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刃具鋼材料的特點和性能

 

刃具鋼的特征
碳素刃具鋼。常用碳素工具鋼包括:T7、T7A、T8、T8A、T8Mn、T8MnA、T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A、T12、T12A、T13、T13A。碳素刃具鋼含碳量范圍在0.65%1.35%,屬高碳鋼,包括亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。碳素刃具鋼的熱處理工藝為淬火+低溫回火。一般亞共析鋼采用完全淬火,淬火后的組織為細針狀馬氏體;過共析鋼采用不完全淬火,淬火后的組織為隱晶馬氏體+未溶碳化物,具由于未溶碳化物的存在,使鋼的韌性較低,在使用中脆斷傾向性大,應予以充分注意。
在碳素刃具鋼正常淬火組織中還不可避免地會有數量不等的殘余奧氏體存在。
碳素刃具鋼淬透性低,工具斷面尺寸大于15mm時,水淬后只有工件表面層有高硬度,故不能做形狀復雜、尺寸較大的刀具;碳素刃具鋼紅硬性差,當工作溫度超過250,硬度和耐磨性迅速下降,而失去正常工作能力;該類鋼從成分上看,不含有合金元素,淬火、回火后碳化物屬于滲碳體型。硬度雖然可達62HRC,但耐磨性仍不足。
碳素刃具鋼在熱處理時需注意以下幾點。
a
.碳素工具鋼淬透性低,為了在淬火后獲得馬氏體組織,淬火時工件要在強烈的淬火介質(如水、鹽水、堿水等)中冷卻。因而,淬火時產生的應力大,將引起較大的變形甚至開裂。因此,淬火后應及時回火。碳素刃具鋼在淬火前經球化退火處理,在退火處理過程中,由于加熱時間長、冷卻速度慢,會有石墨析出使鋼脆化(稱為黑脆)。
b
.碳素刃具鋼由于含碳量高,在加熱過程中易氧化脫碳,所以加熱時需注意保護。一般用鹽浴爐或在保護氣氛條件下加熱。
綜上所述,由于碳素工具鋼淬透性低、紅硬性差、耐磨性不夠高,但碳素刃具鋼成本低,所以,只能用來制造切削量小、切削速度較低的小型刃具,可用來加工硬度低的軟金屬或非金屬材質。而對于重負荷、尺寸較大、形狀復雜,且工作溫度超過200的刃具,碳素刃具鋼就滿足不了工作的要求,在制造這類刃具時應采用合金刃具鋼。
合金刃具鋼。合金刃具鋼是在碳素刃具鋼的基礎上加入某些合金元素而發展起來的,其目的是克服碳素刃具鋼的淬透性低、紅硬性差、耐磨性不足的缺點。合金刃具鋼的含碳量在0.75%1.5%,合金元素總量則小于5%,所以又稱低合金刃具鋼。加入的合金元素為Cr、Mn、Si、WV等。其中Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性,同時強化馬氏體基體,提高回火穩定性;WV還可以細化晶粒;Cr、Mn等可溶入滲碳體,形成合金滲碳體,有利于鋼耐磨性的提高。另外,Si使鋼在加熱時易脫碳和石墨化,在使用中應注意。如Si、Cr同時加入鋼中,則能降低鋼的脫碳和石墨化傾向。
合金刃具鋼淬透性較碳素刃具鋼好,淬火冷卻可以油中進行,熱處理變形和開裂傾向小,耐磨性和紅硬性也有所提高。合金元素的加入,提高了鋼的臨界點,故一般淬火溫度較高,脫碳傾向增加大。
合金刃具鋼主要用于制作截面尺寸較大且形狀復雜的刃具,精密的刃具,切削刃在心部的刃具(此時要求鋼的組織均勻性好),切削速度較大的刃具等。
我國冶標YB 7—59列入了56種合金刃具鋼。合金刃具鋼分為兩個體系。即針對提高鋼的淬透性的要求,發展了Cr、Cr2、9SiCrCrWMn等鋼。其中9SiCr鋼在油中淬火淬透直徑可達4050mm,適宜制造薄刃或切削刃在心部的工具,如板牙、滾絲輪、絲錐等。
CrWMn
鋼是最常用的合金刃具鋼,經熱處理后硬度可達6466HRC,且具有較高的耐磨性。CrWMn鋼淬火后,有較多的殘余奧氏體,淬火變形較小,故有低變形之稱。生產中常用調整淬火溫度和冷卻介質配合,使形狀復雜的薄壁工具達到少變形或不變形。這種鋼適于做截面尺寸較大、要求耐磨性高、淬火變形小,但工作溫度不高的拉刀、長絲錐等,也可作量具、冷變形模具和高壓油泵的精密部件(柱塞)等。
此外,針對提高耐磨性的要求,發展了合金刃具鋼Cr06、W、W2CrW5等。其中CrW5又稱鉆石鋼,在水中冷卻時,硬度可達6768HRC,主要用于制作截面尺寸不大(515mm)、形狀簡單又要求高硬度、高耐磨性的工具,如雕刻工具及切削硬材料的刃具。
合金刃具鋼的熱處理與碳素刃具鋼基本相同,也包括加工前的球化退火和成型后的淬火與低溫回火,回火溫度一般為160200。合金刃具鋼為過共析鋼,一般采用不完全淬火。淬火加熱溫度要根據工件形狀、尺寸及性能要求等選定,并進行嚴格控制,以保證工件質量。另外,合金刃具鋼導熱性較差,對于形狀復雜、截面尺寸大的工件,在淬火加熱前往往先在600650左右進行預熱,然后再淬火回火,一般采用油淬、分級淬火或等溫淬火。少數淬透性低的鋼,如Cr06、CrW5等鋼,可采用水淬。
合金刃具鋼解決了淬透性低、耐磨性不足等缺點,但由于合金刃具鋼所加合金元素數量不多,仍屬于低合金范圍,故其紅硬性雖比碳素刃具鋼高,但仍滿足不了生產要求,如回火溫度達到250時硬度值已降到≤60HRC。因此要想大幅度提高鋼的紅硬性,靠合金刃具鋼難以解決,故發展了高速鋼。
高速鋼。同碳素刃具鋼和合金刃具鋼相比,高速鋼的切削速度可提高24倍,刃具壽命提高815倍。高速鋼廣泛用于制造尺寸大、切削速度快、負荷大及工作溫度高的各種機加工工具,如車刀、刨刀、拉刀、鉆頭等。此外,還可應用在模具及一些特殊軸承方面。
盡管高速鋼刀具在全世界的銷售額不斷減少,但是,高性能的鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼的使用量卻在不斷增加,可主要用于鈦合金等難加工材料的切削。它們比普通的高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用可靠性,尤其是粉末冶金高速鋼的性能更好,甚至在綜合評價中優于硬質合金刀具。http://www.scqicai.com

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