刃具用钢简介 刃具用钢是什么材料？ 什么是刃具用钢

    刃具用钢是用来制造各种切削加工工具的钢种，刃具的种类繁多，如车刀、饨刀、刨刀、钻头、丝锥及板牙等。其中车刀具有代表性，车刀的工作条件基本能反映各类 刃具工作条件的特点。
    (1)刃具钢的工作条件及性能要求
    刃具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作用，使切屑产生变形与断裂，并从工件整体上剥离下来。故刀刃本身承受弯曲、扭 转、剪切应力和冲击、振动等负荷作用，同时还要受到工件和切屑的强烈摩擦作用。由于切屑层金属的变形以及刃具与工件、切屑的摩擦产生大量的摩擦热，使刃具温度升 高。切削速度越快，则刃具的温度越高，有时刀刃温度可达600P左右。刃具钢具有如下使用性能。
    ①具有高于被切削材料的硬度，一般应在60HRC以上，加工软材料时可为45~55HRC，故刃具钢应是以高碳马氏体为基体的组织。
    ②为了刃具的使用寿命，应具有足够的耐磨性。高的耐磨性不仅决定于高硬度，同时也决定于钢的组织。在马氏体基体上分布着弥散的碳化物，尤其是各种合金碳化物能有效地提高刃具钢的耐磨损能力。
    ③刃具在工作时承受着冲击、振动等作用，刃具钢应具有足够的塑性和韧性，以防止使用中崩刃或折断。
    ④为了使刃具能承受切削热的作用，要求刃具有高的红硬性。钢的红硬性是指钢在受热条件下仍能保持足够高的硬度和切削能力的性能。红硬性可以用多次高温回火后 在室温条件下测得的硬度值来表示，所以红硬性是钢抵抗多次高温回火软化的能力，实 质上这是一个回火抗力的问题。
    上述四点是对刃具钢的一般使用性能要求，而视使用条件的不同可以有所侧重。如锉刀不一定需要很高的红硬性；而钻头工作时，其内部产生的热量散失困难，所以对红硬性要求很高。
    此外，选择刃具钢时，应当考虑工艺性能的要求。例如，切削加工与磨削性能好、具有良好的淬透性、较小的淬火变形、开裂敏感性等要求，都是刃具钢合金化及其选材的基本依据。
    （2）刃具钢的特性
    ①碳素刃具钢。常用碳素工具钢包括：T7、T7A、T8、T8A、T8Mn、T8MnA、T9、T9A, T10、T10A、T11、T11A、T12、T12A、T13、T13A。碳素刃具钢含碳量范围在0.65%~1.35%，属高碳钢，包括亚共析钢、共析钢和过共析钢。碳素刃具钢的热处理工艺为淬火+低温回火。一般亚共析钢采用有效淬火，淬火后的组织为细针状马氏体；过共析钢采用不有效淬火，淬火后的组织为隐晶马氏体+未溶碳化物，且由于未溶碳化物的存在，使钢的韧性较低，在使用中脆断倾向性大，应予以充分注意。
    在碳素刃具钢正常淬火组织中还不可避免地会有数量不等的残余奥氏体存在。
    碳素刃具钢淬透性低，工具断面尺寸大于15mm时，水淬后只有工件表面层有高硬度，故不能做形状复杂、尺寸较大的刀具；碳素刃具钢红硬性差，当工作温度超过250℃，硬度和耐磨性迅速下降，而失去正常工作能力；该类钢从成分上看，不含有合金元素，淬火、回火后碳化物属于渗碳体型。硬度虽然可达62HRC，但耐磨性仍不足。
    碳素刃具钢在热处理时需注意以下几点。
    a.碳素工具钢淬透性低，为了在淬火后获得马氏体组织，淬火时工件要在强烈的淬火介质（如水、盐水、碱水等）中冷却。因而，淬火时产生的应力大，将引起较大的变形甚至开裂。因此，淬火后应及时回火。碳素刃具钢在淬火前经球化退火处理，在退火处理过程中，由于加热时间长、冷却速度慢，会有石墨析出使钢脆化（称为黑脆）。
    b.碳素刃具钢由于含碳量高，在加热过程中易氧化脱碳，所以加热时需注意保护。一般用盐浴炉或在保护气氛条件下加热。
    综上所述，由于碳素工具钢淬透性低、红硬性差、耐磨性不够高，但碳素刃具钢成本低，所以，只能用来制造切削量小、切削速度较低的小型刃具，可用来加工硬度低的软金属或非金属材质。而对于重负荷、尺寸较大、形状复杂，且工作温度超过200℃的刃具，碳素刃具钢就满足不了工作的要求，在制造这类刃具时应采用合金刃具钢。
