第4章工模具用钢4.1 概述工具钢成分与性能特点，基本性能及检测方法4.2 碳素钢及低合金刃具钢4.3 高速钢合金元素作用，碳化物，高速钢热处理4.4 冷作模具钢低合金模具钢，高铬和中铬模具钢，新型模具钢4.5 热作模具钢热锤锻模具钢，热挤压模具钢，压铸模具钢4.6 其他类型工具用钢按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。

①刃具钢可分为碳素、低合金工具钢和高速钢三大类。

②模具钢按工作温度可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。

③量具钢用来制作量规、卡尺、样板等。

用来测量工件尺寸和形状。

主要矛盾韧度和耐磨性间的合理平衡→基体成分和K的性质、数量、形态和分布。

1、工具钢成分与性能特点成分组织一般含0.6~1.3%C→M+足够数量K。

M硬度高、切断抗力较高、耐磨性好。

Cr、W、Mo、V等：↑淬透性、耐磨性和热稳定性；Mn、Si辅助加入：↑淬透性，回稳性；第二相K →球状、细小、均匀分布。

4.1 概述2、工具钢基本性能及检测方法一、碳素工具钢1. 含碳量0.65～1.35%。

钢号从T7到T13。

做低速切削的刃具和简单的冷冲模。

淬透性低，断面尺寸<15mm的工具。

T7有较好的塑韧性，宜做受冲击的刃具，如凿子等；T8易过热，制造形状简单的木工工具等；T10、T12耐磨性较好，强度高，但韧度低，制造不受冲击或冲击较小形状简单的工具，如车刀、铣刀等。

2. 热处理工艺及性能采用球化退火→不完全淬火→低温回火。

淬火：760~800℃，盐水冷却（因淬透性低）。

回火：150~250℃。

性能：HRC58~64，但韧性，耐磨性不同。

淬火变形开裂倾向大，工件厚淬不透。

组织稳定性差，高于200℃硬度明显下降。

二、低合金工具钢球化退火2. 热处理工艺及性能采用球化退火→不完全淬火→低温回火。

等温退火，由退火温度以30~40℃/h 冷至700℃左右，等温4h ，再炉冷到600℃出炉。

T 淬为A cm +30~50℃，油冷、熔盐分级淬火、等温淬火（B 等温淬火和M 等温淬火）。

淬火工艺一般组织含碳量0.5~0.6%的M+未溶粒状K9SiCr ：①Si、Cr↑淬透性，D油<40mm；②Si、Cr ↑回火稳定性，~250℃回火，>60HRC；③K细小、均匀→不容易崩刃；④分级淬火或等温淬火处理，变形较小；⑤Si使钢的脱碳倾向增大。

适于制作形状较复杂、变形要求小的工件，特别是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。

CrWMn：1898年就有含W钢，1910年生产了W18Cr4V。

近几十年来，高速钢的产量、品种和质量都有了很大的发展。

按照其成分和性能特点可分为以下几类：（1）W系高速钢：W18Cr4V（18-4-1）型，M1。

（2）W-Mo系高速钢：W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）型，（M2）。

（3）Co系高速钢：W18Cr4VCo5，W6Mo5Cr4V2Co8。

红红硬性高、切削性能好。

（4）超硬高速钢：W6Mo5Cr4V2Al。

具有65~70HRC高硬度、高红硬性特点，成本比钴高速钢高。

钨系和钨钼系称为通用型高速钢，而把其他类型称为高性能或特殊用途高速钢。

一、高速钢中合金元素的作用C一般高速钢含0.7~1.65%C。

形成足够数量的碳化物；保证马氏体中固溶碳量。

影响C%过高：a. A R增多；b. 碳量的提高使固相线降低，晶界熔化温度降低→淬火温度↓→ A中Me%↓→红硬性↓；c. 韧性低。

W ：造成红硬性的主要元素。

退火时主要以M 6C 型碳化物存在。

一部分M 6C 型碳化物溶入奥氏体强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出，提高回火稳定性，在600℃回火时，仍为过饱和固溶体，具有高的红硬性。

回火时在马氏体中弥散析出W 2C ，造成二次硬化，具有高的红硬性和耐磨性。

淬火加热时一部分M 6C 型碳化物未溶入奥氏体强烈阻止奥氏体晶粒长大。

保证淬火加热采用1220~1310℃的高温，使足够数量的碳化物溶入奥氏体，保证高的红硬性，提高耐磨性。

W ↓ ↓热导率→钢导热性差。

W 和Mo 相似，1%Mo 可取代1.5~2.0%W 。

VV显著↑红硬性、↑硬度和耐磨性，细化晶粒，↓过热敏感性。

以VC存在。

在所有的高速钢中，除钴高速钢以外，退火状态下都含有M6C、M23C6、MC三种碳化物，在含W、Mo较少的高速钢中还有M7C3型碳化物。

在淬火状态下，只有M6C和MC。

回火状态（650℃左右）有M2C、MC析出。

二、高速钢中的碳化物1. 碳化物的类型2. 碳化物不均匀性对高速钢性能的影响钨系高速钢的始锻温度一般为1140℃~1180℃，终锻温度为90 0℃左右；钼系及钨系高速钢的始锻温度要低一些，为了减少氧化与脱碳，可以降低至1000℃左右，终锻温度为850℃~870℃。

