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工具钢特性、种类

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发表于 2021-3-23 15:31:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
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和红硬性,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。
一、工具钢特性
高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性,也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上,在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度,而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有多、钼、铬、钒,还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢,其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。
铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物,变宝网经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中,称为一次碳化物;从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大,特别是二次碳化物,其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关,而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素,对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用,对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用,但降低可磨削性能。
高速工具钢的淬火温度很高,接近熔点,其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中,使钢具有更好的二次硬化能力。高速工具钢淬火后硬度升高,此为第一次硬化,但淬火温度越高,则回火后的强度和韧性越低。淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高,至520~580℃范围内回火(化学成分不同,回火温度不同)出现第二次硬度高峰,并超过淬火硬度,此为二次硬化。这是高速工具钢的重要特性。
高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外,还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。多系高速工具钢主要合金元素是钨,不含钼或含少量钼。其主要特性是过热敏感性小,脱碳敏感性小、热处理和热加工温度范围较宽,但碳化物颗粒粗大,分布均匀性差,影响钢的韧性和塑性。
钨钼系高速工具钢的主要合金元素是钨和钼。其主要特性是碳化物的颗粒度和分布均优于钨系高速工具钢,脱碳敏感性和过热敏感性低于钼系高速工具钢,使用性能和工艺性能均较好。
钼系高速工具钢的主要合金元素是钼,不含钨或含少量钨。其主要特性是碳化物颗粒细,分布均匀、韧性好,但脱碳敏感性和过热敏感性大、热加工和热处理范围窄。
含钴高速工具钢是在通用高速工具钢的基础上加入一定量的钴,可显著提高钢的硬度、耐磨性和韧性。
粉末高速工具钢是用粉末冶金方法产生的。首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末,然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密的钢坯,再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀,韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好,可生产用铸锭法个可能产生更高合金元素含量的超硬高速工具钢。
粉末高速工具钢可分为3类,第一类是含钴高速工具钢,其特点是具有接近硬质合金的硬度,而且还具有良好的可锻性、可加工性、可磨性和强韧性。第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。第三类是超级耐磨高速工具钢。其硬度不太高,但耐磨性极好,主要用于要求高耐磨并承受冲击负荷的工作条件。
二、工具钢种类
根据化学成份不同,常将工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢(实质上是高合金工具钢)三大类。按钢的用途,则可分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。
碳素工具钢:碳素工具钢的碳质量分数较高,在0.65-1.35%之间,按其组织属于亚共析、共析或过共析钢。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性,心部有较好的韧性;退火硬度低(不大于HB207),加工性能良好。但其红硬性差,当工作温度达250℃时,钢的硬度和耐磨性急剧下降,硬度下降到HRC60以下、这类钢的淬透性低。较大的工具不能淬透(水中淬透直径为15mm),水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大。使工具在淬火时易产生变形。或形成裂纹此外,其淬火温度范围窄,在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。
T7、T7A亚共析钢:具有较好的塑性、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。
T9、T9A过共析钢:具有较高的硬度,但塑性和强度较低。用于制造要求较高硬度且有一定韧性的各种工具,如刻印工具、铆钉冲模、压床模、冲头、木工工具、农机切割零件、凿岩工具和铸模的分流钉等。
T10、T10A过共析钢:晶粒细,在淬火加热时(温度达800℃)不致过热,仍能保持细品粒组织;淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,所以具有比T8、T8A钢更高的耐磨性,但韧性较低。
用于制造切削刃口在工作时不变热的工具,不承受冲击负荷而具有锋利刃口和少许韧性的工具,如加工木材用工具、手用横锯、手用细木工具、机用细木工具、麻花钻、拉丝模、冲模、冷镦模、螺丝锥、扩孔刀具、搓丝板、车刀、刨刀、铣刀、货币压模、小尺寸断面均匀的冷切边及冲孔模、低精度形状简单的卡板、钳工刮刀、硬岩石钻子、制铆钉和钉子用工具、螺丝刀、锉刀、刻纹用凿子、切纸和烟叶用刀具等。
T11、T11A过共析钢:具有较好的综合力学性能(如硬度、耐磨性和韧性等),晶粒更细,在加热时对晶粒长大和形成碳化物网的敏感性小。用于制造在工作时切削刃口不变热的工具,如锯、錾刀、丝锥、锉刀、刮刀、发条、仪规、扩孔钻、板牙、切烟叶用刀具、尺寸不大和断面无急剧变化的冷冲模及木工刀具等。T12、T12A过共析钢。由于碳含量高。淬火后仍有较多的过剩碳化物,所以硬度和耐磨性高,但韧性低,且淬火变形大。不适于制造切削速度高和受冲击负荷的工具。用于制造不受冲击负荷,切削速度不高,切削刃口不变热的工具,如车刀、铣刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、刀片、小型冲头、钢锉、锯、发条、切烟叶用刀具,及断面尺寸小的冷切边模和冲口模等。
用于制造不受冲击负荷,但要求极高硬度的金属切削工具,如剃刀、刮刀、拉丝工具、锉刀、刻纹用工具、钻子,以及坚硬岩石加工用工具和雕刻用工具等。
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