我国最早的合金工具钢标准为重8-55,以后被YB 7-59代替。1977年在原来钢种的基础上,吸收我国研究开发的成就,制定了第一个合金工具钢国家标准1299-77《合金工具钢技术条件》,1985年进行了修订。2000年修改为GB/T99-2000《合金工具钢》。在GB/T 1299-2000中将合金工具钢分为量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、冷作奠具用钢、热作模具用钢、无磁模具钢和塑料模具钢。8.10为量具刃具用合金工具钢的化学成分与退火、淬火后的硬度。
合金工具钢中加入硅、铬、钼、钨、钒等元素均缩小Fe-C相图上的y相区,降低晶组织中奥氏体的碳含量,使模具钢材在较低的碳含量时就有可能出现共晶组织;此钢锭在凝固过程中,固相丫固溶体的平均碳浓度往往低于相图上所指示的y相,的碳浓度,因而使液相中的碳浓度增高。因此,合金工具钢虽属于过共析钢,但锭组织中易于出现莱氏体共晶组织,这种碳化物液析将引起工具钢中碳化物分布的不均匀、尺寸大小的不均匀,降低钢在热处理后的强度,增大钢的脆性。在冶金生产工艺上,应尽可能减弱合金工具钢铸锭时的碳化物液析,避免产生莱氏体共晶组织。
常加入的合金元素一般都使钢的共析成分的碳含量降低(图2. 32),碳含量一时,将增加过剩碳化物的数量。上节中已谈到,在碳素工具钢中最适宜的碳量为,1%-1.2%,在合金工具钢中,如果加入的合金元素量为1%-2%,最适宜的碳含量一般为1. 0%-1. 1%,合金元素含量为3%-4%时,此值为0.9%-1. 0%。比时,碳化物分布比较均匀,强度较好。碳含量增加时,耐磨性增加,但碳化物分布变得不均匀,易于出现带状组织和碳化物液析。
-面分别叙述各合金元素的作用。
铬大部分工具钢中都含有铬。在平衡状态下,铬在各相中的分布见图2. 27,在含1%C条件下,铬含量不超过3%时,只形成合金渗碳体(Fe,Cr)3C,部分溶于铁素体中。因而铬既阻止渗碳体型碳化物的聚集,又提高了马氏俸阳分解温度,从而提高了钢的抗回火稳定性。铬提高了渗碳体的稳定性,使其在加热时溶解较慢,铬又提高了临界点,使淬火温度增高。例如,在含1%C的钢中,加入0.65%Cr,油中淬火能获得最高硬度的淬火温度为800一810℃,加入1. 5%Cr时为840----850℃,加入3%Cr时为870-890℃。铬能提高钢的淬透性,但影响不如硅和锰。铬还使Ms点降低,因而增加残余奥氏体量。此外,铬和锰一样,还能防止含碳大于0.7%的硅钢对石墨化的敏感性,通常加入0.6%~1. 0% Cr(或Mn)就可达到目的。由于铬元素在钢中具有良好的作用,曾经被认为是低合金工具钢中必不可少的元素。但是应当指出,当用硅和锰或锰机合金化时,可以不用铬,因而在我国发展了不含铬的硅锰和锰钒钢,从而节约了铬。一般在低合金工具钢中,铬含量在1. 6%以下,含铬更高时,将增加碳化物分布的不均匀性。
硅 硅是促使高碳钢中出现石墨化倾向的元素,故不单独加入而和其他元素一起使用。硅在钢中不生成碳化物,只溶于固溶仲,能显著提高过冷奥氏体在珠光体和中温转变区的稳定性,因而有效地提高钢的淬透性。硅因能阻碍马氏体第二阶段的分解和渗碳体的聚集,故可以增加回火稳定性寸在含0. 6%-0.8%Si时已显示出作用,进一步提高到1. 2%-1. 6%Si时,回火稳定性增加已不多。因此,含硅的钢制造的切削工具的允许切削速率可以提高。硅不降低Ms点,故不增加残余奥氏体量。加入硅使工具钢的某些工艺性能变坏,由于硅强化铁素体较显著,退火钢的硬度增加,增加切削加工的困难。硅提高钢的临界点,使淬火加热温度提高,例如,含l%Cr的钢嘲人1.2%-1. 6%Si时使淬火温度提高30-- 40℃。
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