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    [推薦]刃具鋼的特點(diǎn)及性能

     

    刃具鋼的特征
    ①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(xì)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(yīng)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(huì)有數(shù)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(shí),水淬后只有工件表面層有高硬度,故不能做形狀復(fù)雜、尺寸較大的刀具;碳素刃具鋼紅硬性差,當(dāng)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(dá)62HRC,但耐磨性仍不足。
    碳素刃具鋼在熱處理時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。
    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(shí)工件要在強(qiáng)烈的淬火介質(zhì)(如水、鹽水、堿水等)中冷卻。因而,淬火時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力大,將引起較大的變形甚至開裂。因此,淬火后應(yīng)及時(shí)回火。碳素刃具鋼在淬火前經(jīng)球化退火處理,在退火處理過程中,由于加熱時(shí)間長、冷卻速度慢,會(huì)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(shí)需注意保護(hù)。一般用鹽浴爐或在保護(hù)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(zhì)。而對(duì)于重負(fù)荷、尺寸較大、形狀復(fù)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(shí)應(yīng)采用合金刃具鋼。
    ②合金刃具鋼。合金刃具鋼是在碳素刃具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素而發(fā)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(diǎn)。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、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性,同時(shí)強(qiáng)化馬氏體基體,提高回火穩(wěn)定性;W和V還可以細(xì)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(shí)易脫碳和石墨化,在使用中應(yīng)注意。如Si、Cr同時(shí)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(jìn)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(diǎn),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(fù)雜的刃具,精密的刃具,切削刃在心部的刃具(此時(shí)要求鋼的組織均勻性好),切削速度較大的刃具等。
    我國冶標(biāo)YB 7—59列入了56種合金刃具鋼。合金刃具鋼分為兩個(gè)體系。即針對(duì)提高鋼的淬透性的要求,發(fā)展了Cr、Cr2、9SiCr和CrWMn等鋼。其中9SiCr鋼在油中淬火淬透直徑可達(dá)40~50mm,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(jīng)熱處理后硬度可達(dá)64~66HRC,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(chǎn)中常用調(diào)整淬火溫度和冷卻介質(zhì)配合,使形狀復(fù)雜的薄壁工具達(dá)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(duì)提高耐磨性的要求,發(fā)展了合金刃具鋼Cr06、W、W2及CrW5等。其中CrW5又稱鉆石鋼,在水中冷卻時(shí),硬度可達(dá)67~68HRC,主要用于制作截面尺寸不大(5~15mm)、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160~200℃。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(jù)工件形狀、尺寸及性能要求等選定,并進(jìn)行嚴(yán)格控制,以保證工件質(zhì)量。另外,合金刃具鋼導(dǎo)熱性較差,對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸大的工件,在淬火加熱前往往先在600~650℃左右進(jìn)行預(yù)熱,然后再淬火回火,一般采用油淬、分級(jí)淬火或等溫淬火。少數(shù)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(diǎn),但由于合金刃具鋼所加合金元素?cái)?shù)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(chǎn)要求,如回火溫度達(dá)到250℃時(shí)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(fā)展了高速鋼。
    ③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2~4倍,刃具壽命提高8~15倍。高速鋼廣泛用于制造尺寸大、切削速度快、負(fù)荷大及工作溫度高的各種機(jī)加工工具,如車刀、刨刀、拉刀、鉆頭等。此外,還可應(yīng)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(píng)價(jià)中優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具。

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