金屬材料學工模具用鋼課件

金屬材料學__第八章_工模具用鋼2022/11/1金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學__第八章_工模具用鋼2022/10/23金屬材料1主要內容8.1工具鋼的分類和基本性能要求

8.2刃具鋼：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼8.3冷作模具鋼8.4熱作模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼主要內容8.1工具鋼的分類和基本性能要求金屬材料學2重點及基本要求掌握各類鋼的典型牌號、成分特點、合金元素的作用、熱處理及應用。重點是刃具鋼、高碳高鉻模具鋼、錘鍛模用鋼。難點是高速鋼的合金元素作用、熱處理工藝制定的依據和顯微組織與性能特點。金屬材料學第八章工模具用鋼重點及基本要求掌握各類鋼的典型牌號、成分特點、合金元素的作用3工模具鋼的定義與分類定義：用來制造刃具、模具和量具的鋼種分類：刃具鋼、模具鋼和量具鋼刃具鋼：碳素鋼、低合金工具鋼和高速工具鋼。模具鋼：熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼。量具鋼用來制作量規(guī)、卡尺、樣板等．用來測量工件尺寸和形狀.金屬材料學第八章工模具用鋼工模具鋼的定義與分類金屬材料學第八章工模具用鋼4§8.1工模具鋼的性能要求、成分與熱處理特點主要矛盾工模具鋼要有優(yōu)良的耐磨性（硬度要高）；在工作過程中還要有良好的韌性。在韌度和耐磨性之間的合理平衡解決矛盾方法取決于基體馬氏體的成分與硬度和碳化物的性質、數量、形態(tài)和分布。即成分與組織狀態(tài)金屬材料學第八章工模具用鋼§8.1工模具鋼的性能要求、成分與熱處理特點主要工模具鋼要5一、

工具鋼成分與性能特點

——C含量高硬度、耐磨性、足夠的強度和韌性高C（0.6～1.3%）C↑，M（馬氏體）的硬度、切斷抗力↑，耐磨性↑C↑，碳化物的數量↑，耐磨性↑金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分與性能特點

——C含量高硬度、耐磨性、足夠的6一、

工具鋼成分、組織與性能特點

——合金元素高C，獲得大量碳化物，保證耐磨、熱穩(wěn)定性主加合金元素：強碳化物或中強碳化物形成元素，如：Cr、W、Mo、V等。作用：↑耐磨性、熱穩(wěn)定性和淬透性；

輔加元素：Mn、Si等能提高淬透性和回火穩(wěn)定性的元素金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分、組織與性能特點

——合金元素高C，獲得大量7一、

工具鋼成分、組織與性能特點

——組織為保證耐磨性第二相碳化物→球狀、細小、均勻分布規(guī)律：碳化物呈球狀、細小、均勻分布時材料的耐磨性提高金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分、組織與性能特點

——組織為保證耐磨性第二相8二、熱加工與熱處理特點－預處理第二相碳化物→球狀、細小、均勻分布碳素工具鋼和低合金工具鋼：球化退火獲得鐵素體+細小球形碳化物高合金工具鋼：C高、合金元素含量高，K多且不均勻高合金工具鋼：球化退火前要熱鍛：破碎一次碳化物（細?。┩瑫r使碳化物均勻分布獲得粒狀珠光體組織金屬材料學第八章工模具用鋼二、熱加工與熱處理特點－預處理第二相碳化物→球狀、細小、9二、熱處理特點－最終熱處理淬火+回火；組織：回火馬氏體+K淬火溫度：在Ac1～Acm，即在碳化物與奧氏體共存區(qū)原因：①碳化物的存在，可以阻止奧氏體長大，細化組織，提高韌性；②這些碳化物的存在可以提高的耐磨性；③可以用溫度高低，改變奧氏體中C含量，從而改變淬透性選擇依據：在消除有害應力的前提下，盡量保持鋼的高硬度，以保持高耐磨性回火溫度：低溫回火金屬材料學第八章工模具用鋼二、熱處理特點－最終熱處理淬火+回火；組織：回火馬氏體+K淬10三、工具鋼基本性能及檢測方法

強度塑性

靜彎或扭轉試驗→彎曲強度、撓度和扭轉強度、扭轉角；韌度硬度熱穩(wěn)定性

一般采用無缺口沖擊試樣

一般硬度60HRC以上，K可適當↑硬度2~3HRC

對高速鋼，通常就是紅硬性金屬材料學第八章工模具用鋼三、工具鋼基本性能及檢測方法強度11淬透性

斷口法→碳素工具鋼和低合金工具鋼；端淬法→合金工具鋼，以端淬曲線上60HRC處距水冷端距離表示。淬透性作用強弱順序：Si、Mn、Mo、Cr、NiMe↑淬透性,只有溶入A中，才起作用；Me作用隨鋼中含碳量而變化，如Si。工具鋼淬透性隨熱處理條件而變化,如V

注意點金屬材料學第八章工模具用鋼淬透斷口法→碳素工具鋼和低合金工具鋼；Me↑淬透性,只有12Si對不同含C量鋼的淬透性影響

V在不同淬火溫度時對淬透性的影響

金屬材料學第八章工模具用鋼Si對不同含C量鋼的淬透性影響V在不同淬火溫度時對淬透性的13§8.2刃具用鋼

一、刃具的工作條件和對刃具鋼的基本性能要求①、高切斷抗力，防止折斷、崩刃和變形②、高的耐磨性，防止人口過早和過量磨損破壞③、高硬度，使其具有高耐磨性④、高的彎曲強度和足夠的韌性⑤、高的熱穩(wěn)定性：防止高溫工作下軟化導致耐磨性下降

工具鋼熱穩(wěn)定性的衡量：用加熱時能保持一定硬度的最高溫度來表示。對高速鋼用紅硬性：正常淬火回火的高速鋼加熱到600、625、650℃，重復4次，每次1h，保持HRC60的溫度定義為～金屬材料學第八章工模具用鋼§8.2刃具用鋼一、刃具的工作條件和對刃具鋼的基本性14二、碳素工具鋼

含C量：0.65～1.35%，足夠高的硬度和較好的耐磨性。優(yōu)點：易于鍛造及切屑加工、價格便宜。缺點：淬透性差、回火抗力差典型鋼號與應用：T7~T13做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。淬透性低，斷面尺寸小于15mm的工具。

T7有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；T8易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；T10、T12耐磨性較好，強度高，但韌度低，制造不受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等金屬材料學第八章工模具用鋼二、碳素工具鋼T7有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，15最終熱處理：淬火+低溫回火淬火加熱溫度：760～800℃，防止過熱淬火冷卻方式常用水-油雙液淬火、分級淬火.回火溫度：180～210℃（常用）；200～250℃（螺紋工具，如板牙）鍛造：鍛造性好。鍛造過程中注意表面脫碳，故時間盡量短；鍛壓比要大于4球化退火：退火溫度730～800℃碳素工具鋼的熱加工與熱處理金屬材料學第八章工模具用鋼最終熱處理：淬火+低溫回火鍛造：鍛造性好。鍛造過程中注意表面16三、低合金工具鋼

是在T10或T12的基礎上合金化得到的鋼種常用合金元素：在低合金工具鋼中，常加入的合金元素為：Cr、Si、Mn、W、V。為防止碳化物分布的不均勻性，總量一般不大于4%。合金元素的作用：耐磨性和回火穩(wěn)性↑（碳化物形成元素）淬透性↑（提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Si）防止變形開裂金屬材料學第八章工模具用鋼三、低合金工具鋼合金元素的作用：金屬材料學第八章工模具用鋼17合金元素具體作用Cr:1%左右，（大于1%且C含量大于1%，引起K分布的不均勻性）作用：①提高過冷A的穩(wěn)定性，提高淬透性②使碳化物穩(wěn)定性↑，分解溫度↑，使鋼的回火抗力↑③中強碳化物形成元素，防止Si的石墨化④細化K，均勻分布，使耐磨性↑⑤降低Ms點，使殘余A量↑，使硬度↓。故總量必須控制在1%左右金屬材料學第八章工模具用鋼合金元素具體作用Cr:1%左右，（大于1%且C含量大于1%18Si的左右:①使淬透性↑②阻礙馬氏體的分解和Fe3C的聚集，使回火穩(wěn)定性↑③對Ms點影響很小，對殘余A量影響小，使刀具的尺寸穩(wěn)定性↑④Si強化F⑤是石墨化元素，易引起脫C和C的石墨化。

