合金鋼與模具鋼

   時間:2014-03-07 22:51:32
合金鋼與模具鋼簡介
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合金鋼與模具鋼正文

   合金鋼
碳鋼中特意加入一些合金元素的鋼,常用的合金元素鉻Cr、錳Mn、硅Si、鋁Al、硼B、鎢W、鉬Mo、釩V、鈦Ti、鈮Nb鋯Zr和稀土元素Re等。
合金鋼分三大類:1、合金結構鋼;2、合金工具鋼;3、特殊性能鋼
(一)合金結構鋼
合金結構鋼是在碳鋼的基礎上適當地加入一種或樹種合金元素,如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V、Ti等,使之具有好的強度,足夠地韌性和好的淬透性,好地回火穩定性,奧氏體穩定性。
合金結構鋼分類:
1、普通低合金結構鋼(含碳量低):含碳量在0.10~0.25%之間的並含有少量多元合金元素(Si、Mn、Cu、Ni、Nb、Re)的低碳結構鋼,主要用於焊接鉚合結構。如:16Mn、09M2、16MnCu、15MnTi、15MnV、10MnSiCu等。
2、機械製造結構鋼:
a、滲碳鋼:含碳量0.15~0.25%之間,主要有15#、20#、20Cr、20 Cr MnTi、20 Cr Mn Mo、20 Mo B、25 MnTiB、12 CrNi3A、20Cr2Ni4A、18 Cr2 Ni4WA。經滲碳淬火及低溫回火,用於表面耐磨的受力件,如齒輪花鍵軸等。
b、調質鋼:含碳量在0.25~0.5%之間,主要用於淬火加高溫回火(調質),高強度高韌性零件,也有為到達更高的強度採用淬火加中溫或低溫回火的。常用材料40#、45#、45Mn2、40Cr、35 Cr Mo、40 CrMn Mo、40MnB、40 MnVB、40 Cr Ni Mo A、38 Cr MoAlA。
注意:防止二類回火脆性的回火冷卻方法和次數、
c、彈簧鋼:含碳量在0.60~0.70%之間,經淬火和中溫回火的彈性零件,常用材料65#、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA、50CrVA、60Si2CrVA、65 Si2MnWA、55 SiMnMoVNb、55 SiMnMoV。
d、軸承鋼:含碳量在0.95~1.10%之間,經淬火加低溫回火使用的軸承件,主要有GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GMnMoVRe、GSiMnV、GSiMnMoV。
合金鋼編號方法:

