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工具鋼制成工具經(jīng)熱處理后具有足夠高的硬度,如用于金屬切削加工的工具一般在HRC60以上。工具在高的切削速度和加工硬材料所產(chǎn)生高溫的受熱條件下,仍能保持高的硬度和良好的紅硬性。碳素工具鋼和合金工具鋼一般在180℃~250℃、高速工具鋼在600℃左右的工作溫度下,仍能保持較高的硬度。紅硬性對(duì)熱變形模具和高速切削刀具用鋼是非常重要的性能。

耐磨性

工具鋼具有良好的耐磨性,即抵抗磨損的能力。工具在承受相當(dāng)大的壓力和摩擦力的條件下,仍能保持其形狀和尺寸不變。

強(qiáng)度韌性

工具鋼具有一定的強(qiáng)度和韌性,使工具在工作中能夠承受負(fù)荷、沖擊、震動(dòng)和彎曲等復(fù)雜的應(yīng)力,以保證工具的正常使用。

其他性能

由于各種工具的工作條件不同,工具用鋼還具有一些其他性能,如模具用鋼還應(yīng)具有一定的高溫力學(xué)性能、熱疲勞性、導(dǎo)熱性和耐磨腐蝕性能等。

合金工具鋼的加工方法主要是壓力加工鋼和切削工具鋼。合金工具鋼種類和多,有冷作,熱作,無(wú)磁,塑料模具鋼等等,同時(shí)Cr和V得比例不能過(guò)低。冷作模具工具鋼的選擇

冷作模具工具鋼的選擇,在實(shí)際用途中工具鋼是根據(jù)模具主要失效機(jī)理進(jìn)行選擇的。選擇工具鋼僅僅擁有鋼材性能方面的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還必須考慮生產(chǎn)零件的數(shù)量,被加工材料的類型,厚度及其硬度等因素。選擇工具鋼的一種基本方法是先把除磨損外的其他失效機(jī)理全部排除,然后選擇具備最適合耐磨損性的工具鋼,以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)量的要求。

碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,在0.65-1.35%之間,按其組織屬于亞共析、共析或過(guò)共析鋼。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性,心部有較好的韌性;退火硬度低(不大于HB207),加工性能良好。但其紅硬性差,當(dāng)工作溫度達(dá)250℃時(shí),鋼的硬度和耐磨性急劇下降,硬度下降到HRC60以下、這類鋼的淬透性低。較大的工具不能淬透(水中淬透直徑為15mm),水淬時(shí)表面淬硬層與中心部位硬度相差很大。使工具在淬火時(shí)易產(chǎn)生變形�；蛐纬闪鸭y此外,其淬火溫度范圍窄,在淬火時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制溫度。防止過(guò)熱、脫碳和變形。

生產(chǎn)品種

熱軋棒材圓鋼直徑或方鋼邊長(zhǎng)8mm-80mm

鍛制棒材 圓鋼直徑或方鋼邊長(zhǎng)50mm-150mm

冷拉棒材圓鋼直徑8mm-40mm

熱軋鋼板厚度0.7mm-15mm

冷拉鋼帶厚度0.10mm-3.60mm

冷拉鋼絲圓鋼絲直徑0.050mm-16mm

熱軋扁鋼厚度*寬度 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

鍛制扁鋼 厚度*寬度 10mm-65mm*(40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、130、150、170、180、190、200)mm

性能和用途

T7、T7A 亞共析鋼。具有較好的塑性、韌性和強(qiáng)度,以及一定的硬度,能承受震動(dòng)和沖擊負(fù)荷,但切削能力差。用于制造承受沖擊負(fù)荷不大,且要求具有適當(dāng)硬度和耐磨性,及較好的韌性的工具,如鍛模、鑿子、錘、沖頭、金屬剪切刀、擴(kuò)孔鉆、鋼印、木工工具、風(fēng)動(dòng)工具、機(jī)床頂尖、鉗工工具、鉆鑿工具、較鈍的外科醫(yī)療用具等。

T8、T8A 共析鋼。淬火加熱時(shí)容易過(guò)熱,變形也大,塑性和強(qiáng)度比較低,不宜制造承受較大沖擊的工具,但經(jīng)熱處理后有較高的硬度和耐磨性。用于制造切削刃口在工作時(shí)不變熱的工具,如木工工具、風(fēng)動(dòng)工具、鉗工工具、簡(jiǎn)單模具、鉚釘沖模、中心孔銃和沖模、切削鋼材用工具、軸承、刀具、鋁錫合金壓鑄板和型芯,以及各類彈簧等。