不單獨加入。金屬材料學第八章工模具用鋼Si的左右:金屬材料學第八章工模具用鋼19Mn:①主要淬透性↑;②使殘A量↑，減少淬火變形；③，使A晶粒粗大，過熱傾向↑W:形成穩(wěn)定的碳化物，使鋼的耐磨性和紅硬性↑

，細化A晶粒和阻止鋼的過熱。量過多，引起K分布不均勻↑V:形成VC，阻礙A長大，過熱敏感性↓,細化晶粒；回火穩(wěn)定性↑金屬材料學第八章工模具用鋼Mn:①主要淬透性↑;②使殘A量↑，減少淬火變形；③，20熱鍛特點：導熱慢，碳化物不均勻，組織脆性大。(1)加熱速度不宜太快。(2)變形量足夠大，終軋溫度較低，控制碳化物形態(tài)。(3)軋后緩冷，避免開裂。熱處理與熱加工金屬材料學第八章工模具用鋼熱鍛熱處理與熱加工金屬材料學第八章工模具用鋼21球化退火退火溫度要適當：太高，使氧化和脫碳傾向↑；太低，K過細，硬度過高，網狀碳化物不易消除。為縮短退火時間：等溫退火正火目的：在球化退火前，為消除網狀碳化物正火溫度：Acm以上。？金屬材料學第八章工模具用鋼球化退火溫度要適當：太高，使氧化和脫碳正火目的：在球化退火前22熱處理與熱加工淬火工藝淬火溫度：T淬一般與碳素工具鋼相同，為Ac1+30~50℃，但保溫時間較長。?冷卻：油冷，熔鹽分級淬火，等溫淬火(B等溫淬火和M等溫淬火)

一般組織含碳量0.5％~0.6％的M+未溶粒狀K回火低溫回火，一般小于200℃。金屬材料學第八章工模具用鋼熱處理與熱加工淬火淬火溫度：T淬一般與碳素工具鋼相同，一般含23常用低合金工具鋼的化學成分、

力學性能和用途

鋼號化學成分，wt%熱處理及硬度用途CMnSiCr其它淬火，℃淬火，HRC回火，℃回火后，HRCCr061.30-1.45≤0.40≤0.400.50-0.70-800-810，水63-65160-18062-64銼刀、刮刀、刻刀Cr20.95-1.10≤0.40≤0.401.30-1.65-830-850，油62-65150-17060-62同上9SiCr0.85-0.950.30-0.601.20-1.600.95-1.25-830-860，油62-64150-20061-63絲錐、板牙、鉆頭、鉸刀CrWMn0.90-1.050.80-1.10≤0.400.90-1.20W1.20-1.60800-830，油62-63160-20061-62拉刀、長絲錐、長鉸刀9Mn2V0.85-0.951.70-2.00≤0.40-V0.10-0.25760-780，油＞62130-17060-62絲錐、板牙、鉸刀CrW51.25-1.50≤0.40≤0.400.40-0.70W4.50-5.50800-850，油65-66160-18064-65低速切削硬金屬刃具，如車刀、銑刀金屬材料學第八章工模具用鋼常用低合金工具鋼的化學成分、

力學性能和用途鋼號化學成分，249SiCr：①Si/Cr淬透性↑，D油<40mm；②Si/Cr回穩(wěn)性↑，~250℃回火，>60HRC；③K細小、均勻→不容易崩刃；④分級淬火或等溫淬火處理，變形較??；⑤Si使鋼的脫碳傾向較大。

適于制作形狀較復雜、變形要求小工件，特別是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。金屬材料學第八章工模具用鋼9SiCr：①Si/Cr淬透性↑，D油<40mm25CrWMn：

①Cr、W、Mn復合，淬透性↑，D油=50~70mm；②AR在18~20%，淬火后變形??；③含Cr、W碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒細小→高硬度、高耐磨性；④回穩(wěn)性較好，>250℃回火，<60HRC；⑤W使碳化物易形成網狀。

適于制作要求變形小、耐磨性高的工件，如拉刀等，也可做量具及形狀較復雜的高精度沖模。金屬材料學第八章工模具用鋼CrWMn：①Cr、W、Mn復合，淬透性↑，2627在Cr鋼基礎上加入5%W，生成M6C碳化物，淬火加熱時未溶K多。①淬透性差；②高硬度，高耐磨性。CrW5金屬材料學第八章工模具用鋼27在Cr鋼基礎上加入5%W，生成M6C碳化物，淬火加熱時未27四、高速鋼

在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達600℃以上，低合金鋼刃具已不能滿足這種要求。因此，就必須選用高速鋼，它在650℃時，仍能使硬度保持HRC50以上，從而保證其切削性能和耐磨性。高速鋼刀具的切削速度可比碳素工具鋼和低合金工具鋼增加1～3倍，而耐用性增加7～14倍，因此，高速鋼在機械制造工業(yè)中被廣泛地采用。金屬材料學第八章工模具用鋼四、高速鋼在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達600281910年開始應用W18Cr4V（18－4－1）。1932年到1937年，應用鉬系，W2Mo9Cr4V和鎢－鉬系，W6Mo5Cr4V2（6－5－4－2）。1939年出現高碳高釩，超硬高速鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼1910年開始應用W18Cr4V（18－4－1）。金屬材料學29按照其成分和性能特點可分為以下幾類：⑴鎢系高速鋼：典型牌號18-4-1，美M1，俄P18。⑵鎢鉬系高速鋼：如6-5-4-2，美M2，目前應用普遍。⑶含鈷高速鋼：如W18Cr4VCo5,紅硬性高。⑷超硬高速鋼：典型牌號為W6Mo5Cr4V2Al。具有65~70HRC高硬度、高紅硬性特點，成本比鈷高速鋼低。鎢系和鎢鉬系稱為通用型高速鋼，而把其它類型稱為特殊用途高速鋼或高性能高速鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼按照其成分和性能特點可分為以下幾類：⑴鎢系高速鋼：典型牌號301、高速鋼的化學成分、鑄態(tài)組織

和碳化物類型

（1）高速鋼的化學成分我國最常見的高速鋼為鎢系和鎢鉬系，主要的合金元素是W、Mo、Cr、V和Co，屬于高合金萊氏體鋼。鋼號化學成分（%）CSiMnCrMoWVW18Cr4V0.7-0.9≤0.4≤0.43.8-4.4≤0.317.5-191.0-1.4W6Mo5Cr4V20.8-0.9≤0.4≤0.43.8-4.44.5-5.55.5-6.71.75-2.2金屬材料學第八章工模具用鋼1、高速鋼的化學成分、鑄態(tài)組織

和碳化物類型（1）高速鋼的31（2）高速鋼的平衡凝固與鑄態(tài)組織金屬材料學第八章工模具用鋼（2）高速鋼的平衡凝固與鑄態(tài)組織金屬材料學第八章工模具用鋼3233①δ黑色組織由于包晶和包共晶轉變需要固相擴散，使δ達到所需C和Me，才能轉變?yōu)棣?，所以不能充分進行。部分δ被保留，隨后發(fā)生共析轉變，δ→γ＋K，稱為δ共析。因為在金相組織中呈黑色，又稱黑色組織。金屬材料學第八章工模具用鋼33①δ黑色組織金屬材料學第八章工模具用鋼33②白亮組織γ的共析反應被抑制，過冷到較低溫度轉變?yōu)镸＋AR，在金相組織中呈白色，稱白色組織。③共晶組織共晶反應得到M6C（呈魚骨架狀）+γ（基體）稱為萊氏體（Ld′）。由于包晶和包共晶轉變不徹底，δ沒有完全消失，L相對增加，使Ld′增多。金屬材料學第八章工模具用鋼②白亮組織金屬材料學第八章工模具用鋼34鑄態(tài)組織：大量魚骨狀Ld′和中心黑色δ共析體及白亮馬氏體和殘余奧氏體。魚骨狀Ld′：

