第7章 工具钢

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1、7.1 7.1 刃具钢刃具钢7.2 7.2 模具钢模具钢7.3 7.3 量具钢量具钢：用于制造各种加工工具的钢种：用于制造各种加工工具的钢种 。车刀车刀高速铣刀高速铣刀车削加工车削加工铣削加工铣削加工刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 工具钢工具钢模具模具按成分分类按成分分类碳素工具钢碳素工具钢 低合金工具钢低合金工具钢 高速钢高速钢 工具钢工具钢碳素工具钢材料碳素工具钢材料低合金工具钢制品低合金工具钢制品高速钢铣刀高速钢铣刀7.1 刃具钢刃具钢 7.1.1 刃具钢的服役条件和性能要求刃具钢的服役条件和性能要求 服役条件：服役条件： 刃具钢在切削过程中承受弯曲、剪切、冲击、刃具钢在切削过

2、程中承受弯曲、剪切、冲击、扭转、震动、摩擦等力的作用，产生热量，使得刀扭转、震动、摩擦等力的作用，产生热量，使得刀刃温度高达刃温度高达600，要求刃具钢具有高硬度、高耐，要求刃具钢具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。有的还要求高的红硬性磨性、一定的塑性和韧性。有的还要求高的红硬性（在高温下保持高硬度的能力）。（在高温下保持高硬度的能力）。q性能要求：性能要求：W(C):0.651.35，经不完全淬火和低温回，经不完全淬火和低温回火，硬度在火，硬度在HRC5864之间；之间；2）作低速切削的刃具，工作温度）作低速切削的刃具，工作温度200 ；3）淬透性差，易淬火变形或开裂；）淬透性差，易淬火

3、变形或开裂；4）成本低，加工性能好。）成本低，加工性能好。7.1.2 碳素工具钢（碳素工具钢（T7-T13） 碳素工具钢的特点碳素工具钢的特点 1）碳素工具钢须经球化退火（预先热处理）以降低硬）碳素工具钢须经球化退火（预先热处理）以降低硬度便于切削加工、并为淬火作组织准备；度便于切削加工、并为淬火作组织准备； 若锻造组织不良（如网状碳化物），则应在球化退火若锻造组织不良（如网状碳化物），则应在球化退火之前先进行正火处理，以消除网状碳化物。之前先进行正火处理，以消除网状碳化物。 碳素工具钢的热处理碳素工具钢的热处理2）最终热处理为淬火低温回火（回火温度一般为）最终热处理为淬火低温回火（回火温度一

4、般为180180200200），正常组织为），正常组织为。 木工凿木工凿木工钻木工钻丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头 在碳素工具钢基础上添加在碳素工具钢基础上添加等合金元素（总含量等合金元素（总含量5），以提高工具钢的综合性能。），以提高工具钢的综合性能。7.1.3 低合金刃具钢低合金刃具钢丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 1 1）：0.750.751.5%C1.5%C，保证足够的碳化物存在；，保证足够的碳化物存在； 成分特点成分特点 2 2）合金元素的作用：）合金元素的作用： 主要添加主要添加CrCr、MnMn、SiSi等，提高钢的淬透性（如等，提高钢的淬透性（如CrCr

5、、 MnMn、SiSi）和回火稳定性（如）和回火稳定性（如SiSi），可用油淬代替盐），可用油淬代替盐 浴淬火，减少变形开裂；浴淬火，减少变形开裂； 次要元素次要元素W W、V V的添加，可在淬火加热时，形成合金的添加，可在淬火加热时，形成合金 渗碳体（较稳定），阻碍奥氏体晶粒长大，改善钢渗碳体（较稳定），阻碍奥氏体晶粒长大，改善钢 的韧性的韧性( (如如W W、V)V)。 由于添加的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量由于添加的合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素较多的强碳化物形成元素(W、Mo、V等等)，故仍不具备热，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的硬性特点，刀具刃部

6、的。 因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢，因此这类钢仍然属于低速切削刃具钢， 低合金刃具钢的热处理低合金刃具钢的热处理同于碳素工具钢，只是淬火介质为油同于碳素工具钢，只是淬火介质为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。 最终热处理的正常组织为最终热处理的正常组织为。7.1.4 高速钢高速钢高速钢铣刀高速钢铣刀 在高速切削过程中，刀具的刃部温度可达在高速切削过程中，刀具的刃部温度可达600以上，低以上，低合金钢刃具已不能满足这种要求。因此，就必须选用高速钢，合金钢刃具已不能满足这种要求。因此，就必须选用高速钢，它在它在650时，仍能使硬度保持时，仍能使硬度保持HRC50以上，从而保证其切削以

