T7(A)钢高韧性碳素工具钢的物理性能和工艺性能的研究

碳素工具钢特性和用途：碳素工具钢简称碳工钢，其冷、热加工性能，耐磨性能好，价格低廉，在工具钢中是被广泛采用的钢种。

1. T7钢，为亚共析钢，淬火回火后具有较高的强度和韧性，且有一定的硬度，但热硬性低，淬透性差、淬火变形大。

常用于制造能承受振动和撞击，要求较高韧性，但切削性能要求不太高的工具，如凿子、冲头等小尺寸风动工具，木工用锯和凿，简单胶木模、锻模、剪刀、手锤、镰刀等。

2. T8钢，为共析钢，淬火回火后具有较高的硬度和耐磨性，但热硬性低，淬透性差、加热时容易过热，变形也大，塑性强度也较低。

常用于不受大冲击，需要较高硬度和耐磨性的工具，如简单的模子和冲头、切削软金属的刀具、木工用的铣刀和斧、凿、錾、圆锯片以及钳工装配工具、虎钳钳口等。

3. T8Mn钢，性能同T8近似，但因加入了锰，淬透性较好，淬硬层较深。

用途同T88，但可制造断面较大的工具。

4. T9钢，性能同T8，但因碳含量较高一些，故硬度和耐磨性较高，韧性较差一些。

常用作硬度较高，有一定韧性，但不受剧烈震动冲击的工具，如中心铳、冲模、冲头、木工切削工具以及饲料机刀片、凿岩石凿子等。

5.T10钢，为过共析钢，在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。

韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。

这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具(如卡板等)，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。

6. T11钢为过共析钢，其碳含量介于T10、T12之间，具有较好的综合力学性能(如强度、硬度、耐磨性及韧性等)。

用途与T10钢基本相同，但不如T10钢广泛。

7. T12钢含碳高、耐磨性好，但脆性较大。

用作不受冲击的各种工具和耐磨零件，如车刀、铣刀、丝锥、扳牙、锉刀、刮刀、以及小的冷切边模、冲孔模等。

作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。

2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。

3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。

4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。

5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。

8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。

11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。

12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。

二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。

2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。

3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。

4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。

5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。

6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。

7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。

8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。

9、常用的冷却介质有油、水、空气等。

10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。

碳素工具钢化学成份表性能特性T7AT8A T9A工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。

工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度得红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。

工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

碳素工具钢的主要生产品种、性能和用途一、生产品种热轧棒材圆钢直径或方钢边长8mm-80mm锻制棒材圆钢直径或方钢边长50mm-150mm冷拉棒材圆钢直径8mm-40mm热轧钢板厚度0.7mm-15mm冷拉钢带厚度0.10mm-3.60mm冷拉钢丝圆钢丝直径0.050mm-16mm热轧扁钢厚度*宽度 3mm-30mm*（10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、32、35、38、40、45、50、55、60、65、90、100、160）mm锻制扁钢厚度*宽度 10mm-65mm*（40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、130、150、170、180、190、200）mm二、性能和用途T7、T7A 亚共析钢。

具有较好的塑、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负荷，但切削能力差。

用于制造承受冲击负荷不大，且要求具有适当硬度和耐磨性，及较好的韧性的工具，如锻模、凿子、锤、冲头、金属剪切刀、扩孔钻、钢印、木工工具、风动工具、机床顶尖、钳工工具、钻凿工具、较钝的外科医疗用具等。

T8、T8A 共析钢。

淬火加热时容易过热，变形也大，塑性和强度比较低，不宜制造承受较大冲击的工具，但经热处理后有较高的硬度和耐磨性。

用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，如木工工具、风动工具、钳工工具、简单模具、铆钉冲模、中心孔铳和冲模、切削钢材用工具、轴承、刀具、铝锡合金压铸板和型芯，以及各类弹簧等。

T8Mn、T8MnA 共析钢。

具有较高的淬透性和硬度，但塑性和强度较低。

用于制造断面较大的木工工具、手锯锯条、刻印工具、铆钉冲模、发条、带锯锯条、圆盘锯片、煤矿用凿、石工用凿等。

国产模具钢及具体分类1.1冷作模具钢①碳素工具钢T7A为高韧性碳素工具钢，其强度及韧性都较高，适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模具；T10A是最常用的钢材，是性能较好的代表性碳素工具钢，耐磨性也较高，经适当热处理可得到较高强度和一定韧性，合适制作要求耐磨性较高而承受冲击载荷较小的模具。