M6C為魚骨架狀，基體為γ(或M)平衡凝固組織：Ld′+K+P金屬材料學第八章工模具用鋼鑄態(tài)組織：大量魚骨狀Ld′和中心黑色δ共析體及白亮馬氏體和殘35（3）高速鋼的碳化物所有的高速鋼中，在退火狀態(tài)下都含有M6C、M23C6。MC三種碳化物。18-4-1高速鋼退火狀態(tài)的碳化物總量約為30%左右，其中M6C型碳化物約占18%，M23C6型碳化物約占8%。MC型碳化物約占1%。在淬火狀態(tài)下，只有M6C和MC。在回火（650℃）狀態(tài)有M2C、MC析出。金屬材料學第八章工模具用鋼（3）高速鋼的碳化物所有的高速鋼中，在退火狀態(tài)下都含有M6C36M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。其中Fe和W可以相互置換，形成Fe3W3C或Fe2W4C。鋼中含有的Cr、Mo、V可溶解在M6C中，Mo、V可置換W；Cr可置換Fe、W，這就使M6C穩(wěn)定性不同。如Cr溶入M6C中，使M6C穩(wěn)定性下降。淬火加熱過程中M6C可部分溶入A中，使高速鋼獲得高紅硬性和高耐磨性。未溶的？M6C的硬度為73.5HRC~77HRC。金屬材料學第八章工模具用鋼M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。金屬材37M23C6型碳化物：

是以Cr、W、Mo為主并溶有鐵等元素的碳化物（Cr、Fe、W、Mo、V）23C6。典型碳化物是Cr23C6，其穩(wěn)定性較差，淬火加熱時，全部溶于奧氏體中，增加鋼的淬透性。金屬材料學第八章工模具用鋼M23C6型碳化物：是以Cr、W、Mo為主并溶有鐵等元素的38MC型碳化物：

是以V為主的VC，也能溶解少量的W、Mo、Cr等元素。碳化物VC的穩(wěn)定性最高，即使在淬火加熱溫度下，也不能全部溶解。阻止A的長大，細化晶粒VC的最高硬度可達83~85HRC。在高溫回火過程中析出，使高速鋼產生彌散強化，從而使鋼具有高的耐磨性。金屬材料學第八章工模具用鋼MC型碳化物：是以V為主的VC，也能溶解少量的W、Mo、C39M2C和M7C3型碳化物：高速鋼在回火過程中，當溫度超過500℃時，自馬氏體中析出W2C、Mo2C，引起鋼的彌散硬化。當回火溫度超過650℃時，則析出M6C及M7C3，它們容易聚集長大，使鋼的硬度下降。金屬材料學第八章工模具用鋼M2C和M7C3型碳化物：高速鋼在回火過程中，當溫度超過5040高速鋼中碳化物的小結（1）退火狀態(tài)的碳化物：M6C、M23C6、MC、M7C3。穩(wěn)定性排序（升序）：M7C3、M23C6、M6C、MC加熱過程中溶解的先后順序：M7C3、M23C6、M6C、MC加熱過程中溶解的程度：M7C3、M23C6能完全溶解；M6C、MC部分溶解溶解的碳化物能增加鋼的淬透性和紅硬性；未溶的碳化物能細化晶粒，增加鋼的韌性和耐磨性金屬材料學第八章工模具用鋼高速鋼中碳化物的小結（1）退火狀態(tài)的碳化物：M6C、M23C41對性能的影響：塊狀、帶狀使材料呈現各向異性，降低鋼材的強度、塑性和韌性對鍛造的影響：鍛造過程中，分布集中處，材料塑性低，易造成鍛造開裂對熱處理影響:分布不均碳化物造成A中合金元素含量不同和淬透性差異對切削性能的影響:使刀具容易崩刃和磨損高速鋼中碳化物的小結（1）

——分布不均勻帶來的影響金屬材料學第八章工模具用鋼對性能的影響：塊狀、帶狀使材料呈現各向異性，降低鋼材的強度、422、高速鋼的熱加工與熱處理（1）鍛造

高速鋼的鑄態(tài)組織很不均勻。大量不均勻分布的粗大碳化物，將造成強度及韌性的下降。這種缺陷不能用熱處理工藝來矯正，必須借助于反復壓力熱加工(鍛、軋)，將粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均勻分布在基體內高速鋼在空氣中冷卻即可進行馬氏體轉變，所以鍛造或軋制以后，鋼坯應緩慢冷卻，以防止產生過高的應力導致開裂。鍛壓比大于10；W系的始鍛溫度為：1140～1180℃，終鍛溫度為900℃左右；鉬系的始鍛溫度：1000℃，終端溫度850～870℃.終鍛溫度太低引起鍛件開裂；太高，造成晶粒不正常長大。金屬材料學第八章工模具用鋼2、高速鋼的熱加工與熱處理（1）鍛造金屬材料學第八章工模具43（2）退火高速鋼鍛造以后，必須進行球化退火，其目的不僅在于降低鋼的硬度，以利切削加工，而且也為以后的淬火作組織上的準備。18-4-1鋼的AC1溫度是820-860℃，故退火溫度為860℃～880℃。在該溫度保溫2～3h。為縮短退火時間，可采用等溫退火，即在退火保溫結束后，迅速冷到720～750℃（？）保溫后爐冷到500℃出爐。退火組織為：粒狀珠光體和剩余碳化物。6－5－4－2的退火溫度取18－4－1的下限溫度金屬材料學第八章工模具用鋼（2）退火金屬材料學第八章工模具用鋼44（3）淬火18-4-1淬火溫度：1280℃；6-4-2-1：1220℃淬火溫度越高，合金元素溶入奧氏體的數量越多，淬火之后馬氏體的合金濃度越高。只有合金含量高的馬氏體才具有高的回火穩(wěn)定性，在高溫回火時析出彌散合金碳化物產生二次硬化，使鋼具有高的硬度和紅硬性。溫度超過1300℃時，各元素的溶解量雖還有增加，但奧氏體晶粒則急劇長大，甚至在晶界處發(fā)生溶化現象。使淬火鋼的韌性大大下降。所以，1280℃作為淬火溫度。金屬材料學第八章工模具用鋼（3）淬火金屬材料學第八章工模具用鋼45由于高速鋼的導熱性差，而淬火溫度又極高，為減少工件在加熱時的變形開裂和縮短高溫保持時間，減少脫碳，可采用預熱。一次預熱在800-850℃，二次預熱在800-850℃前加一次500-600℃預熱。淬火一般采用油淬空冷，對細長件和薄片刃具采用分級淬火，一般在580-620℃一次分級或在350-400℃做第二次分級。鋼的正常淬火組織是馬氏體＋碳化物＋殘余奧氏體(30%左右)金屬材料學第八章工模具用鋼由于高速鋼的導熱性差，而淬火溫度又極高，為減少工件在加熱時的46

W18Cr4V高速鋼不同淬火溫度下的組織特征正常淬火組織(400X)

欠熱組織(400X)

過熱組織(400X)

過燒組織(200X)

金屬材料學第八章工模具用鋼W18Cr4V高速鋼不同淬火溫度下47（4）回火高速鋼一般需進行三次560℃保溫1h的回火處理。金屬材料學第八章工模具用鋼（4）回火金屬材料學第八章工模具用鋼48回火溫度在500-600℃之間，鋼的硬度、強度和塑性均有提高，而在550-570℃時可達到硬度、強度的最大值。在此溫度區(qū)間，自馬氏體中析出彌散的鎢(鉬)及釩的碳化物(W2C、Mo2C、VC)，使鋼的硬度大大提高，這種現象稱為二次硬化。當回火溫度500～600℃之間時，殘余應力松弛，基體中析出了部分碳化物，使殘余奧氏體中合金元素及碳含量下降，Ms點升高。這種貧化的殘余奧氏體，在回火后的冷卻過程中，轉變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度也有所提高。即實現二次淬火。為了降低殘余奧氏體量，需增加回火冷卻次數，三次回火后殘余奧氏體量降到5%以下。正?；鼗鸷笥捕葹镠RC63～66，其組織為回火馬氏體（含有0.25%的C）+殘余A+碳化物。金屬材料學第八章工模具用鋼回火溫度在500-600℃之間，鋼的硬度、強度和塑性均有提高49高速鋼的熱處理工藝規(guī)范圖金屬材料學第八章工模具用鋼高速鋼的熱處理工藝規(guī)范圖金屬材料學第八章工模具用鋼50（5）高速鋼的表面強化為改善刃具的切削效率和提高耐用性，生產上經常對刃具進行表面強化處理。表面強化主要有化學熱處理和表面復層處理兩類。前者包括蒸氣處理、氣體軟氮化、離子氮化、氧氮化(氧氮共滲)等。表面復層處理則使金屬表面形成耐磨的碳化鈦、氮化鈦復層，許多國家已用于生產。

