《工程材料与热加工基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 工模具用钢

第5章工模具用钢 51概述 51.1分类 工模具钢:用以制造各种加工工模具的钢种。 刃具钢 按用途分类模具钢 量具钢 碳素工具钢 按化学成分类合金工具钢 高速工具钢

第5章 工模具用钢 5.1 概述 5.1.1 分类 工模具钢： 用以制造各种加工工模具的钢种。 刃具钢 模具钢 量具钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢 按用途分类 按化学成分分类

5.12性能要求 工作条件的共性:很大的局部压力和磨损 共同点:高硬度、高耐磨性和一定的韧性及强度。 高硬度:保证工模具在应力作用下形状和尺寸的稳定; 高耐磨性:保证工模具使用寿命的必要条件 定的韧性:保证工模具在受到冲击、振动作用时,不因崩 裂或折断而提前失效。 既韧又耐磨,这是两个互相矛盾的基本性能,取决于马氏体 的成分与硬度以及碳化物的性质、数量、形态及分布。 特殊点:刃具钢:高的红硬性及一定的强度和韧性; 冷模具钢:较高的强度和一定的韧性; 热模具钢:高韧性和耐热疲劳性; 量具钢:高的尺寸稳定性。 红硬性:钢在高温下保持高硬度的能力

5.1.2 性能要求 工作条件的共性：很大的局部压力和磨损。 共同点：高硬度、高耐磨性和一定的韧性及强度 。 ◆ 高硬度：保证工模具在应力作用下形状和尺寸的稳定； ◆ 高耐磨性：保证工模具使用寿命的必要条件； ◆ 一定的韧性：保证工模具在受到冲击、振动作用时，不因崩 裂或折断而提前失效。 既韧又耐磨，这是两个互相矛盾的基本性能，取决于马氏体 的成分与硬度以及碳化物的性质、数量、形态及分布。 特殊点：刃具钢：高的红硬性及一定的强度和韧性； 冷模具钢：较高的强度和一定的韧性； 热模具钢：高韧性和耐热疲劳性； 量具钢：高的尺寸稳定性。 红硬性：钢在高温下保持高硬度的能力

513成分特点 1、高碳:0.6~1.3% 作用:(1)获得高碳马氏体。马氏体的硬度和切断拉力随 含碳量增加而提髙 (2)形成足够数量的碳化物,以保证高的耐磨性。 2、主加合金元素:Cr,W,Mo,V,形成碳化物,保证 高硬度和高耐磨性。 3、辅加合金元素:Si,Mn,提高淬透性,减少热处理 时的变形,提高回火稳定性。 4、S,P均限制在0.02~0.03%以下,以改善工具钢的塑 性变形能力,减轻热处理时淬裂的可能性。属优质钢和高级 优质钢

5.1.3 成分特点 1、高碳：0.6～1.3% 作用：⑴获得高碳马氏体。马氏体的硬度和切断拉力随 含碳量增加而提高。 ⑵形成足够数量的碳化物，以保证高的耐磨性。 2、主加合金元素：Cr，W，Mo，V，形成碳化物，保证 高硬度和高耐磨性。 3、辅加合金元素：Si，Mn，提高淬透性，减少热处理 时的变形，提高回火稳定性。 4、S，P均限制在0.02～0.03%以下，以改善工具钢的塑 性变形能力，减轻热处理时淬裂的可能性。属优质钢和高级 优质钢

514热处理特点 1、预先热处理:球化退火 退火组织:F+细小均匀的粒状K(粒状P) 目的:降低硬度,便于切削加工,为淬火作组织准备。 若有网状碳化物,则正火+球化。 2、最终热处理:淬火+低温回火 淬火加热温度:Ac1+30~50°C,保留部分未溶碳化物,以 防止奥氏体晶粒长大,保持细小晶粒,保证一定的韧性和耐磨 性 钢的硬度相同时,具有细小碳化物的组织,其耐磨性较高。 淬火组织:M+A′+未溶K。 低温回火目的:消除有害应力的前提下,尽量保持高硬度。 回火组织:回火M+A′+K

5.1.4 热处理特点 1、预先热处理：球化退火 退火组织：F+细小均匀的粒状K（粒状P） 目的：降低硬度，便于切削加工，为淬火作组织准备。 若有网状碳化物，则正火+球化。 2、最终热处理：淬火+低温回火 淬火加热温度：AC1+30～50℃，保留部分未溶碳化物，以 防止奥氏体晶粒长大，保持细小晶粒，保证一定的韧性和耐磨 性。 钢的硬度相同时，具有细小碳化物的组织，其耐磨性较高。 淬火组织：M+A ＇+未溶K。 低温回火目的：消除有害应力的前提下，尽量保持高硬度。 回火组织：回火M+A ＇+K

