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1、2023/2/61合金工具钢第 三 节Alloy Tool Steel第1页/共39页2023/2/62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。4、特殊标注：高速钢，例如：W18Cr4V；3、S、P量较低的高级优质钢，加A 工 具 钢 编 号 原 则材料科学与工程学院 第2页/共39页2023/2/63一、合金刃具钢alloy cutting tool steel材料科学与工程学院 第3页/共39页2023/2/64 什么是合金刃具
2、钢？用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用于制造各类切削刀具的合金钢。（alloy cutting tool steel）低合金 刃具钢 高合金 刃具钢材料科学与工程学院 第4页/共39页2023/2/65刃具钢 主要用途 车刀端面铣刀钻头丝锥板牙盘型铣刀齿轮滚刀材料科学与工程学院 第5页/共39页2023/2/6621弹性变形 塑性变形 挤裂2金 属 的 切 削 过 程 1.刃具的工作特点材料科学与工程学院 第6页/共39页2023/2/67材料科学与工程学院 第7页/共39页2023/2/68 工 作 特 点与工件发生剧烈的摩擦 要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性 承受一定的冲击和弯曲应力 要求
3、刃具钢有足够的塑性、韧性 刃部有很高工作温度 要求刃具钢有高的耐热性三个特点材料科学与工程学院 第8页/共39页2023/2/69 2.性能要求（properties)（1）高硬度 (hardness)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。材料科学与工程学院 第9页/共39页2023/2/610 63 60 HRC 降30 大量VC 70 HRC 刃具的耐磨性 材料的硬度 碳化物性质 成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三种碳化物的硬度材料科学与工程学院 第10页/共39页20
4、23/2/611 (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 德国数控铣床 材料科学与工程学院 第11页/共39页2023/2/612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”。对刃具材料的热硬性提出了更高的要求 刃具温度升高 切削速度提升材料科学与工程学院 第12页/共39页2023/2/613 （4）足够的塑性和韧性 （plasticity and toughness)材料塑韧性低 刃具崩刃、断裂 高
5、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。材料科学与工程学院 第13页/共39页2023/2/614 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，0.851.05%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典型钢种及热处理：9SiCr CrWMn 淬火低温回火 3、低合金刃具钢：材料科学与工程学院 第14页/共39页2023/2/615 4.高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel)“高速钢”(high speed tool steel)W：17.5-19.0 保证热硬性以W1
6、8Cr4V为例(1)化 学成分及元素作用 形成碳化物，约0.2；保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6。形成WC；提高回火稳定性。C：0.7-0.8 保证高硬度材料科学与工程学院 第15页/共39页2023/2/616 V：1.01.4 提高硬度和耐磨性 Cr：3.84.4 提高淬透性 “风钢”发展 减少W含量,增加MO,V 例 W6Mo5Cr4V2 趋势：提高硬度，发展超硬高速钢化 学成分及元素作用 增加过冷A稳定性，增加残余A的量形成VC 13.5V，60HRC70HRC材料科学与工程学院 第16页/共39页2023/2/617塑性差；锻造温度间隔小（2）锻造及热处理（forging an
7、d heat treatment)几 种 钢 的 锻 造 温 度9501150W18Cr4V8001200457001250A3终锻温度/始锻温度/钢号 必须锻造 非常困难锻造退火组织 铸态组织材料科学与工程学院 第17页/共39页2023/2/618 热 处 理 工 艺 加 热 800-840预热 1270-1280A化 组织：A+C 冷 却 组织:M+C+A残 油冷.580-620分级 回 火 减A残.析出C 550-570三次 高速钢的热处理（heat treatment)热处理工艺曲线 材料科学与工程学院 第18页/共39页2023/2/61960-63HRC 原因：大量A残63-66
8、HRC 组织：M回+C+A残W18Cr4V回火温度与硬度回火与硬度淬火后回火后材料科学与工程学院 第19页/共39页2023/2/620二、模具钢Die steel材料科学与工程学院 第20页/共39页2023/2/621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 冷 作 模 钢(cold-working die steel)1、用途及性能：材料科学与工程学院 第21页/共39页2023/2/622 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。淬火低温回火 尺寸较小、轻载的模具 T10