T8A淬透性、韧性等均优耐磨性也较高，适合制作小型拉伸、挤压模。

②低合金工具钢低合金工具钢，是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。

这样可以降低淬火冷却速度，减少热应力和组织应力，减少淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。

用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiMnSiMoV(代号GD)等。

CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，但是其耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的冷作模具的需要。

③高碳高铬冷作模具钢高碳高铬冷作模具钢包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2）具有高硬度、高强度、高耐磨性、易淬透、稳定性高、抗压强度高及淬火变形小等优点。

高碳高铬钢经锻造后的毛坯硬度较高（大约在550HB左右）内应力较大，必须进行退火处理。

高碳高铬钢在回火过程中，会出现马氏体分解、碳化物聚集和残余奥氏体的转变。

工业生产中，常采用2～3次回火，以改善前次回火残余奥氏体转变为初生马氏体的韧性，从而提高钢的韧性。

Cr12 型钢强度和耐磨性较高，但其碳化物不均匀性比较严重，使用中脆断倾向很大，韧性较低。

综合力学性能要求更高的模具，常用的替代钢种是高速钢。

④高速钢高速钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，采用低温淬火、快速加热等工艺措施，可以有效地改善其韧性。

因此，高速钢越来越多地应用于要求重载荷、高寿命的冷作模具。

高速钢合金元素含量高，价格贵，工艺性能不佳，脆性较大，使其应用受到一定限制。

钨钼系高速钢，因其含碳化物分布较均匀，颗粒细小，W6Mo5Cr4V2钢的韧性优于W18Cr4V钢，故应用比较广泛。

工具钢金相图谱碳素工具钢简介碳素工具钢依其杂质含量的不同，可分为优质钢（如T8、T12等）和高级优质钢(如T8A、T12A)两大类。

高级优质钢S、P含量较优质钢为低，Mn、Si含量范围也较窄。

所以钢材具有较好的性能。

碳素工具钢热处理后具有较高的硬度和耐磨性，冶炼方法较合金钢简单，价格便宜，广泛用于制造各种工具及零件。

碳素工具钢的主要特点是淬透性较小，因而其使用范围受到一定限制。

一、性能及用途1、性能碳素工具钢由于其含碳量高，具有较多的碳化物，经热处理后具有较高的硬度（HRC60～65）,制成的刀具具有较好的耐磨性和一定的切削能力。

但与合金工具钢相比，碳素工具钢的热硬性差，当工具相比，碳素工具钢的热硬性差，当工具的的切削温度高于200～250℃时，其硬度和耐磨性即急剧下降，这是它的主要缺点。

此外，热处理的变形量较大及淬透性较小等也都是碳素工具钢不足的地方。

2、用途广泛用于制造各种轻型切削工具，如操作时刀刃受热程度较低的手用刀具、低速及小进刀量之机用工具等（表1-2）。

此外也用于制造部分量具及模具。

表1-2碳素工具钢的用途二、组织及缺陷1、退火状态的组织及缺陷退火状态的正常组织为分布均匀的球状珠光体。

当钢被加热至稍高于Ac1温度并缓慢冷却时，奥氏体发生分解而形成球状组织。

所形成组织的弥散程度随钢的加热温度、停留时间和冷却速度而不同。

较慢的冷却或在较高的温度下的等温停留，可获得较粗大的球状珠光体。

退火过程中所造成的缺陷，主要由以下几点：（1）片状和点状珠光体片状和点状珠光体的产生，主要是由于退火不良。

当退火加热温度较低或冷却速度较大，则形成点状珠光体。

如退火加热温度过高，则由于溶解了大部分碳化物，减少了作为结晶核心的质点数量所以在冷却过程中形成片状组织，此时硬度较高，可切削性较差，淬火过热敏感性大，工具热处理后的变形量大。

（2）网状碳化物由于热加工终止温度过高，冷却速度较小，或退火温度过高，冷却过于缓慢，则会引起钢的晶粒长大。