金屬材料學第八章工模具用鋼（5）高速鋼的表面強化金屬材料學第八章工模具用鋼51(1)碳：主要強化元素，隨著碳含量進一步增高，淬火回火后的硬度和熱硬性都增高。高C①作用：形成足夠數量的碳化物。保證馬氏體中固溶碳量。②數量：定比碳公式。符合此公式時，紅硬性（二次硬化）作用強。C＝0.033W＋0.063Mo＋0.2V＋0.06Cr基于兩個原理：合金元素形成碳化物引起鋼硬度的增加大于固溶引起的硬度增加；退火的殘余碳化物引起硬度的增加小于回火析出碳化物引起硬度增加。若碳含量很高，碳化物總量增多，碳化物不均勻性增加；淬火后殘余奧氏體量增多，需多次回火；使固相線溫度降低，淬火溫度下降。碳含量低時，則合金元素不能完全形成碳化物，使鋼的紅硬性和硬度下降。3、高速鋼的合金化金屬材料學第八章工模具用鋼(1)碳：主要強化元素，隨著碳含量進一步增高，淬火回火后的52(2)W、Mo

W：造成紅硬性的主要元素。但是會使鋼的導熱性變差。退火時主要以M6C型碳化物存在。淬火加熱時：一部分M6C型碳化物溶入奧氏體一部分M6C型碳化物未溶入奧氏體金屬材料學第八章工模具用鋼(2)W、Mo金屬材料學第八章工模具用鋼53溶入奧氏體的W、Mo：①強烈阻礙回火時馬氏體中碳原子析出，提高回火穩(wěn)定性，在600℃回火時，仍為過飽和固溶體，具有高的紅硬性。②回火時在馬氏體中彌散析出M2C，造成二次硬化，具有高的紅硬性和耐磨性金屬材料學第八章工模具用鋼溶入奧氏體的W、Mo：金屬材料學第八章工模具用鋼54未溶入奧氏體的M6C型碳化物：①強烈阻止奧氏體晶粒長大。保證淬火加熱采用1220－1310℃的高溫，使足夠數量的碳化物溶入奧氏體，保證高的紅硬性。②提高耐磨性。金屬材料學第八章工模具用鋼未溶入奧氏體的M6C型碳化物：金屬材料學第八章工模具用鋼55Mo的作用與鎢相同，1%Mo可取代2%WMo取代W帶來的好處和不足：鉬使共晶碳化物由魚骨狀變成細鳥巢狀，減小碳化物的不均勻性；鉬系抗彎強度和韌性遠高于鎢系；熱硬性略低；脫碳傾向大。淬火加熱溫度低。金屬材料學第八章工模具用鋼Mo的作用與鎢相同，1%Mo可取代2%W金屬材料學第八章工模56

（3）鉻所有高速鋼都含有4%Cr作用：提高淬透性，也增加耐蝕性、切削性能和抗氧化能力。Cr在鋼中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物中。淬火加熱Cr幾乎全部溶于奧氏體中，主要提高淬透性。金屬材料學第八章工模具用鋼（3）鉻金屬材料學第八章工模具用鋼57（4）釩

細化晶粒，提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。V在鋼中主要以VC存在，也溶于其他類型碳化物。淬火加熱時，VC部分溶于奧氏體中，未溶部分阻礙奧氏體晶粒長大，溶解部分使馬氏體回火穩(wěn)定性提高；回火時析出彌散VC產生二次硬化，提高熱硬性。高速鋼中含V量增多，熱硬性明顯提高。高V高速鋼中，鳥巢狀的共晶碳化物VC增多，可達10%左右，提高鋼的耐磨性，但也使切削加工性能降低。高V高速鋼屬于高熱硬性高耐磨性鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼（4）釩金屬材料學第八章工模具用鋼58

（5）鈷提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。降低韌性、增大脫碳傾向。淬火加熱時溶于奧氏體中，提高馬氏體的回火穩(wěn)定性。Co與W和Mo原子間結合力強，可減輕W和Mo原子擴散速率，減慢合金碳化物析出和聚集長大，增加熱硬性。金屬材料學第八章工模具用鋼（5）鈷金屬材料學第八章工模具用鋼59（6）微合金元素氮：提高熱硬性，同時也提高抗彎強度和撓度，改善韌性。N溶于碳化物中，形成合金碳氮化物，使M6C碳化物穩(wěn)定性提高，減小聚集傾向。N細化奧氏體晶粒，提高晶界開始熔化溫度，因而提高了淬火溫度和合金元素溶解量，增加回火硬度和熱硬性。稀土元素：提高鋼在900-1150℃間的熱塑性。加入稀土元素降低硫在晶界的偏聚，提高熱塑性。金屬材料學第八章工模具用鋼（6）微合金元素金屬材料學第八章工模具用鋼60（1）過熱由于淬火溫度過高等原因，造成晶粒過大，剩余碳化物數量減少，碳化物出現粘連、拖尾、角狀或沿晶界呈網狀分布的現象稱為過熱。（2）過燒淬火溫度接近鋼的熔化溫度，晶界熔化，出現萊氏體及黑色組織，稱為過燒。過燒的刃具，常常出現嚴重的變形或皺皮現象，這種缺陷是不可挽救的。4、高速鋼刃具的熱處理缺陷金屬材料學第八章工模具用鋼（1）過熱4、高速鋼刃具的熱處理缺陷金屬材料學第八章工模具61（3）脫碳表面脫碳使工具的硬度降低，金相組織中出現明顯的鐵素體，在其基體上還有碳化物存在。鋼的表層脫碳，使Ms點升高，在淬火時，表層先轉變?yōu)轳R氏體，形成一層薄的硬殼，隨后心部進行馬氏體轉變時，體積膨脹，表層受到張應力，易于引起開裂，同時其硬度和耐磨性也降低，從而大大降低刃具壽命。（4）萘狀斷口萘狀斷口呈閃光粗粒狀，有如萘光，故得名。其金相組織為粗大的晶粒。產生萘狀斷口的刀具，強度、韌性極低，使用時易崩刃或折斷，是一種不可挽救的缺陷。萘斷口的形成主要是由于停鍛溫度過高(1050～1100℃)，而且變形量又在10～15％左右，或由于需返修而進行兩次淬火，其間未經退火造成的。如果淬火前不進行充分退火，也容易產生萘狀斷口。金屬材料學第八章工模具用鋼（3）脫碳金屬材料學第八章工模具用鋼625、常用鋼號W系高速鋼：W18Cr4V（18-4-1）型W-Mo系高速鋼:6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）型Co系高速鋼:在前二者基礎上增加5-15%Co。如：W18Cr4VCo5，W6Mo5Cr4V2Co8。超硬高速鋼:高V：W6Mo4Cr4V5Si。加Al：W10Mo4Cr4V3Al。金屬材料學第八章工模具用鋼5、常用鋼號W系高速鋼：W18Cr4V（18-4-1）型金屬63

金屬在冷態(tài)下變形

拉延、沖壓、冷鐓或冷擠成形等共同特點

工作T不高，模具主要承受高壓力或沖擊力，有強烈的摩擦

主要技術要求為具有高硬度和耐磨性，有一定韌性技術要求§8.3冷變形模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼金屬在冷拉延、沖壓、冷鐓或共同工作T不高，模具主64一、冷作模具鋼的概況1.用途制造使金屬在常溫狀態(tài)下變形的模具。2.性能要求(1)高硬度、高強度、高耐磨性。(2)一定的韌性。(3)淬透性高。(4)淬火變形小。金屬材料學第八章工模具用鋼一、冷作模具鋼的概況金屬材料學第八章工模具用鋼65