T8Mn、T8MnA 共析鋼。具有較高的淬透性和硬度,但塑性和強(qiáng)度較低。用于制造斷面較大的木工工具、手鋸鋸條、刻印工具、鉚釘沖模、發(fā)條、帶鋸鋸條、圓盤(pán)鋸片、煤礦用鑿、石工用鑿等。

T9、T9A過(guò)共析鋼。具有較高的硬度,但塑性和強(qiáng)度較低。用于制造要求較高硬度且有一定韌性的各種工具,如刻印工具、鉚釘沖模、壓床模、沖頭、木工工具、農(nóng)機(jī)切割零件、鑿巖工具和鑄模的分流釘?shù)取?/P>

T10、T10A過(guò)共析鋼。晶粒細(xì),在淬火加熱時(shí)(溫度達(dá)800℃)不致過(guò)熱,仍能保持細(xì)品粒組織;淬火后鋼中有未溶的過(guò)剩碳化物,所以具有比T8、T8A鋼更高的耐磨性,但韌性較低。

用于制造切削刃口在工作時(shí)不變熱的工具,不承受沖擊負(fù)荷而具有鋒利刃口和少許韌性的工具,如加工木材用工具、手用橫鋸、手用細(xì)木工具、機(jī)用細(xì)木工具、麻花鉆、拉絲模、沖模、冷鐓模、螺絲錐、擴(kuò)孔刀具、搓絲板、車刀、刨刀、銑刀、貨幣壓模、小尺寸斷面均勻的冷切邊及沖孔模、低精度形狀簡(jiǎn)單的卡板、鉗工刮刀、硬巖石鉆子、制鉚釘和釘子用工具、螺絲刀、銼刀、刻紋用鑿子、切紙和煙葉用刀具等。

T11、T11A 過(guò)共析鋼。具有較好的綜合力學(xué)性能(如硬度、耐磨性和韌性等),晶粒更細(xì),在加熱時(shí)對(duì)晶粒長(zhǎng)大和形成碳化物網(wǎng)的敏感性小。用于制造在工作時(shí)切削刃口不變熱的工具,如鋸、鏨刀、絲錐、銼刀、刮刀、發(fā)條、儀規(guī)、擴(kuò)孔鉆、板牙、切煙葉用刀具、尺寸不大和斷面無(wú)急劇變化的冷沖模及木工刀具等。 T12、T12A 過(guò)共析鋼。由于碳含量高。淬火后仍有較多的過(guò)剩碳化物,所以硬度和耐磨性高,但韌性低,且淬火變形大。不適于制造切削速度高和受沖擊負(fù)荷的工具。用于制造不受沖擊負(fù)荷,切削速度不高,切削刃口不變熱的工具,如車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、擴(kuò)孔鉆、絲錐、板牙、刮刀、量規(guī)、刀片、小型沖頭、鋼銼、鋸、發(fā)條、切煙葉用刀具,及斷面尺寸小的冷切邊模和沖口模等。

用于制造不受沖擊負(fù)荷,但要求極高硬度的金屬切削工具,如剃刀、刮刀、拉絲工具、銼刀、刻紋用工具、鉆子,以及堅(jiān)硬巖石加工用工具和雕刻用工具等。

高速

高速工具鋼主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性,也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達(dá)HRC63以上,在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度,而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩,還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼,其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。

鑄態(tài)高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物,經(jīng)熱壓力加工后破碎成顆粒狀分布在鋼中,稱為一次碳化物;從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。這些碳化物對(duì)高速工具鋼的性能影響很大,特別是二次碳化物,其對(duì)鋼的奧氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數(shù)量、類型與鋼的化學(xué)成分有關(guān),而碳化物的顆粒度和分布則與鋼的變形量有關(guān)。鎢、鉬是高速工具鋼的主要合金元素,對(duì)鋼的二次硬化和其他性能起重要作用。鉻對(duì)鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用,對(duì)二次硬化也有一定的作用。釩對(duì)鋼的二次硬化和耐磨性起重要作用,但降低可磨削性能。