9、A、9SiCr、9Mn2V；尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。成分特点：高碳提高淬透性元素碳化物元素 热处理及典型钢种：材料科学与工程学院 第22页/共39页2023/2/623热作模钢(hot-working die steel)用途：对高温金属进行变形的模具；如热锻模、热挤压模等。1、用途及性能：材料科学与工程学院 第23页/共39页2023/2/624 1）中碳 0.3-0.5%C；2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si;3）提高回火稳定性元素 Mo、W 4)防止第二类回火脆性元素 W Mo 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
10、脆性元素材料科学与工程学院 第24页/共39页2023/2/625 5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各种模具，淬透性好 3Cr2W8V 重载大型模具 热处理及典型钢种：淬火高温回火汽车锻模材料科学与工程学院 第25页/共39页2023/2/626用途：制造卡尺，量规、塞规等；三、量 具 钢 1、用途及性能：卡 尺量 规千分尺材料科学与工程学院 第26页/共39页2023/2/627高碳:0.91.5%;合金元素:Cr、Mn、W。淬火 冷处理 低温回火 时效处理简单量具：T10A、T12A、65Mn等。形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。3、热处理及典型钢种：2、成分特点：材料科
11、学与工程学院 第27页/共39页2023/2/628特殊性能钢第 四 节Special Property Steel第28页/共39页2023/2/629 一一.不锈钢不锈钢(stainless steel)在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内；*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内。2、耐蚀的概念：1、定义：材料科学与工程学院 第29页/共39页2023/2/6301)1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 -Cr13-Cr13型钢型钢化学成分特点:Wc=0.10.4%WCr=13%热处理特点:淬火回火 组织：回火索氏体 结构件 回火马氏体 刀具牌号
12、:1Cr134Cr13 常用不锈钢：材料科学与工程学院 第30页/共39页2023/2/6312)2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点:Wc=0.1%左右 WCr=17%热处理特点:750-780 空冷 不能进行热处理强化。牌号:1Cr17、1Cr28等。用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。硝酸生产装置材料科学与工程学院 第31页/共39页2023/2/6323)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢化学成分特点:Wc=0.080.14%WCr=1719%WNi=811%Cu、Ti、Mo等牌号:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9
13、Ti热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火，不能进行热处理强化用途:化工容器、管道等。管板换热器大型化工储罐材料科学与工程学院 第32页/共39页2023/2/633二二.耐热钢耐热钢在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢抗氧化性(热稳定性)高温强度(热强性)蠕变极限持久强度 1、定义：2、性能：汽车气门材料科学与工程学院 第33页/共39页2023/2/634 抗氧化钢(不起皮钢):奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti热强钢珠光体型 15CrMo马氏体型1Cr13奥氏体型18-8型 3、钢种及用途：汽轮机叶片材料科学与工程学院 第34页/共39页2023/2/635三三.耐磨钢耐磨钢(we
14、ar-resistant steel)在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。球磨机挖掘机颚式破碎机 1、定义：材料科学与工程学院 第35页/共39页2023/2/636牌号ZG Mn13 -1一号铸造高锰钢锰含量WMn 13%铸钢2、性能：高硬度、耐磨性、韧性。3、成分：高碳 Wc=1.01.3%高锰 WMn=1114%4、热处理：水韧处理5、室温组织：过饱和单相奥氏体。材料科学与工程学院 第36页/共39页2023/2/637 既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。5、用途：铁路道岔履带球磨机衬板挖掘机铲齿材料科学与工程学院 第37页/共39页2023/2/638See you next time!See you next time!读书消得人憔悴衣带渐宽 终不悔 再 见 第38页/共39页2023/2/6Anming Li,Dept of MSE,hpu39感谢您的观看！第39页/共39页