3.常用鋼種(1)碳素及低合金工具鋼。(2)高鉻及中鉻冷作模具鋼。(3)基體鋼及低碳高速鋼。(4)新型冷作模具鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼3.常用鋼種金屬材料學第八章工模具用鋼66二、碳素及低合金模具鋼1、碳素模具鋼常用的冷變形模具鋼有:T8A、T10A、T12A等。特點：可加工性好；價格便宜。缺點：淬透性差、耐磨性差、淬火變形大、壽命低用途：制造尺寸不大，形狀簡單，負荷不大的模具或硬化層不深、要求高韌性的冷鐓模金屬材料學第八章工模具用鋼二、碳素及低合金模具鋼1、碳素模具鋼金屬材料學第八章工模具用672、低合金冷變形模具鋼常用低合金冷變形模具鋼有9Mn2V、CrWMn、GCr15、9SiCr等。性能特點：和碳素工具鋼相比，這類鋼的淬透性比較高，熱處理變形較小，耐磨性也較好。用途：制造工具尺寸較大、形狀比較復雜、精度要求相對較高的模具。金屬材料學第八章工模具用鋼2、低合金冷變形模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼68三、高鉻及中鉻冷作模具鋼高C高鉻冷作模具鋼成分特點：較高的C（1.4～2.3%）、大量的Cr（11~13%)、少量的Mo、V。Mo（W）、V的作用：提高回火穩(wěn)定性、增加淬透性、細化組織、改善韌性。主要鋼號：Cr12：2-2.3%C，12%Cr。Cr12MoV：1.45-1.7%C，12%Cr，0.5%Mo，0.2%V。金屬材料學第八章工模具用鋼三、高鉻及中鉻冷作模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼692、高碳高鉻冷變形模具鋼熱加工與熱處理高碳高鉻冷變形模具鋼的鍛造與退火：高碳高鉻型鋼的組織和性能與高速鋼有許多相似之處，也屬于萊氏體鋼。鑄態(tài)組織也有共晶萊氏體存在，必須通過軋制或鍛造，破碎共晶碳化物，也減少碳化物的不均勻分布。鍛造后通常采用等溫球化退火進行軟化。A1溫度為800℃~820℃，所以等溫球化退火的加熱溫度一般為850℃~870℃，保溫3h~4h；退火等溫溫度為720℃~740℃，保溫6h~8h，爐冷至小于500℃出爐空冷，如下圖。等溫球化退火后的組織與高速鋼的退火組織相似，為索氏體型珠光體+粒狀碳化物。退火后硬度為207~267HB。

金屬材料學第八章工模具用鋼2、高碳高鉻冷變形模具鋼熱加工與熱處理高碳高鉻冷變形模具鋼的70金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學第八章工模具用鋼71高碳高鉻冷變形模具鋼的淬火和回火隨著加熱溫度的升高，合金碳化物Cr7C3繼續(xù)向奧氏體中溶解，增加了奧氏體中碳和鉻的濃度，可獲得較高的淬火硬度。淬火溫度升高到1050℃時，淬火硬度達最大值。若淬火溫度再升高，由于奧氏體中合金元素增多，使Ms點下降，從而導致殘余奧氏體量的增加，硬度急劇下降。見下圖。金屬材料學第八章工模具用鋼高碳高鉻冷變形模具鋼的淬火和回火隨著加熱溫度的升高，合金碳化72金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學第八章工模具用鋼73

高碳高鉻型鋼的淬火、回火處理有下列兩種工藝方法：(1)一次硬化處理

采用較低的淬火溫度并進行低溫回火。選用較低的淬火溫度，晶粒較細，鋼的強度和韌性較好。通常Cr12MoV鋼選用980～1030℃淬火，如希望得到較高的硬度，淬火溫度可取上限?；鼗饻囟纫话阍?50-170℃。硬度HRC61-63?；鼗饻囟壬邥r硬度降低,但強度和韌性提高。大多數Cr12型鋼制作冷變形模具均采用此工藝。金屬材料學第八章工模具用鋼高碳高鉻型鋼的淬火、回火處理有下列兩種工藝方法：金屬74(2)二次硬化處理在較高的溫度淬火（如，對Cr12MoV采用1050～1080℃的淬火溫度），然后進行多次（2～3次）高溫回火（490～520℃），以達到二次硬化的目的。這樣可以獲得高的回火穩(wěn)定性，但稍降低鋼的強度和韌性。二次硬化處理適于工作溫度較高(400-500℃)且負荷不大或淬火后表面需要氮化的模具。金屬材料學第八章工模具用鋼(2)二次硬化處理金屬材料學第八章工模具用鋼75高碳高鉻冷變形模具鋼具有以下特點：

①高的耐磨性和硬度：回火時析出淬火溶解的大量碳化物M7C3。②高的淬透性：淬火加熱時A中溶解了大量合金元素Cr、Mo等，提高過冷奧氏體穩(wěn)定性。直徑大于200～300mm的工模具，可以完全淬透。650-350℃有過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)。③淬火變形?。和ㄟ^調節(jié)淬火溫度來調節(jié)淬火組織中殘余A的量，從而調節(jié)淬火變形量（？）。④高的紅硬性：高溫回火處理產生二次硬化⑤鑄態(tài)組織為高碳亞共晶組織；淬火加熱時有大量未溶碳化物（Cr7C3），耐磨性好。⑥碳化物不均勻比較嚴重：（？）需通過鍛造或軋制來改善其分布的均勻性。金屬材料學第八章工模具用鋼高碳高鉻冷變形模具鋼具有以下特點：金屬材料學第八章工模具用76四、高碳中鉻模具鋼1中鉻模具鋼的成分和特點典型鋼種：Cr6WV、Cr4W2MoV和Cr5Mo1V。W、Mo、V的作用同高C高Cr模具鋼。含碳量相對低、鉻量低，屬于過共析鋼，但仍有部分萊氏體共晶。碳化物以Cr7C3為主，并有少量M6C和MC型。碳化物分布較均勻（？），退火態(tài)含有15%左右的碳化物。耐磨性好、熱處理變形小，適用于既要求耐磨性又具有一定韌性的模具。

金屬材料學第八章工模具用鋼四、高碳中鉻模具鋼1中鉻模具鋼的成分和特點金屬材料學第八772淬火、回火

Cr6WV淬火溫度通常采用960-980℃，熱油淬火，150-200℃回火，硬度HRC58-62。淬火溫度提高，可獲得最高的硬度和淬透性。耐磨性低于Cr12鋼，但有較好的強韌性。Cr4W2MoV：因含有V，能細化奧氏體晶粒，可采用一次硬化法（960～980℃淬火，260～320℃回火1h，2次）和二次硬化法（1020～1040℃淬火，500～540℃回火1～2h，3次），耐磨性，回火穩(wěn)定性比Cr6WV強。金屬材料學第八章工模具用鋼2淬火、回火Cr6WV淬火溫度通常采用960-980℃，78五、基體鋼或低碳高速鋼

所謂基體鋼系指含有高速鋼淬火組織中除過剩碳化物外的基體化學成分的鋼種?；蛘咴诟咚黉摶w成分上添加或調整合金元素并適當增減C含量，以改善鋼的性能，適宜某些用途的鋼種。這種鋼，既有高速鋼基體的強度和熱硬性，又不含有大量的未溶碳化物，故不致使韌性和疲勞強度降低。一般18-4-1和6-5-4-2高速鋼正常淬火后基體的成分如表8－15。我國研制的基體鋼成分見表8－16金屬材料學第八章工模具用鋼五、基體鋼或低碳高速鋼所謂基體鋼系指含有高速鋼淬火組織中除79金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學第八章工模具用鋼801、50Cr4Mo3W2V(1)相當于W6Mo5Cr4V2高速鋼的基體成分。C：0.5，W：2%，Mo：2.75%，Cr：4.5%，V：1%。(2)過共析鋼。(3)1110-1120℃淬火后，未溶碳化物為5%，AR較多。510-620℃，多次回火，HRc61-65。(4)制作冷作模具，使用壽命比W6Mo5Cr4V2高速鋼長。金屬材料學第八章工模具用鋼1、50Cr4Mo3W2V金屬材料學第八章工模具用鋼812、65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）(1)以高速鋼W6Mo5Cr4V2為母體，淬火基體成份為：(wt%)C,0.5;Cr,4;W,2;Mo,3;V,1。在此基礎上適當增加含碳量，添加少量Nb，調整W，Mo含量。(2)抗彎強度和沖擊韌性比高速鋼好。(3)1080℃淬火：未溶碳化物5～11%，奧氏體晶粒度11～12級，520～550℃二次回火。韌性較好。(4)制作冷作模具為主，兼作熱模具。金屬材料學第八章工模具用鋼2、65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）金屬材料學第八章工823、低碳高速鋼(1)典型鋼種6W6Mo5Cr4V。碳和釩的含量比W6Mo5Cr4V2高速鋼低。(2)屬萊氏體鋼。(3)1180-1200℃淬火,560-580℃，三次回火，HRc60-63。(4)強度、韌性和耐磨性較高，用做冷擠壓模，壽命比高鉻冷作模具鋼好。金屬材料學第八章工模具用鋼3、低碳高速鋼金屬材料學第八章工模具用鋼83五、新型冷作模具鋼為適應冷鐓模和厚板沖剪模的要求，既有良好的耐磨性，又有較高的韌性，發(fā)展的高韌、高耐磨的鋼種。典型鋼種：7Cr7Mo2V2Si。合金元素總量為12%。淬透性好，熱處理變形小。淬火加熱時未溶碳化物少（3%），韌性好。金屬材料學第八章工模具用鋼五、新型冷作模具鋼為適應冷鐓模和厚板沖剪模的要求，既有良好的84§8.4熱變形模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼§8.4熱變形模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼85

