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工具鋼低合金鋼號(hào)的分析
9SiCr
9SiCr鋼含碳0.85% ~ 95%，硅1.20% ~ 0.60%，鉻0.95% ~ 1.25%。它屬于過共析鋼。
9SiCr是一種用于低合金切削工具的鋼，但通常用于制造冷加工模具。這種鋼種更初是從蘇聯(lián)9XC引進(jìn)的，過去被稱為9CrSi鋼。其組成和性能與9XC (г OCT)完全相同，在我國已使用了很長時(shí)間。國外同類鋼種在德國只有90CrSi5(DIN)，在瑞典只有2092(SS)，SR1855(UHB，博福斯)和DF-1(阿薩布)。其他沒有類似的鋼等級(jí)。
由于硅和鉻的共同作用，9SiCr鋼具有很高的淬透性。油淬火的臨界直徑在25 ~ 43毫米之間。直徑為50 ~ 60毫米的工具可在硝酸鹽中淬火，直徑為70 ~ 80毫米的工具可在介質(zhì)中淬火。
硅是鋼中的非碳化物形成元素，因此鋼中的碳化物小、均勻、細(xì)小，適用于制造絲錐、模具、滾絲板和冷加工模具等切削工具，使用時(shí)不易斷裂。
由于硅的作用，鋼具有脫碳敏感性。
由于硅和鉻提高了鋼的臨界點(diǎn)，9SiCr鋼的正常淬火溫度為850~870℃，高于GCr15鋼和CrWMn鋼，淬火后硬度可達(dá)HRC63~65。
由于硅和鉻的作用，鋼的回火穩(wěn)定性提高，在200℃回火后硬度仍能保持在HRC62左右。
9SiCr鋼具有良好的淬透性，適合等溫淬火。例如，經(jīng)900℃加熱，260~280℃保溫30分鐘后，可獲得體積分?jǐn)?shù)約為35%的下貝氏體組織(其余為馬氏體、殘余奧氏體和殘余細(xì)小碳化物)，硬度為HRC57~59，具有良好的強(qiáng)度和韌性，9SiCr使模具壽命比常規(guī)模具長3倍。
此外，9SiCr鋼中碳化物的帶狀偏析和磨削sus630材質(zhì)砂輪液相析出比GCr15和CrWMn鋼輕。
CrWMn
CrWMn鋼含碳0.9%~1.05%，鉻0.90% ~ 0.20%，鎢1.20%~1.60%，錳0.80%~1.10%。它屬于過共析鋼，過共析鋼度大于9SiCr。
這種鋼是從蘇聯(lián)XB引進(jìn)的，YB-1959也包括在標(biāo)準(zhǔn)中。它的應(yīng)用歷史悠久，在中國應(yīng)用廣泛。
國外同類型的鋼種包括日本的31號(hào)鋼(JIS)、韓國的31號(hào)鋼(韓國)、德國的105號(hào)鋼(德國)和法國的105號(hào)鋼(法國)。美國O1是介于9CrWMn和CrWMn之間的鋼。O1鋼中鉻和鎢的含量低于鉻鎢合金，但它含有0.20%的釩，所以它的性能不如鉻鎢合金。
CrWMn鋼的淬透性優(yōu)于GCr15和9SiCr，直徑為40~50mm的模具可在硝酸鹽中淬火。碳化鎢相對(duì)穩(wěn)定，淬火和加熱時(shí)難以溶解，阻礙晶粒生長，因此奧氏體晶粒細(xì)小。另外，由于錳的存在，淬火后殘余奧氏體較多，所以淬火變形小，通常稱為微變形鋼。鎢和鉻都是強(qiáng)碳化物形成元素，而錳是弱碳化物形成元素。此外，鋼的碳含量很高，鋼中有更多的碳化物。淬火和回火組織也有更多的殘余碳化物，高硬度和良好的耐磨性。然而，碳化物的不均勻性也很嚴(yán)重，難以避免大直徑鋼中心區(qū)域的二次網(wǎng)狀碳化物、碳化物帶狀偏析和液相析出。碳化物的帶狀偏析和液相析出比GCr15鋼和9SiCr鋼更嚴(yán)重，這通常是工具和模具脆性斷裂、碎裂和剝落的主要原因。
