢由 于加入较多 的合金元素(如钨、钼、钒等)而成为共析或过共析钢。常用 的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。 塑料模具包括热塑性塑料模具 和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定 的强度、硬度、耐磨性、热稳定性 和耐蚀性等性能。此外,还要求具有良好 的工艺性能,如热处理变形小、加工性能好、耐蚀性好、研磨 和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好 和工作条件下尺寸 和形状稳定等。一般情况下,注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢;热固成形 和要求高耐磨、高强度 的模具可选用冷作模具钢。
(三)量具用钢
量具应具有良好 的尺寸稳定性、高耐磨性、高硬度 和一定 的韧性。因此,量具用钢应具有硬度高、组织稳定、耐磨性好,以及良好 的研磨 和加工性能、热处理变形小、膨胀系数小 和耐蚀性好。这类钢一般属 于过共析钢。加入 的合金元素有铬、锰、钨、钼等。常用 的钢类有铬钢、铬钨锰钢、锰钒钢等。
三、高速工具钢
高速工具钢主要用 于制造高效率 的切削刀具,由 于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性,也用 于制造性能要求高 的模具、轧辊、高温轴 和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后 的使用硬度可达HRC63以上,在600℃左右 的工作温度下仍能保持高 的硬度,而且其韧性、耐磨性 和耐热性均较好。退火状态 的高速工具钢还具有较好 的机械加工性能,可制造各种形状复杂 的精密工具。高速工具钢 的主要合金元素有钨、钼、铬、钒,还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属 于高碳高合金莱氏体钢,其主要 的组织特征之一是含有大量 的碳化物。铸态高速工具钢中 的碳化物是共晶碳化物,经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中,称为一次碳化物;从奥氏体 和马氏体基体中析出 的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢 的性能影响很大,特别是二次碳化物,其对钢 的奥氏体晶粒度 和二次硬化等性能有很大影响。碳化物 的数量、类型与钢 的化学成分有关,而碳化物 的颗粒度 和分布则与钢 的变形量有关。钨、钼是高速工具钢 的主要合金元素,对钢 的二次硬化 和其他性能起重要 的作用。铬对钢 的淬透性、抗氧化性 和耐磨性起重要作用,对二次硬化也有一定 的作用。
钒对钢 的二次硬化 和耐磨性起重要作用,但降低可磨削性。钴是非碳化物形成 的元素,可以改善钢 的二次硬化 和耐热性能,铝可改善钢 的切削性能。 高速工具钢 的淬火温度很高,接近熔点,其目 的是使合金碳化物更多地溶入基体中,使钢具有更好 的二次硬化能力。高速工具钢淬火后温度升高,此为第一次硬化,但淬火温度越高,则回火后 和强度 和韧性越低。淬火后在350℃以下低温回火硬度下降,在350℃以上温度回火硬度逐渐提高,至520-580℃范围内回火(化学成分不同,回火温度不同)出现第二次硬度高峰,并超过淬火硬度,此为二次硬化。这是高速工具钢 的重要特性。 高速工具钢除了具有高 的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外,还具有一定 的热塑性、可磨削性等工艺性能。 钨系高速工具钢 的主要合金元素是钨,不含钼或含少量钼。其主要特性是过热敏感性小,脱碳敏感性小、热处理 和热加工温度范围较宽,但碳化物颗粒粗大,分布均匀性差,影响钢 的韧性 和塑性。 钨钼系高速工具钢 的主要合金元素是钨 和钼。其主要特性是碳化物 的颗粒度 和分布均优 于钨系高速工具钢,脱碳敏感性 和过热敏感性低 于钼系高速工具钢,使用性能 和工艺性能均较好钼系高速工具钢 的主要合金元素是钼,不含钨或含少量钨。其主要特性是碳化物颗粒细,分布均匀、韧性好,但脱碳敏感性 和过热敏感性大、热加工 和热处理范围窄。 含钴高速工具钢是在通用高速工具钢 的基础上加入一定量 的钴,可显著提高钢 的硬度、耐磨性 和韧性。 粉末高速工具钢是用粉末冶金方法生产 的。首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末,然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密 的钢坯,再经锻、轧成材。粉末高速工具钢 的碳化物细小、分布均匀,韧性、可磨削性 和尺寸稳定性等均很好,可生产用铸锭法 个可能生产 的更高 的合金元素含量 的超硬高速工具钢。
粉末高速工具钢可分为3类,第一类是含钴高速工具钢,其特点是具有接近硬质合金 的硬度,而且还具有良好 的可锻性、可加工性、可磨性 和强韧性。第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。第三类是超级耐磨高速工具钢。其硬度不太高,但耐磨性极好,主要用 于要求高耐磨并承受冲击负荷 的工作条件。