HK1020360B - 一种钢在刀具夹具上的应用 - Google Patents

Description

一种钢在刀具夹具上的应用

本发明涉及一种具有特定组成的用作刀具夹具材料的钢的应用。

刀具夹具是刀头连接于其上或其中的部件，其中刀头是在机械加工过程中的实际工作部分。刀体和钻杆是典型的刀具夹具，它们带有用于有效机械加工的硬质合金部件。用作这种刀具夹具的材料通常是一种在本领域中称为夹具钢的钢。夹具钢应满足多种要求：

-刀具夹具，例如刀体和钻杆，常具有复杂的外形，并且所述刀具夹具的最主要的机械加工是在钢处于软退火状态时进行的。然而，所用的钢必须能够空冷淬硬，并且在淬火过程中，尺寸不发生显著变化。

-一些刀具夹具是调质处理的，而其与硬质合金刀头相连的表面是感应淬火的。因此，所应用的材料必须是能够感应淬火的。

-由切削进行机械加工的加工速率不断提高，这使刀具夹具会变得很热。因此，要求所述材料必须具备好的高温硬度。

-有些种类的刀具夹具，例如某些带有用钎焊连接的硬质合金钻头的钻杆，在进行淬火处理后要进行PVD(物理气相沉积)镀覆，以使得在钻孔切削过程中不磨损钻杆上的钻头螺旋。因此，所述材料必须能够进行PVD镀覆，又不致使硬度显著降低。

-有些类型的刀具夹具，例如刀体，在应用时要经受高的脉动载荷。因此，所述材料必须具备优良的机械性能，包括优良的韧性和疲劳强度。

-许多类型的刀具夹具具有复杂的外形。经常会存在细小的螺纹孔和长而细的钻孔。因此，所述材料应具有优良的机械加工性能，尤其是应用高速钢刀具的时候。

低合金工具钢或中合金工具钢用来作为刀具夹具材料。下表中列出几种典型的夹具用钢的组成。除了表中所示的以重量％计的元素以外，所述钢仅含有铁、杂质和附带元素。没有一种已知的夹具钢能够完全令人满意地达到上述特定的要求。

参考钢	C	Si	Mn	S	Cr	Ni	Mo	V
									1	0.52	0.3	0.8	最多0.035	1.0	-	-	1.15
2	0.42	0.3	0.8	最多0.035	1.0	-	-	-
									3	1.0	1.5	0.8	最多0.020	1.0	-	-	-
4	0.45	0.28	0.64	0.012	0.8	1.8	0.25	-
									5	0.55	0.28	0.75	0.023	0.93	0.10	-	0.015
6	0.51	0.30	0.39	0.002	0.94	2.95	0.25	-
									7	0.40	0.27	0.81	-	0.90	0.16	-	-
8	0.50	1.12	1.0	0.001	3.10	-	0.88	0.49
									9	0.36	0.22	0.77	0.013	1.1	0.10	0.17	-

本发明提供一种可用作刀具夹具用材的合金钢，它比现有技术钢更令人满意地满足所述要求。该钢的组成在附后的权利要求书中给出。本发明还涉及由所述钢制成的刀具夹具。

以下将解释各个元素的作用及它们之间的交互作用。所有的百分数，当涉及所述钢的化学组成时，均指重量％。

碳，其含量应至少为0.3％，优选至少0.35％，合适的量为至少0.37％，以使所述钢获得满意的硬度和强度。碳含量不应超过0.5％，优选不超过0.45％，并且合适的量是不超过0.41％。当碳含量更高时，钢变得过于硬而脆。典型地所述钢中含0.39％的C。

硅，其含量可为从痕量到最多1.5％，但优选钢中应含至少0.40％的硅。钢中的硅处于固溶状态，但也可以以硅-钙氧化物形式存在，这时该氧化物又优选用硫来改性，形成硫化物覆盖在所述氧化物上使其基本上是塑性的，其中所述的夹杂物在所述钢进行机械加工时，可起润滑膜的作用。优选地，所述钢不应含超过1.2％的Si。Si含量的优选范围是0.7％～0.9％或0.6％～0.8％。典型的(名义的)Si含量为0.7％。

锰，其含量应至少为0.2％，以改进所述钢的回火抗力，并且当所述钢含较多的硫时，通过硫化锰的形成来防止所述钢的热脆性。然而，所述钢不应含超过1.5％的锰，优选含量最多1.0％的锰。特别优选的锰含量范围是0.3～0.5％.最理想的锰含量为0.4％。

硫，其含量应至少为0.01％，以赋予所述钢充分的机构加工性能。该钢中最高S含量不应超过0.2％。如果硫含量更高，则存在出现热脆性的危险，而这不能通过相应地增加锰含量来完全弥补。优选地，所述钢中最高S含量不应超过0.05％。优选的硫含量在0.01～0.03％之间。典型的(名义的)硫含量为0.02％。

铬，在钢中其含量应介于4～7％之间，以赋予该钢良好的淬硬性。优选含4.5～5.5％的铬；典型地含5.0％的铬。

镍，在所述钢中不是一种重要的元素，但允许最多含1％，优选最多含0.5％的镍。

钼，可改善所述钢的淬硬性以及回火抗力，并籍此改善其高温硬度，因此钼含量至少应为0.5％；至多2.0％。较佳的钼含量是1.2％，优选的范围是1.2～1.6％。一般地，所述钢含1.4％的钼。大体上，钼可用两倍含量的钨完全或部分代替。然而，钨是一种昂贵的合金元素，并且它还使废钢回收的处理过程变得复杂。因此，应避免钨含量超过认定为杂质的含量。