合金元素含量小於1.5%時,只標元素,不標明含量(數值),如果平均含量等於或大於1.5%、2.5%、3.5%……則相應也以2、3、4……等表示。
若含硫、磷量較低(S≤0.02%   P≤0.03%)的高級優質鋼,在鋼號后加“A”或“高”。
工具鋼的編號方法:
1、合金工具含碳量:平均含量C≥1%,不標出,C<1%時以千分之幾表示,合金以百分表示,同結構鋼如:9Mn2V、CrMn;
2、碳素工具鋼前帶T,后數為含碳千分之幾,含量大小於1%均標出,如:T9、T12;
3、高速鋼含碳量不標出,合金百分數標出,如:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。
(二)普通低合金結構鋼
是一種低碳結構用鋼,含碳量小於0.2%,以16Mn應用最廣泛,бs=32~35公斤/?2,Q345,較A3的24~26公斤/?2高30%,δ>20%。且與普結鋼有更低的冷淬臨界溫度。一般規定要求在-40。C時的ak不低於室溫的50%。
可焊性好,0。C以上時一般不用預熱,因加入Mn、Si等元素,主要是起到對鐵素體的固溶強化及細化晶粒等作用,為了提高耐蝕性能,還加入了適量的銅(0.2~0.5%)和磷(0.05~0.10%)。
低碳結構鋼大多在正火狀態下使用,他們在正火狀態下的組織應為鐵素體+索氏體。
(三)滲碳鋼
為得到高的表面硬度和耐磨性,而心部要求有較高的強度和適當的韌性ak值,在結構鋼中加入一定量的合金元素,如Cr、Mn、Ni、Mo、W、Ti、B等,其中Cr、Mn、Ni所起的主要作用是增加合金滲碳鋼淬透性,並使淬火和低溫回火后表面和心部組織得到強化,其餘如Mo、W、Ti、B等合金元素在合金滲碳鋼中含量一般是少的,B的含量是極微量的,僅為0.001~0.004%。Mo、W、Ti所起的作用是形成穩定的合金碳化物,阻礙A晶粒長大,並使鋼在淬火和低溫回火后表層和心部組織強化,特別是增加表層的耐磨性,微量的B能強烈的增加合金滲碳鋼的淬透性。心部為低碳淬火組織,保證了高的ak和足夠的強度бb,表層含碳0.85~1.05%,經淬火后硬度高達HRC>60,有良好的耐磨性。
如齒輪常用材料:20 Cr MnTi(原18 Cr MnTi),鍛造后950~970℃正火,硬度為HB170~210,加工性能良好,930~940℃滲碳6-8小時,預冷870~880℃時油淬后160~200℃低溫回火,2-3小時,強度、韌性、塑性都有升高,表面硬度HRC58~60,心部硬度HRC35~45,表面得到回火馬氏體,殘A和碳化物,心部為鐵素體+Pt低碳回火M,бb≈100公斤/?2,ψ≈50,ak≈80公斤•米/?2,200℃回火強度最高。
(四)調質鋼
調質鋼主要用於受力情況複雜的重要零部件,最為良好的機械性能,既強又韌,調質鋼的含碳量一般在0.25~0.50%之間,碳素調質鋼的含碳量應控制在0.50%以下,而合金調質鋼的含碳量0.25%以上。
合金調質鋼中主要的合金元素又Cr、Ni、Mn、Si,主要作用是增加淬透性,調質后內部組織為回火索式體(實際上這些元素大多溶入鐵素體中,使鐵素體得到強化,與滲碳鋼心部組織相似),其餘Mo、V、B等元素,他們在合金調質鋼中很少,B的含量極微(與合金滲碳鋼相同),Mo所起的主要作用是防止二類回火脆性現象(與合金滲碳鋼有區別),
而V所起的主要做用是阻礙高溫A晶粒長大,Al是加速鋼的氮化,細化晶粒(為什麼?)。微量的B能強烈的使C行曲線向右移動,從而顯著增加鋼的淬透性。即滯后開始轉變時間,對對結束時間影響不大。
注意:
1、調質回火后,要使得回火索氏體不允許有塊狀鐵素體出現,否則會降低強度和韌性;
2、回火保溫后要注意二類回火脆性,可以用水冷或油冷,甚至再去應力回火,對於大截面件內部快速冷卻越過500~650℃是困難的,普遍加入抑制二類回火脆性的合金元素,最有效的是Mo和W,Mo在鋼中的含量0.3~0.4%;W0.8~1.2%。
3、調質鋼也可在中低溫回火下使用,金相為回火屈式體或回火馬氏體,用於高強度的工具耐磨件。
(五)彈簧鋼
含碳0.6~0.9%   高的бs/бb
Si、Mn作為主合金,強化鐵素體,Si、Mn熱處理易於石墨化加入少量W、V、Cr碳化物形成元素來防止。
D<10的冷彈簧,只需250~300℃去應力處理。
D>10或熱成形彈簧,淬火加中溫回火,獲回火屈氏體T,中溫回火溫度350~520℃
淬火溫度一般不超過900℃,防止過熱(錳)和脫碳(Si有促進脫碳作用),表面噴丸強化,表層增加殘餘壓應力,壽命提高5~6倍。
(六)軸承鋼
鍛造——球化退火HB<210-加工,淬火850℃以下——160℃回火保溫2-3小時,HRC61~65。
(七)工具鋼
1、高硬度:只有工具的硬度大於被加工材料的硬度,才能進行切削,硬度一般都在HRC60以上(60~65),含碳量在0.6~1.5%範圍;
2、高的耐磨性;
3、高的熱硬性,熱硬的高低與回火穩定性有關,保證刀刃溫度高達600℃硬度不降低,經常加入提高回火穩定性的元素,如V、W、Ti、Cr、Mo、Si。
4、碳素工具鋼,熱硬性差,做手工工具用,T7—T13,做手錘銼刀,鑿子等。
5、低合金工具鋼,合金元素總量不超過3~5%,如9SiCr。製作板牙,SiCr的加入特別是Cr能大大的提高淬透性,Cr能顯著細化碳化物的晶粒,並使之分佈均勻,使刀具不崩刃,硅能提高回火穩定性,使鋼在250~300℃回火時保持HRC60以上的硬度,但應注意的是硅使鋼的熱處理時易脫碳,但淬火溫度860~870℃,如果高到880℃以上時,A晶粒變大顯著,淬火M針粗大,強度、韌性、塑性變壞,另外又會使殘餘A量增加,使強度、硬度、耐磨性下降。
6、加熱后在170~180℃左右的硝鹽中等溫淬火,使其發生下貝氏體轉變,比用油淬得到更好的韌性,滿意的硬度HRC60以上,並可減少變形。
淬火后180~200℃低溫回火,消除內應力,改善機械性能,保證硬度。
高速鋼:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2   工作溫度600℃無明顯變化。
碳:元素 
 一方面要保證能與W、Cr、V形成足夠的碳化物。
 另一方面要有一定的碳量溶於奧氏體,淬火后形成富碳馬氏體,保證高硬度。
鎢:元素,是提高回火穩定性和熱硬性的一個主要元素,W與C形成WC,可阻止A晶粒的長大,並增加鋼的耐磨性。
鉻:主要使C曲線右移,即提高淬透性,同時提高回火穩定性。
釩:是提高熱硬性的主要元素之一,VC顆粒細小,分佈均勻,硬度很高,HRC83~85,使高速鋼具有優良的耐磨性。
W18Cr4V的熱處理工藝見P107,原理及方法略。
硬質合金,將一些難熔的碳化物粉末(WC,TiC)和膠結物質如(鈷、鎳等)混合再加壓成型,再經燒結而成為一種合金。HRA87~91,熱硬性好可大於1000℃,切削速比高速鋼提高4~7倍,壽命提高5~80倍。
   模具鋼
冷沖模Cv12、Cv12W、Cr12MoV
C:2%-2.3%   1.45%-1.70%
Cr  Cv高硬度,提高淬透性和回火穩定性,產生二次硬化殘,殘A析出碳化和轉油為M結果。
鉬 Mo  增加淬透性和韌性
釩 V   細化晶粒,提高韌性、耐磨性和回火穩定性
熱模具鋼
5CrMnMo   5CrNiMo   含碳0.5~0.6
①高強度,高韌性,②400~600℃下強韌性,③抗熱疲勞龜裂現象,④大規模的淬透性
C.0.5%左右,太高使ak和導熱性降低
Cr提高淬透性,並提高回火穩定性,其碳化物提高耐磨性,425℃以下有熱硬性,
鎳Ni  提高淬透性(C曲線右移),並顯著提高強度和韌性
錳Mn  提高淬透性和強度
鉬Mo  增加淬透性及回火穩定性,細化晶粒,減少回火脆性,並提高熱硬性。

 

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