使熱或液態(tài)金屬獲得所需形狀

模具是在反復受熱和冷卻條件下工作.模具受熱時間越長，受熱程度就越嚴重.許多模具還受到較大沖擊力。工作條件苛刻

模具鋼應具有高抗熱塑性變形能力、高韌性、高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性服役條件技術要求金屬材料學第八章工模具用鋼使熱或液態(tài)金屬獲得所需形狀模具是在反復受熱和冷86

鋼碳含量質量分數一般在0.3~0.6%，還加入Cr、Mo、W、Si、Mn、V等合金元素，以提高鋼的各種性能。根據工作條件熱作模具鋼可分為三大類：熱錘鍛模具鋼，熱擠壓、熱鐓鍛及精鍛模具鋼和壓鑄模用鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼鋼碳含量質量分數一般在0.3~0.6%，還加金屬87一、熱鍛模鋼1.工作條件(1)沖擊負荷大。(2)壓應力，張應力和彎曲應力大。；(3)熱疲勞。表面反復加熱到400℃，再冷卻。(4)摩擦。金屬材料學第八章工模具用鋼一、熱鍛模鋼金屬材料學第八章工模具用鋼882、性能要求(1)高的強度和高的沖擊韌性；(2)一定的硬度和耐磨性（HRC33～47）(3)高的淬透性,使模具鋼整體性能均勻(4)良好的導熱性；(5)優(yōu)良的耐熱疲勞。金屬材料學第八章工模具用鋼2、性能要求金屬材料學第八章工模具用鋼89二、熱擠壓模和壓鑄模鋼1、工作條件(1)使高溫金屬擠壓變形或凝固；(2)反復加熱、冷卻，因和高溫金屬接觸時間長，其熱疲勞和熱沖刷比熱鍛模嚴重。(3)高溫金屬或金屬液流的腐蝕作用。金屬材料學第八章工模具用鋼二、熱擠壓模和壓鑄模鋼金屬材料學第八章工模具用鋼902.性能要求(1)良好的高溫機械性能（強度、韌性、耐磨性）；(2)優(yōu)良的抗熱燒蝕性能（包括：耐熱疲勞性和抗氧化性）和抗熱沖刷能力(3)耐腐蝕性。（4）良好的導熱能力（5）高的淬透性金屬材料學第八章工模具用鋼2.性能要求金屬材料學第八章工模具用鋼91三、塑料模具用鋼

對塑料模的要求：①加工表面應有高的光潔度，所以要求模具材料夾雜物少，組織均勻，表面硬度高；②表面耐磨耐蝕，能長期保持表面光潔度；③有足夠的強韌性，能承受一定負荷而不變形；④變形要小，以保證互換性和配合精度。

塑料模具用鋼范圍非常廣泛，作為塑料模具專用鋼并已納入國家標準的僅有十余個.金屬材料學第八章工模具用鋼三、塑料模具用鋼①加工表面應有高的光潔度，所以要求模具92塑料模制造成本高，材料費只占模具成本的一小部分，一般在10~20%，有時甚至低于10%。因此模具材料一般是優(yōu)先選用工藝性好、性能穩(wěn)定和使用壽命長的材料。常用牌號有SM4Cr5MoSiV、SM2Cr13等。（S代表塑料、M代表模具）金屬材料學第八章工模具用鋼塑料模制造成本高，材料費只占模具成本金屬材料學第八章工模具用93四、熱變形模具鋼的化學成分、熱處理1、成分：與合金調質鋼相似，C≤0.5%（個別可達0.6～0.7%），保證鋼具有足夠的韌性；含有Cr、Mn、Ni、Si等合金元素，強化鐵素體和增加淬透性，屬于亞共析鋼；為防止回火脆性，提高熱強性、熱疲勞性和耐磨性，需要加入W、Mo、Cr、Si。具有高的熱強性、熱疲勞性和耐磨性是熱變形模具鋼在性能上區(qū)別合金調質鋼的重要特點。常見的鋼種與成分見表8－17金屬材料學第八章工模具用鋼四、熱變形模具鋼的化學成分、熱處理1、成分：金屬材料學第八章94金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學第八章工模具用鋼952、熱處理最終熱處理：淬火+高溫回火。獲得回火屈氏體或回火索氏體組織。保證高韌性、高溫熱強性和高溫熱疲勞性。W、Mo、V等碳化物在回火時析出，產生二次硬化，使模具鋼在較高溫度下仍然保持相當高的硬度，這是熱變形模具鋼正常工作的重要條件之一。各種模具鋼的熱處理工藝見表8－18金屬材料學第八章工模具用鋼2、熱處理金屬材料學第八章工模具用鋼96金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學第八章工模具用鋼97演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/11/1金屬材料學第八章工模具用鋼演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew98金屬材料學__第八章_工模具用鋼2022/11/1金屬材料學第八章工模具用鋼金屬材料學__第八章_工模具用鋼2022/10/23金屬材料99主要內容8.1工具鋼的分類和基本性能要求

8.2刃具鋼：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼8.3冷作模具鋼8.4熱作模具鋼金屬材料學第八章工模具用鋼主要內容8.1工具鋼的分類和基本性能要求金屬材料學100重點及基本要求掌握各類鋼的典型牌號、成分特點、合金元素的作用、熱處理及應用。重點是刃具鋼、高碳高鉻模具鋼、錘鍛模用鋼。難點是高速鋼的合金元素作用、熱處理工藝制定的依據和顯微組織與性能特點。金屬材料學第八章工模具用鋼重點及基本要求掌握各類鋼的典型牌號、成分特點、合金元素的作用101工模具鋼的定義與分類定義：用來制造刃具、模具和量具的鋼種分類：刃具鋼、模具鋼和量具鋼刃具鋼：碳素鋼、低合金工具鋼和高速工具鋼。模具鋼：熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼。量具鋼用來制作量規(guī)、卡尺、樣板等．用來測量工件尺寸和形狀.金屬材料學第八章工模具用鋼工模具鋼的定義與分類金屬材料學第八章工模具用鋼102§8.1工模具鋼的性能要求、成分與熱處理特點主要矛盾工模具鋼要有優(yōu)良的耐磨性（硬度要高）；在工作過程中還要有良好的韌性。在韌度和耐磨性之間的合理平衡解決矛盾方法取決于基體馬氏體的成分與硬度和碳化物的性質、數量、形態(tài)和分布。即成分與組織狀態(tài)金屬材料學第八章工模具用鋼§8.1工模具鋼的性能要求、成分與熱處理特點主要工模具鋼要103一、

工具鋼成分與性能特點

——C含量高硬度、耐磨性、足夠的強度和韌性高C（0.6～1.3%）C↑，M（馬氏體）的硬度、切斷抗力↑，耐磨性↑C↑，碳化物的數量↑，耐磨性↑金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分與性能特點

——C含量高硬度、耐磨性、足夠的104一、

工具鋼成分、組織與性能特點

——合金元素高C，獲得大量碳化物，保證耐磨、熱穩(wěn)定性主加合金元素：強碳化物或中強碳化物形成元素，如：Cr、W、Mo、V等。作用：↑耐磨性、熱穩(wěn)定性和淬透性；

輔加元素：Mn、Si等能提高淬透性和回火穩(wěn)定性的元素金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分、組織與性能特點

——合金元素高C，獲得大量105一、

工具鋼成分、組織與性能特點

——組織為保證耐磨性第二相碳化物→球狀、細小、均勻分布規(guī)律：碳化物呈球狀、細小、均勻分布時材料的耐磨性提高金屬材料學第八章工模具用鋼一、工具鋼成分、組織與性能特點

