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基本概念：工具鋼是指用于制造切削工具、量具、模具及抗高溫軟化彈簧、各類軸承和一些耐磨零件等的鋼。通常分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。工具鋼的特性工具鋼具有良好的強(qiáng)度、韌性、硬度、耐磨性和回火穩(wěn)定性等性能。主要用于制造各種切削刀具、成形工具和測(cè)量工具。
（1）硬度工具鋼制成工具經(jīng)熱處理后具有足夠高的硬度，如用于金屬切削加工的工具一般在HRC60以上，工具在高的切削速度和加工硬材料所產(chǎn)生高溫的受熱條件下，仍能保持高的硬度和良好的紅硬性。碳素工具鋼和合金工具鋼一般在180℃-250℃、高速工具鋼在600℃左右的工作溫度下，仍能保持較高的硬度。紅硬性對(duì)熱變形模具和高速切削刀具用鋼是非常重要的性能。
（2）耐磨性工具鋼具有良好的耐磨性，即抵抗磨損的能力。工具在承受相當(dāng)大的壓力和摩擦力的條件下，仍能保持其形狀和尺寸不變。
（3）強(qiáng)度和韌性工具鋼具有一定的強(qiáng)度和韌性，使工具在工作中能夠承受負(fù)荷、沖擊、震動(dòng)和彎曲等復(fù)雜的應(yīng)力，以保證工具的正常使用。
（4）其他性能由于各種工具的工作條件不同，工具用鋼還具有一些其他性能，如模具用鋼還應(yīng)具有一定的高溫力學(xué)性能、熱疲勞性能、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性能等。工具鋼除了具有上述使用性能外，還應(yīng)具有良好的工藝性能。
（1）加工性工具鋼應(yīng)具有良好的熱壓力加工性能和機(jī)械加工性能，才能保證工具的制造和使用。鋼的加工性取決于化學(xué)成分、組織和質(zhì)量。
（2）淬火溫度范圍工具鋼的淬火溫度范圍應(yīng)足夠?qū)?，以減少過熱的可能性。
（3）淬硬性和淬透性淬硬性是鋼在淬火后所能達(dá)到最高硬度的性能。淬硬性主要與鋼的化學(xué)成分特別是碳含量有關(guān)，碳含量越高，則鋼的淬硬性越高。淬透性表示鋼在淬火后從表面到內(nèi)部的硬度分布狀況。淬透性的高低與鋼的化學(xué)成分、純潔度、晶粒度有關(guān)。根據(jù)用于制造不同的工具，對(duì)這兩種性能各有一定的要求。
（4）脫碳敏感性工具表面發(fā)生脫碳，將使表面層硬度降低，因此要求工具鋼的脫碳敏感性低。在相同的加熱條件下，鋼的脫碳敏感性取決于其化學(xué)成分。
（5）熱處理變形性工具在熱處理時(shí)，要求其尺寸和外形穩(wěn)定。
（6）磨削性對(duì)制造刀具和量具用鋼。要求具有良好的磨削性。鋼的磨削性與其化學(xué)成分有關(guān)，特別是釩含量，如果釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于0.50％則磨削性變壞。工具鋼的分類一、碳素工具鋼碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在0.65-1.35％之間，按其組織屬于亞共析、共析或過共析鋼。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性，心部有較好的韌性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其紅硬性差，當(dāng)工作溫度達(dá)250℃時(shí)，鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到HRC60以下、這類鋼的淬透性低。
較大的工具不能淬透（水中淬透直徑為15mm），水淬時(shí)表面淬硬層與中心部位硬度相差很大。使工具在淬火時(shí)易產(chǎn)生變形。或形成裂紋此外，其淬火溫度范圍窄，在淬火時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制溫度。防止過熱、脫碳和變形。碳素工具鋼的硬度與鋼中的碳含量和工具的尺寸有關(guān)，其硬度和力學(xué)性能除與碳含量有關(guān)外，還與淬火和回火的溫度有關(guān)。
過高或過低的淬火溫度同樣對(duì)碳素工具鋼的力學(xué)性能和耐磨性都是不利的，碳素工具鋼淬火后必須進(jìn)行低溫回火，以使淬火后的殘余應(yīng)力得到部分消除，避免因產(chǎn)生過大應(yīng)力而開裂或變形，并且在不降低或稍許降低硬度的情況下，提高其強(qiáng)度和塑性。碳素工具鋼中的碳含量對(duì)經(jīng)淬水及低溫回火的強(qiáng)度和塑性有影響。亞共析鋼強(qiáng)度隨著碳含量增加而增加，到0.60-0.70％時(shí)達(dá)最大值，其后強(qiáng)度隨著碳含量的增加而降低，至接近共析鋼成分時(shí)強(qiáng)度最低，之后，其強(qiáng)度又隨碳含量增加而增加，當(dāng)碳含量大于0.15％時(shí)，強(qiáng)度又隨碳含量增加而下降。