    ②合金刃具钢。合金刃具钢是在碳素刃具钢的基础上加入某些合金元素而发展起来的，其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、红硬性差、耐磨性不足的缺点。合金刃具钢的含碳量在0.75%~1.5%，合金元素总量则小于5%，所以又称低合金刃具钢。加入的合金元素为Cr、Mn、Si、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，同时强化马氏体基体，提高回火稳定性；W和V还可以细化晶粒；Cr、Mn等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于钢耐磨性的提高。另外，Si使钢在加热时易脱碳和石墨化，在使用中应注意。如Si、Cr同时加入钢中，则能降低钢的脱碳和石墨化倾向。
    合金刃具钢淬透性较碳素刃具钢好，淬火冷却可在油中进行，热处理变形和开裂倾向小，耐磨性和红硬性也有所提高。合金元素的加入，提高了钢的临界点，故一般淬火温度较高，脱碳倾向增大。
    合金刃具钢主要用于制作截面尺寸较大且形状复杂的刃具，精密的刃具，切削刃在心部的刃具（此时要求钢的组织均匀性要好），切削速度较大的刃具等。
    我国冶标YB 7-59列入了56种合金刃具钢。合金刃具钢分为两个体系。即针对提高钢的淬透性的要求，发展了 Cr、Cr2、9SiCr和CrWMn等钢。其中9SiCr钢在油中淬火淬透直径可达40~50mm，适宜制造薄刃或切削刃在心部的工具，如板牙、滚丝轮、丝锥等。
    CrWMn钢是常用的合金刃具钢，经热处理后硬度可达64-66HRC,且具有较高的耐磨性。CrWMn钢淬火后，有较多的残余奥氏体，淬火变形较小，故有低变形钢之称。生产中常用调整淬火温度和冷却介质配合，使形状复杂的薄壁工具达到少变形或不变形。这种钢适于做截面尺寸较大、要求耐磨性高、淬火变形小，但工作温度不高的拉刀、长丝锥等，也可作量具、冷变形模具和高压油泵的精密部件（柱塞）等。
    此外，针对提高耐磨性的要求，发展了合金刃具钢Cr06、W、W2及CrW5等。其中CrW5又称钻石钢，在水中冷却时，硬度可达67-68HRC，主要用于制作截面尺寸不大（5~15mm）、形状简单又要求高硬度、高耐磨性的工具，如雕刻工具及切削硬材料的刃具。
    合金刃具钢的热处理与碳素刃具钢基本相同，也包括加工前的球化退火和成型后的淬火与低温回火，回火温度一般为160~200℃。合金刃具钢为过共析钢，一般釆用不有效淬火。淬火加热温度要根据工件形状、尺寸及性能要求等选定，并进行严格控制，以工件质量。另外，合金刃具钢导热性较差，对于形状复杂、截面尺寸大的工件， 在淬火加热前往往先在600~650℃左右进行预热，然后再淬火回火，一般采用油淬、分级淬火或等温淬火。少数淬透性较低的钢，如Cr06、CrW5等钢可釆用水淬。
    合金刃具钢解决了淬透性低、耐磨性不足等缺点，但由于合金刃具钢所加合金元素数量不多，仍属于低合金范围，故其红硬性虽比碳素刃具钢高，但仍满足不了生产要求，如回火温度达到250℃时硬度值已降到60HRC。因此要想大幅度提高钢的红硬性，靠合金刃具钢难以解决，故发展了高速钢。
    ③高速钢。同碳素刃具钢和合金刃具钢相比，高速钢的切削速度可提高2~4倍, 刃具寿命提高8~15倍。高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度快、负荷大及工作温度高的各种机加工工具，如车刀、刨刀、拉刀、钻头等。此外，还可应用在模具及一些特殊轴承方面。
    尽管高速钢刀具在全世界的销售额不断减少，但是，高性能的钻高速钢和粉末冶金高速钢的使用量却在不断增加，可主要用于钛合金等难加工材料的切削。它们比普通的高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用可靠性，尤其是粉末冶金高速钢的性能更好，甚至在综合评价中优于硬质合金刀具。






发布时间：2023-01-20 12:44:13
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