——組織為保證耐磨性第二相106二、熱加工與熱處理特點－預處理第二相碳化物→球狀、細小、均勻分布碳素工具鋼和低合金工具鋼：球化退火獲得鐵素體+細小球形碳化物高合金工具鋼：C高、合金元素含量高，K多且不均勻高合金工具鋼：球化退火前要熱鍛：破碎一次碳化物（細?。┩瑫r使碳化物均勻分布獲得粒狀珠光體組織金屬材料學第八章工模具用鋼二、熱加工與熱處理特點－預處理第二相碳化物→球狀、細小、107二、熱處理特點－最終熱處理淬火+回火；組織：回火馬氏體+K淬火溫度：在Ac1～Acm，即在碳化物與奧氏體共存區(qū)原因：①碳化物的存在，可以阻止奧氏體長大，細化組織，提高韌性；②這些碳化物的存在可以提高的耐磨性；③可以用溫度高低，改變奧氏體中C含量，從而改變淬透性選擇依據：在消除有害應力的前提下，盡量保持鋼的高硬度，以保持高耐磨性回火溫度：低溫回火金屬材料學第八章工模具用鋼二、熱處理特點－最終熱處理淬火+回火；組織：回火馬氏體+K淬108三、工具鋼基本性能及檢測方法

強度塑性

靜彎或扭轉試驗→彎曲強度、撓度和扭轉強度、扭轉角；韌度硬度熱穩(wěn)定性

一般采用無缺口沖擊試樣

一般硬度60HRC以上，K可適當↑硬度2~3HRC

對高速鋼，通常就是紅硬性金屬材料學第八章工模具用鋼三、工具鋼基本性能及檢測方法強度109淬透性

斷口法→碳素工具鋼和低合金工具鋼；端淬法→合金工具鋼，以端淬曲線上60HRC處距水冷端距離表示。淬透性作用強弱順序：Si、Mn、Mo、Cr、NiMe↑淬透性,只有溶入A中，才起作用；Me作用隨鋼中含碳量而變化，如Si。工具鋼淬透性隨熱處理條件而變化,如V

注意點金屬材料學第八章工模具用鋼淬透斷口法→碳素工具鋼和低合金工具鋼；Me↑淬透性,只有110Si對不同含C量鋼的淬透性影響

V在不同淬火溫度時對淬透性的影響

金屬材料學第八章工模具用鋼Si對不同含C量鋼的淬透性影響V在不同淬火溫度時對淬透性的111§8.2刃具用鋼

一、刃具的工作條件和對刃具鋼的基本性能要求①、高切斷抗力，防止折斷、崩刃和變形②、高的耐磨性，防止人口過早和過量磨損破壞③、高硬度，使其具有高耐磨性④、高的彎曲強度和足夠的韌性⑤、高的熱穩(wěn)定性：防止高溫工作下軟化導致耐磨性下降

工具鋼熱穩(wěn)定性的衡量：用加熱時能保持一定硬度的最高溫度來表示。對高速鋼用紅硬性：正常淬火回火的高速鋼加熱到600、625、650℃，重復4次，每次1h，保持HRC60的溫度定義為～金屬材料學第八章工模具用鋼§8.2刃具用鋼一、刃具的工作條件和對刃具鋼的基本性112二、碳素工具鋼

含C量：0.65～1.35%，足夠高的硬度和較好的耐磨性。優(yōu)點：易于鍛造及切屑加工、價格便宜。缺點：淬透性差、回火抗力差典型鋼號與應用：T7~T13做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。淬透性低，斷面尺寸小于15mm的工具。

T7有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；T8易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；T10、T12耐磨性較好，強度高，但韌度低，制造不受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等金屬材料學第八章工模具用鋼二、碳素工具鋼T7有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，113最終熱處理：淬火+低溫回火淬火加熱溫度：760～800℃，防止過熱淬火冷卻方式常用水-油雙液淬火、分級淬火.回火溫度：180～210℃（常用）；200～250℃（螺紋工具，如板牙）鍛造：鍛造性好。鍛造過程中注意表面脫碳，故時間盡量短；鍛壓比要大于4球化退火：退火溫度730～800℃碳素工具鋼的熱加工與熱處理金屬材料學第八章工模具用鋼最終熱處理：淬火+低溫回火鍛造：鍛造性好。鍛造過程中注意表面114三、低合金工具鋼

是在T10或T12的基礎上合金化得到的鋼種常用合金元素：在低合金工具鋼中，常加入的合金元素為：Cr、Si、Mn、W、V。為防止碳化物分布的不均勻性，總量一般不大于4%。合金元素的作用：耐磨性和回火穩(wěn)性↑（碳化物形成元素）淬透性↑（提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Si）防止變形開裂金屬材料學第八章工模具用鋼三、低合金工具鋼合金元素的作用：金屬材料學第八章工模具用鋼115合金元素具體作用Cr:1%左右，（大于1%且C含量大于1%，引起K分布的不均勻性）作用：①提高過冷A的穩(wěn)定性，提高淬透性②使碳化物穩(wěn)定性↑，分解溫度↑，使鋼的回火抗力↑③中強碳化物形成元素，防止Si的石墨化④細化K，均勻分布，使耐磨性↑⑤降低Ms點，使殘余A量↑，使硬度↓。故總量必須控制在1%左右金屬材料學第八章工模具用鋼合金元素具體作用Cr:1%左右，（大于1%且C含量大于1%116Si的左右:①使淬透性↑②阻礙馬氏體的分解和Fe3C的聚集，使回火穩(wěn)定性↑③對Ms點影響很小，對殘余A量影響小，使刀具的尺寸穩(wěn)定性↑④Si強化F⑤是石墨化元素，易引起脫C和C的石墨化。

不單獨加入。金屬材料學第八章工模具用鋼Si的左右:金屬材料學第八章工模具用鋼117Mn:①主要淬透性↑;②使殘A量↑，減少淬火變形；③，使A晶粒粗大，過熱傾向↑W:形成穩(wěn)定的碳化物，使鋼的耐磨性和紅硬性↑

，細化A晶粒和阻止鋼的過熱。量過多，引起K分布不均勻↑V:形成VC，阻礙A長大，過熱敏感性↓,細化晶粒；回火穩(wěn)定性↑金屬材料學第八章工模具用鋼Mn:①主要淬透性↑;②使殘A量↑，減少淬火變形；③，118熱鍛特點：導熱慢，碳化物不均勻，組織脆性大。(1)加熱速度不宜太快。(2)變形量足夠大，終軋溫度較低，控制碳化物形態(tài)。(3)軋后緩冷，避免開裂。熱處理與熱加工金屬材料學第八章工模具用鋼熱鍛熱處理與熱加工金屬材料學第八章工模具用鋼119球化退火退火溫度要適當：太高，使氧化和脫碳傾向↑；太低，K過細，硬度過高，網狀碳化物不易消除。為縮短退火時間：等溫退火正火目的：在球化退火前，為消除網狀碳化物正火溫度：Acm以上。？金屬材料學第八章工模具用鋼球化退火溫度要適當：太高，使氧化和脫碳正火目的：在球化退火前120熱處理與熱加工淬火工藝淬火溫度：T淬一般與碳素工具鋼相同，為Ac1+30~50℃，但保溫時間較長。?冷卻：油冷，熔鹽分級淬火，等溫淬火(B等溫淬火和M等溫淬火)

一般組織含碳量0.5％~0.6％的M+未溶粒狀K回火低溫回火，一般小于200℃。金屬材料學第八章工模具用鋼熱處理與熱加工淬火淬火溫度：T淬一般與碳素工具鋼相同，一般含121常用低合金工具鋼的化學成分、

力學性能和用途

鋼號化學成分，wt%熱處理及硬度用途CMnSiCr其它淬火，℃淬火，HRC回火，℃回火后，HRCCr061.30-1.45≤0.40≤0.400.50-0.70-800-810，水63-65160-18062-64銼刀、刮刀、刻刀Cr20.95-1.10≤0.40≤0.401.30-1.65-830-850，油62-65150-17060-62同上9SiCr0.85-0.950.30-0.601.20-1.600.95-1.25-830-860，油62-64150-20061-63絲錐、板牙、鉆頭、鉸刀CrWMn0.90-1.050.80-1.10≤0.400.90-1.20W1.20-1.60800-830，油62-63160-20061-62拉刀、長絲錐、長鉸刀9Mn2V0.85-0.951.70-2.00≤0.40-V0.10-0.25760-780，油＞62130-17060-62絲錐、板牙、鉸刀CrW51.25-1.50≤0.40≤0.400.40-0.70W4.50-5.50800-850，油65-66160-18064-65低速切削硬金屬刃具，如車刀、銑刀金屬材料學第八章工模具用鋼常用低合金工具鋼的化學成分、