52刃具钢 刃具钢:用来制造各种切削加工工具的钢种。 521工作条件和性能要求 1、工作条件:主要承受压应力、弯曲应力,扭转应力,还 会受到冲击、振动等作用,同时受工件及切屑的强烈摩擦作用。 摩擦产生的大量热量使刃具温度升高。切削速度越快,刃具 温度越高。有时刀刃温度可达600°C 2、失效形式:磨损;崩刃;折断 3、性能要求:高硬度(HRC>60),足够的耐磨性,高 的红硬性,足够的塑、韧性和强度。 4、用途:制造切削刃具,如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板 牙等

5.2 刃具钢 刃具钢：用来制造各种切削加工工具的钢种。 5.2.1 工作条件和性能要求 1、工作条件：主要承受压应力、弯曲应力，扭转应力，还 会受到冲击、振动等作用，同时受工件及切屑的强烈摩擦作用。 摩擦产生的大量热量使刃具温度升高。切削速度越快，刃具 温度越高。有时刀刃温度可达600℃。 2、失效形式：磨损；崩刃；折断。 3、性能要求：高硬度（HRC＞60 ），足够的耐磨性，高 的红硬性，足够的塑、韧性和强度。 4、用途：制造切削刃具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板 牙等

板牙 /2-12 丝锥 加工内螺纹 加工外螺纹

加工内螺纹 加工外螺纹 板牙 丝锥

5.22碳素工具钢 1、牌号、化学成分和及用途 GB/T1298-86(2008规定了其牌号、化学成分和力学性能。 牌号: T+数字(A) 数字:平均含碳量,以01%为单位。 例:T7、T12。 A:高级优质钢,Wp≤0.030%,Ws≤0.020%。 随数字↑,含碳量↑,硬度和耐磨性↑,而韧性J

5.2.2 碳素工具钢 1、牌号、化学成分和及用途 GB/T1298-86(2008)规定了其牌号、化学成分和力学性能。 牌号： T+数字（A） 数字：平均含碳量，以0.1% 为单位。 例：T7、T12。 A：高级优质钢， WP  0.030 %， WS  0.020 % 。 随数字↑，含碳量↑，硬度和耐磨性↑，而韧性↓

用途 T7、T8:承受冲击负荷的工具;锤子、冲头等。 T9~T10:要求中等韧性的工具,钻头、小冲模等。 T11~T13:不承受冲击负荷的量具、锉刀等。 螺纹量规 刃部64HRC~67HRC 柄部 <35HRC

用途 T7、T8：承受冲击负荷的工具；锤子、冲头等。 T9~T10：要求中等韧性的工具，钻头、小冲模等。 T11~T13：不承受冲击负荷的量具、锉刀等。 螺纹量规

碳素工具钢的化学成分及机械性能 化学成分 「退火后硬淬火后硬度 钢号 Si Mr P|s度HBS淬火温度 /CHRC c 不大于不大于及冷却剂不小于 T70.65-07403504000350.0301837800820k62 T8075-0.840355040003500301837780-800k62 T8Mn 080-090035 040~0 60 00350.030187780-800水62 T9085094503504000350030192760-780水62 T100.95-104503504000350.030197760-780水62 T11105-1140.3504000350.030207760-780水62 T12115-124s035504000350.030207760~780水62 T1312513550.350.400035030217760-780水62

碳素工具钢的化学成分及机械性能 钢号 化 学 成 分 /% 退火后硬 度HBS 不大于 淬火后硬度 C Si Mn P S 淬火温度/℃ 及冷却剂 HRC 不大于 不小于 T7 0.65~0.74 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 187 800~820水 62 T8 0.75~0.84 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 187 780~800水 62 T8Mn 0.80~0.90 ≤0.35 0.40~0 .60 0.035 0.030 187 780~800水 62 T9 0.85~0.94 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 192 760~780水 62 T10 0.95~1.04 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 197 760~780水 62 T11 1.05~1.14 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 207 760~780水 62 T12 1.15~1.24 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 207 760~780水 62 T13 1.25~1.35 ≤0.35 ≤0.40 0.035 0.030 217 760~780水 62

2、性能特点 优点:容易锻造及切削加工,价格便宜 缺点: 红硬性差,当工作温度≥250°C时,硬度和耐磨性迅速下降 ◆淬透性低,淬火临界直径φ<10mm,不能用作大尺寸的刃具; 淬火时,变形及开裂倾向大 3、热加工特点 碳工钢一般锻造性较好,锻压比一般要大于4,终锻温度 Acm以下,800°C较适宜。 热加工后应快速冷至600~700°C后再缓冷,以避免析出粗大 或网状碳化物

2、性能特点 优点：容易锻造及切削加工，价格便宜。 缺点： ◆ 红硬性差，当工作温度≥250℃时，硬度和耐磨性迅速下降； ◆ 淬透性低，淬火临界直径φ＜10mm，不能用作大尺寸的刃具； ◆ 淬火时，变形及开裂倾向大。 3、热加工特点 碳工钢一般锻造性较好，锻压比一般要大于4，终锻温度 Acm以下，800℃较适宜。 热加工后应快速冷至600～700℃后再缓冷，以避免析出粗大 或网状碳化物