工具鋼

用於製造各種切削刀具，冷、熱變形模具，量具和其它工具的鋼，統稱為工具鋼。各種工具鋼既有共同的要求，如硬度高、耐磨性好和有一定的韌性及強度等，又有各自的特殊要求，如紅硬性、耐衝擊、尺寸穩定性、抗熱疲勞性和良好的綜合機械性能等。為了滿足這些不同要求，生產上採用各種不同成份的工具鋼，並通過恰當的熱處理工藝來達到其性能要求

高速工具鋼是一種合金工具鋼，其中含有C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。而它能用來做高速旋轉切割工具，能耐磨，耐高溫，就是其中Cr，V，W，Mo得比例比較大，以WCrVCo為例，Cr>3.75%-5%，V>4.5%-5.25%，W>11.75%-13%。其中Cr和V得比例不得低於3%。P和S得含量不得大於0.030%。

合金工具鋼的加工方法主要是壓力加工鋼和切削工具鋼。合金工具鋼種類和多，有冷作，熱作，無磁，塑料模具鋼等等，同時Cr和V得比例不能過低。冷作模具工具鋼的選擇

冷作模具工具鋼的選擇，在實際用途中工具鋼是根據模具主要失效機理進行選擇的。選擇工具鋼僅僅擁有鋼材性能方面的知識是遠遠不夠的，還必須考慮生產零件的數量，被加工材料的類型，厚度及其硬度等因素。選擇工具鋼的一種基本方法是先把除磨損外的其他失效機理全部排除，然後選擇具備最適合耐磨損性的工具鋼，以滿足產品生產量的要求。

根據化學成份不同，常將工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼（實質上是高合金工具鋼）三大類。按鋼的用途，則可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼三大類。

碳素工具鋼：碳素工具鋼的碳質量分數較高，在0.65-1.35%之間，按其組織屬於亞共析、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（不大於HB207），加工性能良好。但其紅硬性差，當工作溫度達250℃時，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），水淬時表面淬硬層與中心部位硬度相差很大。使工具在淬火時易產生變形。或形成裂紋此外，其淬火溫度範圍窄，在淬火時應嚴格控制溫度。防止過熱、脫碳和變形。

T7、T7A亞共析鋼：具有較好的塑性、韌性和強度，以及一定的硬度，能承受震動和衝擊負荷，但切削能力差。用於製造承受衝擊負荷不大，且要求具有適當硬度和耐磨性，及較好的韌性的工具，如鍛模、鑿子、錘、沖頭、金屬剪切刀、擴孔鑽、鋼印、木工工具、風動工具、機床頂尖、鉗工工具、鑽鑿工具、較鈍的外科醫療用具等。

T8、T8A共析鋼：淬火加熱時容易過熱，變形也大，塑性和強度比較低，不宜製造承受較大衝擊的工具，但經熱處理後有較高的硬度和耐磨性。用於製造切削刃口在工作時不變熱的工具，如木工工具、風動工具、鉗工工具、簡單模具、鉚釘沖模、中心孔銃和沖模、切削鋼材用工具、軸承、刀具、鋁錫合金壓鑄板和型芯，以及各類彈簧等。

T8Mn、T8MnA共析鋼：具有較高的淬透性和硬度，但塑性和強度較低。用於製造斷面較大的木工工具、手鋸鋸條、刻印工具、鉚釘沖模、發條、帶鋸鋸條、圓盤鋸片、煤礦用鑿、石工用鑿等。

T9、T9A過共析鋼：具有較高的硬度，但塑性和強度較低。用於製造要求較高硬度且有一定韌性的各種工具，如刻印工具、鉚釘沖模、壓床模、沖頭、木工工具、農機切割零件、鑿岩工具和鑄模的分流釘等。

T10、T10A過共析鋼：晶粒細，在淬火加熱時（溫度達800℃）不致過熱，仍能保持細品粒組織；淬火后鋼中有未溶的過剩碳化物，所以具有比T8、T8A鋼更高的耐磨性，但韌性較低。

