合金钢全部PPT课件

Alloy Steel
主讲人：李安铭
材料科学与工程学院
09.03.2021
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第三节
合金工具钢
Alloy Tool Steel
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工具钢编号原则
数字+化学元素+数字
1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数； 含碳量≥1％时，不写数字。
2、后面的数字表示合金元素含量。 合金元素含量小于1.5%时，不标含量； 等于或大于1.5%、2.5%……时，以2、3表示。
成
形成碳化物，约0.2％；
分
保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6％。
及
元 素
W：17.5-19.0％ 保证热硬性
作 用
形成WC； 提高回火稳定性。
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化 学
Cr：3.8－4.4％ 提高淬透性 “风钢”
成
分
增加过冷A稳定性，增加残余A的量
及
元 素
V：1.0－1.4％ 提高硬度和耐磨性
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工作特点
与工件发生剧烈的摩擦
三
要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性
个
刃部有很高工作温度
特
要求刃具钢有高的耐热性
点 承受一定的冲击和弯曲应力
要求刃具钢有足够的塑性、韧性
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2.性能要求（properties)
（1）高硬度 (hardness)
刃具崩刃、断裂
高速钢刃具50％，硬质合金刃 具45％，其它材料刃具5％。
主要原因：高速钢的韧性好。
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3、低合金刃具钢：
成分特点：
高碳+提高淬透性元素+提高回火稳定性元素
1)高碳，0.85－1.05%C之间； 2)提高淬透性的元素：Cr Mn； 3)提高回火稳定性的元素：V Si
热作模钢 ( hot-working die steel )
1、用途及性能：
用途：
对高温金属进行变形的模具； 如热锻模、热挤压模等。
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成分特点：
中碳＋提高淬透性元素＋提高回火稳定性元素 ＋防止第二类回火脆性元素
一般刃具钢≥60HRC，部分刃具钢≥70HRC
（2）高的耐磨性（wearability)
决定了刀具的耐用度；
耐用度：刀具由开始切削到磨钝的时间。
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刃具的耐磨性
材料的硬度
碳化物性质
63 60 HRC 降30％
成分
VC
三种碳化 物的硬度
大量VC 70 HRC
WC Fe3C
3、S、P量较低的高级优质钢，加A 4、特殊标注：
高速钢，例如：W18Cr4V；
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一、合金刃具钢
alloy cutting tool steel
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什么是合金刃具钢？
用于制造各类切削刀具的合金钢。
（alloy cutting tool steel）
1）高碳，＞1.0%C，有的甚至可达到2％； 2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元素，Mo、W、V等。
热处理及典型钢种：
淬火＋低温回火
尺寸较小、轻载的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。
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典型钢种及热处理：
9SiCr CrWMn 淬火＋低温回火
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4.高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel)
“高速钢 ” (high speed tool steel)
以W18Cr4V为例
(1)
化 C ：0.7-0.8％
学
保证高硬度
铸态组织
钢号
A3 45 W18Cr4V
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几Байду номын сангаас钢的锻造温度
始锻温度/℃
终锻温度/℃
1250
700
1200
800
1150
950
退火组织
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高速钢 的热处理
（heat treatment)
热处理工艺曲线
热处理 工 艺
冷却 油冷.
580-620℃分级 09.0组3.20织21:M+C+A残
加热
800-840℃预热 1270-1280℃A化
组织：A+C
回火 550-570℃三次 减A残.析出C 19
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回 火
淬火后
与
硬 回火后
度
60-63HRC 原因：大量A残 63-66HRC 组织：M回+C+A残
W18Cr4V回 火温度与硬度
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硬度/HV 2010 1730
800
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(3)高的热硬性 （hot hardness)
热硬性：
材料在高温下保持高硬度的性能， 取决于钢的回火稳定性和碳化物的性质。
意大利五轴数控铣床
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德国数控铣床
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切削速度提升
刃具温度升高
对刃具材料的热硬性提出了更高的要求
刃具材料的耐热性是影响机械切削速度 的关键因素；国际生产工程学会的一份 报告指出：“正是由于刃具材料的进步， 允许切削速度每隔十年几乎提高一倍”。
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（4）足够的塑性和韧性
（plasticity and toughness)
材料塑韧性低
二、模具钢
Die steel
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冷 作 模 钢 ( cold-working die steel )
1、用途及性能：
用途：近室温下对金属进行变形的模具；
冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。
汽车冲压模具
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成分特点：
高碳＋提高淬透性元素＋碳化物元素
用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。
高合金 刃具钢
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低合金 刃具钢
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端面铣刀 盘型铣刀
钻头
刃具钢 主要用途
丝锥板牙
齿轮滚刀
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车刀
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1. 刃具的工作特点
金属的切削过程
γ
γ
β2
γ β2
β1
弹性变形
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塑性变形
挤裂
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作
用
形成VC 1％→3.5％V，60HRC→70HRC
发展 减少W含量,增加MO ,V 例 W6Mo5Cr4V2 趋势：提高硬度，发展超硬高速钢
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（2）锻造及热处理（forging and heat treatment) 锻 必须锻造
造 非常困难
塑性差；锻造温度间隔小