由于CrWMn鋼中容易出現(xiàn)二次碳化物網(wǎng)絡(luò)，球化退火前應(yīng)加入較高溫度(960~980℃)的正火工藝，正火冷卻速度應(yīng)加快，以防止二次碳化物的再析出。
CrWMn鋼的正常淬火溫度為830~840℃，可采用油淬火、熱油淬火、硝酸鹽分級(jí)或硝酸鹽等溫淬火。
CrWMn鋼的回火穩(wěn)定性較高，在260℃以下回sus630怎么加工火時(shí)，硬度仍可大于HRC60。在250~300℃回火時(shí)，出現(xiàn)種回火脆性。
CrWMn鋼具有良好的淬透性，是適合等溫淬火的低合金工具鋼之一。由于等溫淬火可以獲得更多的下貝氏體組織和更多的殘余奧氏體，淬火畸變很小。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)CrWMn鋼中下貝氏體的體積分?jǐn)?shù)為50%左右時(shí)，其力學(xué)性能更好。CrWMn鋼的熔點(diǎn)約為250℃，等溫溫度可選擇在260℃-300℃之間(常用280℃)，等溫時(shí)間小于1h。經(jīng)常規(guī)淬火、回火和等溫淬火處理的樣品的力學(xué)性能對(duì)比見表2-18。從表中可以看出，含50%下貝氏體的等溫淬火工藝比常規(guī)淬火和回火工藝具有更好的強(qiáng)度和韌性。
表2-18常規(guī)淬火回火工藝和常規(guī)淬火工藝處理樣品的性能比較
熱處理工藝硬度HRC拉伸強(qiáng)度Rm/MPa屈服強(qiáng)度ReL/MPa靜態(tài)彎曲斷裂載荷/N撓度f/mm斷裂韌性KIc(Mpa/m3/2)
在860℃加熱，油冷卻，在0250℃回火60.5 1887 1566 6321 0.165 19.3
860℃加熱，260℃恒溫1h 60
低于50%B 2021 1573 6752 0.172 20.8
CrWMn鋼中容易形成碳化物偏析和二次碳化物，經(jīng)常導(dǎo)致斷裂和邊緣塌陷。為了改善CrWMn鋼中碳化物的粒度和分布，減少甚至消除碳化物帶狀偏析和液相析出的不良影響，建議采用碳化物超細(xì)化工藝或雙細(xì)化工藝。
9Mn2V
9Mn2V含碳0.85%~0.95%，錳1.70%~2.00%，釩0.10%~0.25%。
9Mn2V鋼是我國利用豐富的錳和釩資源開發(fā)的無鉻低合金工具鋼。
同類型的國外鋼種有90Mn2V(國際標(biāo)準(zhǔn)組織)、美國O2(美國sus630鋼板鋼鐵協(xié)會(huì))、歐洲共同體90Mn2V8(歐洲標(biāo)準(zhǔn))、英國B02(英國標(biāo)準(zhǔn))、法國90MnV8(法國標(biāo)準(zhǔn))和德國90MnCrV8(德國標(biāo)準(zhǔn))(這種鋼含0.20%~0.50%的鉻)。
9Mn2V鋼適用于制造不能滿足碳素工具鋼要求的冷作模具和塑料模具。
9Mn2V鋼含有1.70%~2.00質(zhì)量%的錳，主要用于提高鋼的淬透性。加熱時(shí)，碳化錳(鐵、錳)3C易于溶解，晶粒易于長大，這增加了鋼的過熱敏感性。添加釩可以抑制晶粒生長，細(xì)小的VC顆?？梢杂行Ъ?xì)化晶粒，還可以抑制二次碳化物網(wǎng)絡(luò)的析出，這可以使大斷面模具中心的碳化物網(wǎng)絡(luò)一般小于二級(jí)。一般來說，碳化物含量低于CrWMn鋼，但碳化物粒度較大，耐磨性不如CrWMn鋼，但仍比T10鋼高6~7倍。鋼的碳化物不均勻性一般是好的，并且它是更容易鍛造和加工的工具鋼。錳有促進(jìn)枝晶偏析的趨勢(shì)，有時(shí)軋后有骨架狀碳化物堆積，這是造成工具和模具開裂失效的內(nèi)部因素，但發(fā)生的概率不是很高，所以應(yīng)加強(qiáng)鋼材的質(zhì)量檢驗(yàn)。