力學性能和用途鋼號化學成分，1229SiCr：①Si/Cr淬透性↑，D油<40mm；②Si/Cr回穩(wěn)性↑，~250℃回火，>60HRC；③K細小、均勻→不容易崩刃；④分級淬火或等溫淬火處理，變形較??；⑤Si使鋼的脫碳傾向較大。

適于制作形狀較復雜、變形要求小工件，特別是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。金屬材料學第八章工模具用鋼9SiCr：①Si/Cr淬透性↑，D油<40mm123CrWMn：

①Cr、W、Mn復合，淬透性↑，D油=50~70mm；②AR在18~20%，淬火后變形??；③含Cr、W碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒細小→高硬度、高耐磨性；④回穩(wěn)性較好，>250℃回火，<60HRC；⑤W使碳化物易形成網狀。

適于制作要求變形小、耐磨性高的工件，如拉刀等，也可做量具及形狀較復雜的高精度沖模。金屬材料學第八章工模具用鋼CrWMn：①Cr、W、Mn復合，淬透性↑，124125在Cr鋼基礎上加入5%W，生成M6C碳化物，淬火加熱時未溶K多。①淬透性差；②高硬度，高耐磨性。CrW5金屬材料學第八章工模具用鋼27在Cr鋼基礎上加入5%W，生成M6C碳化物，淬火加熱時未125四、高速鋼

在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達600℃以上，低合金鋼刃具已不能滿足這種要求。因此，就必須選用高速鋼，它在650℃時，仍能使硬度保持HRC50以上，從而保證其切削性能和耐磨性。高速鋼刀具的切削速度可比碳素工具鋼和低合金工具鋼增加1～3倍，而耐用性增加7～14倍，因此，高速鋼在機械制造工業(yè)中被廣泛地采用。金屬材料學第八章工模具用鋼四、高速鋼在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達6001261910年開始應用W18Cr4V（18－4－1）。1932年到1937年，應用鉬系，W2Mo9Cr4V和鎢－鉬系，W6Mo5Cr4V2（6－5－4－2）。1939年出現高碳高釩，超硬高速鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼1910年開始應用W18Cr4V（18－4－1）。金屬材料學127按照其成分和性能特點可分為以下幾類：⑴鎢系高速鋼：典型牌號18-4-1，美M1，俄P18。⑵鎢鉬系高速鋼：如6-5-4-2，美M2，目前應用普遍。⑶含鈷高速鋼：如W18Cr4VCo5,紅硬性高。⑷超硬高速鋼：典型牌號為W6Mo5Cr4V2Al。具有65~70HRC高硬度、高紅硬性特點，成本比鈷高速鋼低。鎢系和鎢鉬系稱為通用型高速鋼，而把其它類型稱為特殊用途高速鋼或高性能高速鋼。金屬材料學第八章工模具用鋼按照其成分和性能特點可分為以下幾類：⑴鎢系高速鋼：典型牌號1281、高速鋼的化學成分、鑄態(tài)組織

和碳化物類型

（1）高速鋼的化學成分我國最常見的高速鋼為鎢系和鎢鉬系，主要的合金元素是W、Mo、Cr、V和Co，屬于高合金萊氏體鋼。鋼號化學成分（%）CSiMnCrMoWVW18Cr4V0.7-0.9≤0.4≤0.43.8-4.4≤0.317.5-191.0-1.4W6Mo5Cr4V20.8-0.9≤0.4≤0.43.8-4.44.5-5.55.5-6.71.75-2.2金屬材料學第八章工模具用鋼1、高速鋼的化學成分、鑄態(tài)組織

和碳化物類型（1）高速鋼的129（2）高速鋼的平衡凝固與鑄態(tài)組織金屬材料學第八章工模具用鋼（2）高速鋼的平衡凝固與鑄態(tài)組織金屬材料學第八章工模具用鋼130131①δ黑色組織由于包晶和包共晶轉變需要固相擴散，使δ達到所需C和Me，才能轉變?yōu)棣?，所以不能充分進行。部分δ被保留，隨后發(fā)生共析轉變，δ→γ＋K，稱為δ共析。因為在金相組織中呈黑色，又稱黑色組織。金屬材料學第八章工模具用鋼33①δ黑色組織金屬材料學第八章工模具用鋼131②白亮組織γ的共析反應被抑制，過冷到較低溫度轉變?yōu)镸＋AR，在金相組織中呈白色，稱白色組織。③共晶組織共晶反應得到M6C（呈魚骨架狀）+γ（基體）稱為萊氏體（Ld′）。由于包晶和包共晶轉變不徹底，δ沒有完全消失，L相對增加，使Ld′增多。金屬材料學第八章工模具用鋼②白亮組織金屬材料學第八章工模具用鋼132鑄態(tài)組織：大量魚骨狀Ld′和中心黑色δ共析體及白亮馬氏體和殘余奧氏體。魚骨狀Ld′：

M6C為魚骨架狀，基體為γ(或M)平衡凝固組織：Ld′+K+P金屬材料學第八章工模具用鋼鑄態(tài)組織：大量魚骨狀Ld′和中心黑色δ共析體及白亮馬氏體和殘133（3）高速鋼的碳化物所有的高速鋼中，在退火狀態(tài)下都含有M6C、M23C6。MC三種碳化物。18-4-1高速鋼退火狀態(tài)的碳化物總量約為30%左右，其中M6C型碳化物約占18%，M23C6型碳化物約占8%。MC型碳化物約占1%。在淬火狀態(tài)下，只有M6C和MC。在回火（650℃）狀態(tài)有M2C、MC析出。金屬材料學第八章工模具用鋼（3）高速鋼的碳化物所有的高速鋼中，在退火狀態(tài)下都含有M6C134M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。其中Fe和W可以相互置換，形成Fe3W3C或Fe2W4C。鋼中含有的Cr、Mo、V可溶解在M6C中，Mo、V可置換W；Cr可置換Fe、W，這就使M6C穩(wěn)定性不同。如Cr溶入M6C中，使M6C穩(wěn)定性下降。淬火加熱過程中M6C可部分溶入A中，使高速鋼獲得高紅硬性和高耐磨性。未溶的？M6C的硬度為73.5HRC~77HRC。金屬材料學第八章工模具用鋼M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。金屬材135M23C6型碳化物：

是以Cr、W、Mo為主并溶有鐵等元素的碳化物（Cr、Fe、W、Mo、V）23C6。典型碳化物是Cr23C6，其穩(wěn)定性較差，淬火加熱時，全部溶于奧氏體中，增加鋼的淬透性。金屬材料學第八章工模具用鋼M23C6型碳化物：是以Cr、W、Mo為主并溶有鐵等元素的136MC型碳化物：

是以V為主的VC，也能溶解少量的W、Mo、Cr等元素。碳化物VC的穩(wěn)定性最高，即使在淬火加熱溫度下，也不能全部溶解。阻止A的長大，細化晶粒VC的最高硬度可達83~85HRC。在高溫回火過程中析出，使高速鋼產生彌散強化，從而使鋼具有高的耐磨性。金屬材料學第八章工模具用鋼MC型碳化物：是以V為主的VC，也能溶解少量的W、Mo、C137M2C和M7C3型碳化物：高速鋼在回火過程中，當溫度超過500℃時，自馬氏體中析出W2C、Mo2C，引起鋼的彌散硬化。當回火溫度超過650℃時，則析出M6C及M7C3，它們容易聚集長大，使鋼的硬度下降。金屬材料學第八章工模具用鋼M2C和M7C3型碳化物：高速鋼在回火過程中，當溫度超過50138高速鋼中碳化物的小結（1）退火狀態(tài)的碳化物：M6C、M23C6、MC、M7C3。穩(wěn)定性排序（升序）：M7C3、M23C6、M6C、MC加熱過程中溶解的先后順序：M7C3、M23C6、M6C、MC加熱過程中溶解的程度：M7C3、M23C6能完全溶解；M6C、MC部分溶解溶解的碳化物能增加鋼的淬透性和紅硬性；未溶的碳化物能細化晶粒，增加鋼的韌性和耐磨性金屬材料學第八章工模具用鋼高速鋼中碳化物的小結（1）退火狀態(tài)的碳化物：M6C、M23C139對性能的影響：塊狀、帶狀使材料呈現各向異性，降低鋼材的強度、塑性和韌性對鍛造的影響：鍛造過程中，分布集中處，材料塑性低，易造成鍛造開裂對熱處理影響:分布不均碳化物造成A中合金元素含量不同和淬透性差異對切削性能的影響:使刀具容易崩刃