7、上，从而保证其切削性能和耐磨性。性能和耐磨性。 高速钢刀具的切削速度可比碳素工具钢和低合金工具钢高速钢刀具的切削速度可比碳素工具钢和低合金工具钢增加增加13倍，而耐用性增加倍，而耐用性增加714倍，因此，高速钢在机械制倍，因此，高速钢在机械制造工业中被广泛地采用。造工业中被广泛地采用。 根据钢中的化学成分，高速钢可分为根据钢中的化学成分，高速钢可分为钨系高速钢钨系高速钢、钼系钼系高速钢高速钢和和钨钼系高速钢钨钼系高速钢。其中钨系的。其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的和钨钼系的W6Mo5Cr4V2是应用最普遍的，属于通用型高速钢。是应用最普遍的，属于通用型高速钢。 性能特点性能特点它可使刀具在高

8、速切削时，刃部温度上它可使刀具在高速切削时，刃部温度上 升到升到600，其硬度仍然维持在，其硬度仍然维持在5560HRC以上；以上；使切削时刀刃保持锋利（故也称使切削时刀刃保持锋利（故也称 “锋钢锋钢”）；）；在空气中冷却也可得到马氏体。广泛用在空气中冷却也可得到马氏体。广泛用 于尺寸大、形状复杂、负荷重、工作温度高的各种高速于尺寸大、形状复杂、负荷重、工作温度高的各种高速 切削刀具。切削刀具。 成分特点成分特点强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬强化基体并形成各种碳化物来保证钢的硬度、耐磨性和热硬性，度、耐磨性和热硬性，w(C)=0.033w(W)+ 0.063w(Mo)+ 0.20w(V)

9、+ 0.060w(Cr)； 提高淬透性和回火稳定性，增加钢的抗氧化、提高淬透性和回火稳定性，增加钢的抗氧化、耐蚀性和耐磨性，并有微弱的二次硬化作用；耐蚀性和耐磨性，并有微弱的二次硬化作用；产生二次硬化保证钢的热硬性，也有提高淬透性和产生二次硬化保证钢的热硬性，也有提高淬透性和热稳定性、并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用热稳定性、并进一步改善钢的硬度和耐磨性的作用 形成细小稳定的形成细小稳定的VC来细化晶粒，同时也有加强热硬性、来细化晶粒，同时也有加强热硬性、进一步提高硬度和耐磨性的作用；进一步提高硬度和耐磨性的作用； 5）Co、Al：是超硬高速钢中的非碳化物形成元素，能进是超硬高速钢中的非碳化

10、物形成元素，能进一步提高钢的热硬性和耐磨性。一步提高钢的热硬性和耐磨性。6）其他微量元素：）其他微量元素：可降低可降低S S在晶界的偏聚，明显在晶界的偏聚，明显改善热塑性。改善热塑性。 下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火（淬火（冷处理）冷处理） 回火回火磨削（磨削（表面强化处理）表面强化处理） 利用高速钢制作刃具的加工工艺路线利用高速钢制作刃具的加工工艺路线 高速钢的锻造高速钢的锻造 高速钢中大量合金元素的存在使其铸态组织含有大量高速钢中大量合金元素的存在使其铸态组织含有大量共晶共晶，有大量的不均匀分布的粗大的，有大量的不均匀分布的粗大的，难于通过热处理来改善，故要求进行反复的锻造以，难

11、于通过热处理来改善，故要求进行反复的锻造以改善碳化物的形态与分布。改善碳化物的形态与分布。 W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织其锻造要点有：其锻造要点有： 即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间即开始锻造和终止锻造时要轻锻，中间温度范围要重锻；温度范围要重锻； 即锻造过程中温度和变形量的均匀性；即锻造过程中温度和变形量的均匀性； 等等 。 高速钢在空气中冷却即可进高速钢在空气中冷却即可进行马氏体转变，所以锻造以后，行马氏体转变，所以锻造以后，钢坯应缓慢冷却，以防止产生钢坯应缓慢冷却，以防止产生过高的应力导致开裂。过高的应力导致开裂。 高速钢的热处理高速钢的热处理( (预先热处理降低硬度预先热处