錳降低了鋼的Ms點(diǎn)，所以淬火后有更多的殘余奧氏體，尤其是CrWMn鋼。因此，淬火變形比CrWMn鋼小，但尺寸穩(wěn)定性比CrWMn鋼差。9Mn2V鋼的淬透性接近9SiCr鋼，但低于CrWMn鋼。回火穩(wěn)定性很差，幾乎類似于碳素工具鋼。
9Mn2V鋼的球化退火通常采用等溫退火工藝，即在760~780℃下加熱，保溫2~4h，然后冷卻至680~700℃，等溫5~6h。退火后的硬度小于或等于HBS229。正常淬火溫度為780~820℃，低于之前引進(jìn)的9SiCr和CrWMn，可采用油淬或硝酸鹽分段淬火。油淬的臨界直徑約為30毫米，與9SiCr鋼的臨界直徑相似。
9Mn2V鋼回火穩(wěn)定性差，200℃回火后硬度可降至HRC60以下。因此，一般采用160~180℃回火，200~230℃回火時(shí)出現(xiàn)回火脆性。在250℃回火后sus630固溶處理要多少時(shí)間，硬度已降至約57。
Cr2、9Cr2、Cr06
⑴Cr2鋼含0.95% ~ 1.10%的碳和1.30% ~ 1.65%的鉻。
Cr2鋼是基于碳素工具鋼T0A，添加一定量的鉻。因此，鋼的淬透性得到提高，其硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度均高于碳素工具鋼。淬火變形小。這種鋼的成分與滾動(dòng)軸承鋼GCr15相同，但Cr2是一種量具和切削工具鋼，而GCr15是一種軸承鋼，它有自己的特點(diǎn)，不能等同。此外，Cr2鋼的尺寸在淬火和回火過程中幾乎沒有變化。由于這些特性，Cr2鋼被廣泛用于測(cè)量工具，如樣品板、夾板、樣品套、量規(guī)、塊規(guī)、環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)和樣品柱，也可用于制造冷加工模具，如拉絲模具和冷鐓模具。Cr2鋼也可用于用低速工具切割硬度較低的材料，也可用作冷軋輥的鋼。
Cr2鋼球退火溫度為770~790℃，退火后硬度為HBS187~229。正火溫度為930~950℃，用于消除網(wǎng)狀碳化物。正常淬火溫度為830~850℃，硬度為HRC62~65。硝酸鹽分級(jí)淬火后的硬度約為HRC61。150~170℃回火后硬度為60~62，170~190℃回火后硬度為58~60。顯然，回火穩(wěn)定性不高。
?、?Cr2含0.80% ~ 0.95%的碳和1.30% ~ 1.70%的鉻。與Cr2鋼相比，含碳量降低了0.15%，韌性和碳化物不均勻性優(yōu)于Cr2鋼，淬透性幾乎與Cr2鋼相當(dāng)。這種鋼主要用于制造冷軋輥。
該鋼球的退火溫度為770~790℃，退火后硬度為HBS179~229。常用淬火溫度為820~850℃，油淬硬度為HRC62?；鼗饻囟?60~250℃，硬度62~68。
?、荂r06鋼含碳1.30% ~ 1.45%，鉻0.50% ~ 0.70%。
這種鋼含碳量高，鉻含量低。顯然，它含有大量過量的碳化物，而且材料易碎，耐磨性好，淬透性低，可用水淬火。
Cr06鋼主要用于制造薄刃無沖擊切割工具，如剃須刀片和剃須刀片。
Cr06鋼球的退火溫度為780~800℃，退火后的硬度為HBS241~187。水淬溫度780~800℃，硬度65~62，油淬溫度800~820℃，硬度65~62。普通回火溫度為180~200℃，硬度為HRC63~62。
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