终锻温度太低会引起锻件开裂，而终锻温度太高（大于1000℃）会造成晶粒的不正常长大，出现萘状断口。

高速钢的导热性能较差，锻造加热过程中，一般应在850℃~ 900℃以下应缓慢进行；锻造或轧制后为防止产生过多的马氏体组织，应缓慢冷却（常用灰坑缓冷），以防止产生过高的应力和开裂。

采用合适的锻压比，一般在7~11之间，反复拉拔和锻粗2~3次；锻造时先轻锤快打，后重锤锻打，锻后要缓慢冷却，进行退火。

高速钢退火后的组织为索氏体+碳化物，硬度为HB207~255。

4.3 高速钢三、高速钢的铸态组织1. 高速钢的平衡结晶过程平衡组织为：Ld′+ K+P2. 高速钢的实际铸态组织高速钢在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却，合金元素来不及扩散，在结晶和固态相变过程中的转变不能完全进行。

若包晶反应不能进行完毕，仍有部分高温铁素体δ相被保留下来，在继续冷却时发生共析转变δ→γ＋K，称为δ共析，随后γ相再发生共析反应。

因为在金相组织中呈黑色，又称黑色组织。

若γ相的共析反应被抑制，过冷到较低温度转变为M＋AR，在金相组织中呈白色，称白色组织。

四、高速钢的热处理1. 退火：采用球化退火，也可分为一般退火和等温退火两种。

退火温度为860℃~880℃，保温2~3h。

这样溶入奥氏体中的合金元素不多，奥氏体的稳定性较小，冷却时易转变成粒状珠光体。

如果加热温度太高，奥氏体内溶入大量的碳及合金元素，其稳定性增大，反而对退火不利。

为了缩短退火时间，可以采用等温球化退火，即在860℃~ 880℃保温，迅速冷却至720℃~750℃保温6h后冷至500℃出炉。

2. 淬火、回火：淬火要求：A．奥氏体中有足够的C和Me，只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。

B．有相当的未溶碳化物阻止奥氏体晶粒长大。

高速钢特点：①淬透性好，空冷可得马氏体。

（但为保证钢的红硬性和避免在高温时产生氧化腐蚀，一般不采用空冷。

）②在650~350℃，有过冷奥氏体稳定区。

③奥氏体中合金度较高，有碳化物析出倾向，在650℃以上范围停留或缓冷至675℃时，奥氏体中会出现二次碳化物。

4.3 高速钢分级淬火的分级温度停留时间一般不宜太长，否则二次碳化物可能大量析出，对钢的性能不利。

等温淬火：有贝氏体等温淬火（235~315℃，2~4h）和马氏体等温淬火（200℃左右，5~60min）。

采用较多的是贝氏体等温淬火。

可提高工具的强度、韧度和切削性能。

降低中心钻及仪表刀具等在使用中发生断头、崩刃等现象。

回火：为消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量。

560℃三次回火，每次保温1h，回火后需冷至室温。

560℃回火后，硬度反而升高，有二次硬化现象：①560℃回火析出弥散的M2C和VC，起弥散硬化作用。

②二次淬火：A在回火后的冷却过程中转变为马氏体。

R正常回火后的组织为回火马氏体＋碳化物以及少量A。

R模具钢日本称“模具是促进社会繁荣的动力”；德国称“模具是工业发展的基石”。

目前，靠模具成型的零部件正以每年30%的速度递增，逐步取代传统的切削加工成型手段，工业产品零件的75%由模具进行粗加工成型，50%由模具完成精加工。

我国模具钢的产量也超过了日本。

但是伴随着我国模具制造业技术水平的提高，对优质、精品模具钢需求逐步增长，国内高性能模具钢种的生产与开发能力不足，国产的合金模具钢与瑞典、德国、美国、日本、法国等国际先进水平相比，仍存在一定的差距，在品种、质量、尺寸规格及性能等方面，都还难以满足市场需求，导致我国每年需要进口约10万吨的精品模具钢，几乎占据了国内整个模具钢的高端市场。

金属在冷态下变形拉延、冲压、冷镦或冷挤成形等共同特点工作T不高，模具主要承受高压力或冲击力，有强烈的摩擦技术要求主要技术要求为具有高硬度和耐磨性，淬火变形小，有一定韧性一、低合金模具钢二、高铬和中铬模具钢（一）高碳高铬模具钢。