可以看出，亞共析成分的鋼，如T7、T7A，具有較好的塑性和強(qiáng)度，適于制造受沖擊負(fù)荷的工具和切削軟材料的刀具；共析成分的鋼，如T8、T8A、T9、T9A，其強(qiáng)度和塑性較低，加熱時(shí)容易過熱，變形較大，不適用于制造受沖擊大的工具，但熱處理后具有較高的硬度和耐磨性；過共析成分的鋼，如T10、T10A、T11、T11A，具有較好的綜合力學(xué)性能，如硬度、耐磨性和韌性等，主要用于制造不受突然震動(dòng)的工具；如T12、T12A，具有高的硬度和耐磨性，但韌性低，用于不受震動(dòng)和沖擊的工具。用碳素工具鋼制造的工具，其工作條件不同要求也不同。刃具鋼要求高的硬度、耐磨性和紅硬性；量具鋼除要求高的硬度、耐磨性外，還要求高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性；冷作模具鋼除要求高的硬度、耐磨性外，還要求高的強(qiáng)度、足夠的韌性和良好的工藝性能。
二、合金工具鋼合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.80％）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.35％-0.70％）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC50-55，但韌性良好。
（一)刃具用鋼刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱，還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。刃具用鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度，滿足形成合金碳化物的需要，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.80％-1.45％，鉻是這類鋼的主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.50％-1.70％，有的鋼還含有鎢，以提高切削金屬的性能。這類工具鋼因含有合金元素，因此淬透性比碳素工具鋼好，熱處理產(chǎn)生的變形小，具有高的硬度和耐磨性。常用的鋼類有鉻鋼、硅鉻鋼和鉻鎢錳鋼等。
（二）模具用鋼模具大致可分為冷作模具、熱作模具和塑料模具3類，用于鍛造、沖壓、切料、壓型、壓鑄等，由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲板、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨隆，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80％以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5％。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小的模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)町達(dá)13％，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0％-2.3％。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具用于使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬獲得所需要的形狀，制成所需要的產(chǎn)品。這種模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)熱和冷卻的作用，而引起很大的熱應(yīng)力。
熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性的韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30％-0.60％，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性能，如熱處理變形小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件下尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。
（三）量具用鋼量具應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性、高耐磨性、高硬度和一定的韌性。因此，量具用鋼應(yīng)具有硬度高、組織穩(wěn)定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、熱處理變形小、膨脹系數(shù)小和耐蝕性好。這類鋼一般屬于過共析鋼。加入的合金元素有鉻、錳、鎢、鉬等。常用的鋼類有鉻鋼、鉻鎢錳鋼、錳釩鋼等。三、高速工具鋼高速工具鋼主要用于制造高效率的切削刀具，由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸和高溫彈簧等。
高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達(dá)HRC63以上，在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼還具有較好的機(jī)械加工性能，可制造各種形狀復(fù)雜的精密工具。高速工具鋼的主要合金元素有鎢、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高