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合金工具鋼 alloy tool steel

在碳素工具鋼中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的鋼。

加入Cr和Mn可以提高工具鋼的淬透性,可根據(jù)要求,有選擇地加入或同時(shí)加入其他元素(加入總量一般不超過5%),即形成一系列的合金工具鋼。

合金工具鋼廣泛用作刃具、冷、熱變形模具和量具,也可用于制作柴油機(jī)燃料泵的活塞、閥門、閥座以及燃料閥噴嘴等。

基本信息

標(biāo)準(zhǔn)號(hào) StandardNo:GB/T 1299-2000

中文標(biāo)準(zhǔn)名稱StandardTitle in Chinese:合金工具鋼

英文標(biāo)準(zhǔn)名稱: Alloy tool steels

發(fā)布日期IssuanceDate :2000-10-25

實(shí)施日期ExecuteDate:2001-09-01

首次發(fā)布日期FirstIssuance Date :1977-02-12

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)StandardState :現(xiàn)行

復(fù)審確認(rèn)日期ReviewAffirmance Date :2010-07-28

計(jì)劃編號(hào)Plan No:

代替國標(biāo)號(hào)ReplacedStandard : GB/T 1299-1986

被代替國標(biāo)號(hào)ReplacedStandard:

廢止時(shí)間RevocatoryDate :

采用國際標(biāo)準(zhǔn)號(hào)AdoptedInternational Standard No:ASTM A 681:1994

采標(biāo)名稱AdoptedInternational Standard Name:

采用程度ApplicationDegree :NEQ

采用國際標(biāo)準(zhǔn)AdoptedInternational Standard :其他

國際標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(ICS) :77.140.20

中國標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(CCS) :H40

標(biāo)準(zhǔn)類別StandardSort:產(chǎn)品

標(biāo)準(zhǔn)頁碼Number ofPages:

標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格(元)Price(￥) :14

主管部門Governor :中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)

歸口單位TechnicalCommittees :全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)

起草單位DraftingCommittee:首鋼特殊鋼公司

范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了合金工具鋼的分類、尺寸、外形及允許偏差、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于合金工具鋼熱軋、鍛制、冷拉及銀亮條鋼,其化學(xué)成分也適用于錠、坯及其制品。

引用標(biāo)準(zhǔn)

下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文,通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí),所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)均會(huì)被修訂,使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方面應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。

GB/T 222-1984 鋼的化學(xué)分析用試樣取樣法及成品化學(xué)成分允許偏差[2]

GB/T 223.3-1988 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 二安替比林甲烷磷鉬酸重量法測定磷量

GB/T 223.4-1988 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 硝酸銨氧化容量法測定錳量

GB/T 223.5-1997 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 還原型硅鉬酸鹽光度法測定酸溶硅含量

GB/T 223.8-1991 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 氟化鈉分離-EDTA滴定法測定鋁含量

GB/T 223.9-1989 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 鉻天青S光度法測定鋁含量

GB/T 223.10-1991 鋼鐵及合金化學(xué)分析方法 銅鐵試劑分離-鉻天青S光度法測定鋁含量

合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高,按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.80%)多用于制造刃具、量具和冷作模具,這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上,且具有足夠的耐磨性;碳含量中等的鋼(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.35%~0.70%)多用于制造熱作模具,這類鋼淬火后的硬度稍低,為HRC50~55,但韌性良好。[3]

刃具用鋼

刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱,還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。刃具用鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度,滿足形成合金碳化物的需要,鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.80%~1.45%。鉻是這類鋼的主要合金元素,質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.50%~1.70%,有的鋼還含有鎢,以提高切削金屬的性能。這類工具鋼因含有合金元素,因此淬透性比碳素工具鋼好,熱處理產(chǎn)生的變形小,具有高的硬度和耐磨性。常用的鋼類有鉻鋼、硅鉻鋼和鉻鎢錳鋼等。

[應(yīng)用場合]:主要用于制造低速切削刃具(如木工工具、鉗工工具、鉆頭、銑刀、拉刀等)及測量工具(如卡尺、千分尺、塊規(guī)、樣板等)。量具刃具鋼要求具有高硬度(62~65HRC)、高耐磨性、足夠的強(qiáng)韌性、高的熱硬性(即刃具在高溫時(shí)仍能保持高的硬度);為保證測量的準(zhǔn)確性,要求量具刃具鋼具有良好的尺寸穩(wěn)定性。

[化學(xué)成分]:量具刃具鋼具有高碳成分,wC=0.8%~1.50%,以保證高的硬度和耐磨性。加入的合金元素有Cr、Si、Mn、W等,用以提高鋼的淬透性、耐回火性、熱硬性和耐磨性。

[常用刃具鋼]:9SiCr是應(yīng)用廣泛的刃具鋼,用于制作要求變形小的各種薄刃低速切削刃具,如板牙、絲錐、鉸刀等。

[常用量具鋼]:高精度量具(如塊規(guī))可采用Cr2、CrWMn等量具刃具鋼制造,也可用軸承鋼(如GCr15)制造;簡單量具(如卡尺、樣板、直尺、量規(guī)等)多用碳素工具鋼(如T10A);要求精密并須防止腐蝕的量具,采用不銹鋼3Cr13、9Cr18。

[熱處理]:量具刃具鋼的預(yù)先熱處理為球化退火,最終熱處理為淬火加低溫回火,熱處理后硬度達(dá)60~65HRC。高精度量具在淬火后可進(jìn)行冷處理,以減少殘余奧氏體量,從而增加其尺寸穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性,淬火回火后,還可進(jìn)行時(shí)效處理。