钴，出于与钨相同的原因，不应存在于所述的钢中，但可容许含最多1.0％的钴，优选最多含量为0.05％。

钒，有利于所述钢的回火抗力和磨损强度，其含量在所述钢中应至少为0.2％，但不应超过1.5％。优选地，钒含量应在0.6～1.3％之间，合适的范围在0.8～1.1％之间；典型的钒含量为0.95％。

所述钢也可能含有效量的氧和钙，更具体是含50～100ppm的氧和5-75ppm的钙，以发生交互作用形成氧化钙，如前所述，氧化钙可通过硫进行改性。

铌，形成难溶的一次碳氮化物，其含量不应超过0.5％。优选地，铌含量不应超过杂质的水平。钛、锆、铝和其它强碳化物和/或氮化物形成元素也是不希望存在的杂质，因此它们的含量也不应超过杂质水平。

稀土元素，如铈、镧和其它稀土元素也可能添加到所述钢中，以使钢具有各向同性的特性，理想的机械加工性，优良的机械性能和良好的热加工性能。稀土金属的总含量最多可为0.4％，优选最多为0.2％。

名义(典型的)组成如下：0.37-0.41的C,0.40-1.20的Si,0.30-0.50的Mn，最多0.025的P,0.010-0.030的S,5.00-5.30的Cr,最多0.25的Ni,1.25-1.50的Mo，最多0.20的W，最多0.20的Co，0.90-1.00的V，最多0.005的Ti，最多0.030的Nb，最多0.25的Cu,最多0.020的Al,5-50ppm的Ca,60-90ppm的O，其余为铁。

所述钢从860-1100℃之间的奥氏体化温度进行淬火硬化，优选在960-1050℃之间，其中，在所述温度范围内根据所要求的硬度选择淬火温度。当所述钢在960-1050℃间的低温段内的某一温度下进行淬火时，尤其是在960℃或稍高的温度淬火时，在回火前就可能获得48HRC的硬度；若所述钢在960-1050℃间的高温段内的某一温度下，即在1050℃或接近1050℃下进行淬火时，回火前就可能获得54HRC的硬度。回火处理可以在180-250℃之间进行低温回火，或在550-600℃之间的温度进行高温回火，以获得高硬度和优良的韧性。附图展示了在960-1025℃之间的不同温度淬火后，一种本发明钢的典型回火曲线。

下面参照所进行的实验更详细阐述本发明。

炼制了具有表1组成的多个炉次的钢。所给出的组成中各元素的含量是指在所生产的钢锭中不同部位上测量值的平均值。表1中，还包括了对比材料SS2242的组成。所述对比材料的含量是名义含量。磷、硫、铝、氮、钙和氧的含量没有提及。对所有材料而言，除了表中提到的杂质或附带元素，其余含量为铁和正常含量的杂质。

表1中还示出了对处于软退火状态的材料进行的机械加工性能的试验结果。所示的值是指钻头的圆周速度(平均值)，钻头以此速度旋转以使钻头在磨坏之前能够达到1000mm的总钻削长度。所述表中还给出了在钻头磨坏之前以30米/分钟的速率旋转可能钻成的孔数。

表1

	组成，以重量％计
															炉次	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	V	Al	N	Ca	0ppm
对比钢	.39	1.0	.40		.0007	5.3	1.3	.9			.0000	4	27	24
															DV42700	.39	1.03	.40	.017	.022	5.2	1.3	.9	.007	.021	.002	35	31	224
DV42858	.41	.90	.43	.016	.023	5.1	1.3	.9	.001	.025	.0005	22	34	＞800
															DV42954	.44	.98	.40	.016	.027	5.2	1.3	.9	.001	.033	.0006	15	30	80
DV43521	.44	.45	.41	.014	.026	5.2	1.3	1.0	.016	.029	.002	31	47	＞800
															DV43734	.36	.48	.39	.015	.026	5.4	1.3	.94	.011	.023	.009	109	42	＞800
DV44136	.41	.62	.42	.017	.029	5.2	1.3	1.0	.018	.019	.003	75	39	＞800
															DV44569	.40	.43	.41	.015	.031	5.5	1.3	1.0	.005	.022	.007	57	39	＞800
DV44610	.40	.70	.39	.014	.024	5.2	1.3	1.0	.005	.020	.009	74	39	＞800

Claims (19)

1．一种作为刀具夹具材料的钢的应用，其中所述钢含(重量％)：

0.3-0.5的C，从痕量到最多1.5的Si,0.2-1.5的Mn，最多0.03的P,0.01-0.2的S,4-7的Cr，从痕量到最多1的Ni,0.5-2.0的Mo,Mo可为两倍含量的W完全或部分取代，从痕量到最多1的Co,0.2-1.5的V，从痕量到最多0.5的Nb，总含量从痕量到最多0.2％的稀土金属，余量基本上为正常含量的铁、杂质和附带元素。

2．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含至多0.025的磷。

3．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.35-0.45的碳。

4．根据权利要求3的应用，其中，所述的钢含0.37-0.41的碳。

5．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.4-1.2的硅。

6．根据权利要求5的应用，其中，所述的钢含0.7-0.9的硅。

7．根据权利要求5的应用，其中，所述的钢含0.6-0.8的硅。

8．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.2-1.0的锰。

9．根据权利要求8的应用，其中，所述的钢含0.3-0.5的锰。

10．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.01-0.05的硫。

11．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.01-0.03的硫。

12．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含4.5-5.5的铬。

13．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含1-2的钼。

14．根据权利要求13的应用，其中，所述的钢含1.2-1.6的钼。

15．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.6-1.3的钒。

16．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含0.8-1.1的钒。

17．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含50-100ppm的氧和5-75ppm的钙。

18．根据权利要求1的应用，其中，所述的钢含总含量至多为0.4％的稀土金属。

19．由具有根据前述权利要求中任一项的组成的钢所制成的刀具夹具。