高速工具鋼的淬火溫度很高,接近熔點(diǎn),其目的是使合金碳化物更多的溶入基體中,使鋼具有更好的二次硬化能力。高速工具鋼淬火后硬度升高,此為第一次硬化,但淬火溫度越高,則回火后的強(qiáng)度和韌性越低。淬火后在350℃以下低溫回火硬度下降在350℃以上溫度回火硬度逐漸提高,至520~580℃范圍內(nèi)回火(化學(xué)成分不同,回火溫度不同)出現(xiàn)第二次硬度高峰,并超過(guò)淬火硬度,此為二次硬化。這是高速工具鋼的重要特性。

高速工具鋼除了具有高的硬度、耐磨性、紅硬性等使用性能外,還具有一定的熱塑性、可磨削性等工藝性能。多系高速工具鋼主要合金元素是鎢,不含鉬或含少量鉬。其主要特性是過(guò)熱敏感性小,脫碳敏感性小、熱處理和熱加工溫度范圍較寬,但碳化物顆粒粗大,分布均勻性差,影響鋼的韌性和塑性。

鎢鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鎢和鉬。其主要特性是碳化物的顆粒度和分布均優(yōu)于鎢系高速工具鋼,脫碳敏感性和過(guò)熱敏感性低于鉬系高速工具鋼,使用性能和工藝性能均較好。

鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鉬,不含鎢或含少量鎢。其主要特性是碳化物顆粒細(xì),分布均勻、韌性好,但脫碳敏感性和過(guò)熱敏感性大、熱加工和熱處理范圍窄。

含鈷高速工具鋼是在通用高速工具鋼的基礎(chǔ)上加入一定量的鈷,可顯著提高鋼的硬度、耐磨性和韌性。

粉末高速工具鋼是用粉末冶金方法產(chǎn)生的。首先用霧化法制取低氧高速工具鋼預(yù)合金粉末,然后用冷、熱靜壓機(jī)將粉末壓實(shí)成全致密的鋼坯,再經(jīng)鍛、軋成材。粉末高速工具鋼的碳化物細(xì)小、分布均勻,韌性、可磨削性和尺寸穩(wěn)定性等均很好,可生產(chǎn)用鑄錠法個(gè)可能產(chǎn)生更高合金元素含量的超硬高速工具鋼。

粉末高速工具鋼可分為3類,第一類是含鈷高速工具鋼,其特點(diǎn)是具有接近硬質(zhì)合金的硬度,而且還具有良好的可鍛性、可加工性、可磨性和強(qiáng)韌性。第二類是無(wú)鈷高鎢、鉬、釩超硬高速工具鋼。第三類是超級(jí)耐磨高速工具鋼。其硬度不太高,但耐磨性極好,主要用于要求高耐磨并承受沖擊負(fù)荷的工作條件。

合金

工具鋼簡(jiǎn)介

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(guò)5%),即形成一系列的合金工具鋼。

按用途分類

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。

加工性

工具鋼應(yīng)具有良好的熱壓力加工性能和機(jī)械加工性能,才能保證工具的制造和使用。鋼的加工性取決于化學(xué)成分、組織的質(zhì)量。

熱處理

工具在熱處理時(shí),要求其尺寸和外形穩(wěn)定。

耐削性

對(duì)很制造刀具和量具用鋼。要求具有良好的磨削性。鋼的磨削性與其化學(xué)成分有關(guān),特別是釩含量,如果釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于0.50%則磨削性變壞。

淬火溫度

工具鋼的淬火溫度應(yīng)足夠?qū)?以減少過(guò)熱的可能性。

淬硬透性

淬硬性是鋼在淬火后所能達(dá)到最高硬度的性能。淬硬性主要與鋼的化學(xué)成分特別是碳含量有關(guān),碳含量越高,則鋼的淬硬性越高。

淬透性表示鋼在淬火后從表面到內(nèi)部的硬度分布狀況。淬透性的高低與鋼的化學(xué)成分、純潔度、晶粒度有關(guān)。根據(jù)用于制造不同的工具,對(duì)這兩種性能各有一定的要求。

脫碳敏感

工具表面發(fā)生脫碳,將使表面層硬度降低,因此要求工具鋼的脫碳敏感性低。在相同的加條件下,鋼的脫碳敏感性取決于其化學(xué)成分。