模具鋼

模具大致可分為冷作模具、熱作模具和塑料模具3類,用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同,工作條件復(fù)雜,因此對模具用鋼,按其所制造模具的工作條件,應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性,足夠的韌性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同,工作條件復(fù)雜,因此對模具用鋼的性能要求也不同。

冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼,按其所制造具的工作條件,應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼,碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上,鉻是這類鋼的重要合金元素,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高,淬火后變形很小模具用鋼,最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%,并且為了形成大量碳化物,鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高,最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高,其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

[應(yīng)用場合]:冷作模具用于冷態(tài)下(工作溫度低于200~300℃)金屬的成形加工,如冷沖模、冷擠壓模、剪切模等。這類模具承受很大的壓力、強(qiáng)烈的摩擦和一定的沖擊,因此,要求具有高硬度、耐磨性和足夠的韌性。此外,形狀復(fù)雜、精密、大型的模具還要求具有較高的淬透性和小的熱處理變形。

[化學(xué)成分]:冷作模具鋼一般具有高的含碳量,wC=1.0%~2.0%,以獲得高硬度和高耐磨性。加入合金元素Cr、Mo、W、V等,以提高耐磨性、淬透性和耐回火性。

[常用冷作模具鋼]:Crl2型鋼包括Cr12、Cr12MoV等,這類鋼的淬透性及耐磨性好,熱處理變形小,常用于大型冷作模具。其中Crl2MoV鋼除耐磨性不及Cr12鋼外,強(qiáng)度、韌性都較好,應(yīng)用最廣。尺寸較小的冷作模具可選用低合金冷作模具鋼CrWMn等,也可采用刃具鋼9SiCr或軸承鋼GCr15。

[熱處理]:Crl2型鋼屬于萊氏體鋼,加工前應(yīng)進(jìn)行反復(fù)鍛打并退火。Cr12型鋼的最終熱處理一般為淬火和回火,獲回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體組織,硬度為 60~64HRC。

熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型,包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外,還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用,而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外,還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性,此外還要求具有較高的淬透性,以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對于壓鑄模用鋼,還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋,以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼,碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30% ~0.60%,屬于亞共析鋼,也有一部分鋼由于加入較多的合金元素(如鎢、鉬、釩等)而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。

[應(yīng)用場合]:熱作模具用于熱態(tài)金屬的成形式加工,如熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模等。熱作模具工作時(shí)受到比較高的沖擊載荷,同時(shí)模腔表面要與熾熱金屬接觸并發(fā)生摩擦,局部溫度可達(dá)500℃以上,并且還要不斷反復(fù)受熱與冷卻,常因熱疲勞而使模腔表面龜裂,故要求熱作模具鋼在高溫下具有較高的綜合力學(xué)性能及良好的耐熱疲勞性。此外,必須具有足夠的淬透性。

[化學(xué)成分]:熱作模具鋼為中碳成分,wC=0.3%~0.6%,以獲得綜合力學(xué)性能;合金元素有Cr、Mn、Ni、Mo、W、Si等,其中Cr、Mn、Ni主要作用是提高淬透性; W、Mo提高耐回火性并防止回火脆性; Cr、W、Mo、Si還提高鋼的耐熱疲勞性。

[常用熱作模具鋼]:5CrMnMo和5CrNiMo是最常用的熱鍛模具鋼,其中5CrMnMo常用來制造中小型熱鍛模,5CrNiMo常用于制造大中型熱鍛模;對于受靜壓力作用的模具(如壓鑄模、擠壓模等),應(yīng)選用3Cr2W8V或4Cr5W2VSi鋼。

[熱處理]:熱鍛模坯料鍛造后需進(jìn)行退火,以消除鍛造應(yīng)力,降低硬度,利于切削加工;最終熱處理為淬火、高溫(或中溫)回火,回火后獲得均勻的回火索氏體或回火托氏體,硬度約為40HRC左右。

塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外,還要求具有良好的工藝性,如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下,注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼;熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。

[性能要求]:塑料模具所受的應(yīng)力和磨損較小,主要失效形式為模具表面質(zhì)量下降,因此應(yīng)具備以下性能:①良好的加工性能,在較高預(yù)硬硬度(28~35HRC),便于進(jìn)行切削加工或電火花加工,易于蝕刻各種圖案、文字和符號(hào);②良好的拋光性,模具拋光后表面達(dá)到高鏡面度(一般Ra值為0.1~0.012μm);③較高的硬度(熱處理后硬度應(yīng)超過45~55HRC),良好的耐磨性,足夠的強(qiáng)度和韌性;④熱處理變形小(保證精度)、良好的焊接性(便于進(jìn)行模具焊補(bǔ))等。

[常用塑料模具鋼]:由于塑料模對力學(xué)性能的要求不高,所以材料選擇有較大的機(jī)動(dòng)性。常用塑料模具鋼的牌號(hào)、性能及用途見下表。表中所列鋼號(hào)大多為國產(chǎn)塑料模具鋼號(hào),現(xiàn)階段仍有許多塑料模采用國外鋼號(hào)(如日本、美國、德國、瑞典等)或根據(jù)國外鋼號(hào)生產(chǎn)的改良鋼種。

量具用鋼

量具應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性、高耐磨性、高硬度和一定的韌性。因此,量具用鋼慶應(yīng)具有硬度高、組織穩(wěn)定、耐磨性好,以及良好的研磨和加工性能、熱處理變形小、膨脹系數(shù)小和耐蝕性好。這類鋼一般屬于過共析鋼,加入的合金元素有鉻、錳、鎢、鉬等。常用的鋼類有鉻鋼、鉻鎢錳鋼、錳釩鋼等。