用於製造切削刃口在工作時不變熱的工具，不承受衝擊負荷而具有鋒利刃口和少許韌性的工具，如加工木材用工具、手用橫鋸、手用細木工具、機用細木工具、麻花鑽、拉絲模、沖模、冷鐓模、螺絲錐、擴孔刀具、搓絲板、車刀、刨刀、銑刀、貨幣壓模、小尺寸斷面均勻的冷切邊及沖孔模、低精度形狀簡單的卡板、鉗工刮刀、硬岩石鑽子、制鉚釘和釘子用工具、螺絲刀、銼刀、刻紋用鑿子、切紙和煙葉用刀具等。

T11、T11A過共析鋼：具有較好的綜合力學性能（如硬度、耐磨性和韌性等），晶粒更細，在加熱時對晶粒長大和形成碳化物網的敏感性小。用於製造在工作時切削刃口不變熱的工具，如鋸、鏨刀、絲錐、銼刀、刮刀、發條、儀規、擴孔鑽、板牙、切煙葉用刀具、尺寸不大和斷面無急劇變化的冷沖模及木工刀具等。T12、T12A過共析鋼。由於碳含量高。淬火后仍有較多的過剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韌性低，且淬火變形大。不適於製造切削速度高和受衝擊負荷的工具。用於製造不受衝擊負荷，切削速度不高，切削刃口不變熱的工具，如車刀、銑刀、鑽頭、鉸刀、擴孔鑽、絲錐、板牙、刮刀、量規、刀片、小型沖頭、鋼銼、鋸、發條、切煙葉用刀具，及斷面尺寸小的冷切邊模和衝口模等。

用於製造不受衝擊負荷，但要求極高硬度的金屬切削工具，如剃刀、刮刀、拉絲工具、銼刀、刻紋用工具、鑽子，以及堅硬岩石加工用工具和雕刻用工具等。

高速工具鋼主要用於製造高效率的切削刀具。由於其具有紅硬性高、耐磨性好、強度高等特性，也用於製造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經熱處理后的使用硬度可達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。退火狀態的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬於高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特徵之一是含有大量的碳化物。

鑄態高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物，經熱壓力加工后破碎成顆粒狀分佈在鋼中，稱為一次碳化物；從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。這些碳化物對高速工具鋼的性能影響很大，特別是二次碳化物，其對鋼的奧氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數量、類型與鋼的化學成分有關，而碳化物的顆粒度和分佈則與鋼的變形量有關。鎢、鉬是高速工具鋼的主要合金元素，對鋼的二次硬化和其他性能起重要作用。鉻對鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，對二次硬化也有一定的作用。釩對鋼的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。

高速工具鋼的淬火溫度很高，接近熔點，其目的是使合金碳化物更多的溶入基體中，使鋼具有更好的二次硬化能力。高速工具鋼淬火后硬度升高，此為第一次硬化，但淬火溫度越高，則回火后的強度和韌性越低。淬火后在350℃以下低溫回火硬度下降在350℃以上溫度回火硬度逐漸提高，至520~580℃範圍內回火（化學成分不同，回火溫度不同）出現第二次硬度高峰，並超過淬火硬度，此為二次硬化。這是高速工具鋼的重要特性。

高速工具鋼除了具有高的硬度、耐磨性、紅硬性等使用性能外，還具有一定的熱塑性、可磨削性等工藝性能。多系高速工具鋼主要合金元素是鎢，不含鉬或含少量鉬。其主要特性是過熱敏感性小，脫碳敏感性小、熱處理和熱加工溫度範圍較寬，但碳化物顆粒粗大，分佈均勻性差，影響鋼的韌性和塑性。

鎢鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鎢和鉬。其主要特性是碳化物的顆粒度和分佈均優於鎢系高速工具鋼，脫碳敏感性和過熱敏感性低於鉬系高速工具鋼，使用性能和工藝性能均較好。

鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鉬，不含鎢或含少量鎢。其主要特性是碳化物顆粒細，分佈均勻、韌性好，但脫碳敏感性和過熱敏感性大、熱加工和熱處理範圍窄。

含鈷高速工具鋼是在通用高速工具鋼的基礎上加入一定量的鈷，可顯著提高鋼的硬度、耐磨性和韌性。

粉末高速工具鋼是用粉末冶金方法產生的。首先用霧化法製取低氧高速工具鋼預合金粉末，然後用冷、熱靜壓機將粉末壓實成全緻密的鋼坯，再經鍛、軋成材。粉末高速工具鋼的碳化物細小、分佈均勻，韌性、可磨削性和尺寸穩定性等均很好，可生產用鑄錠法個可能產生更高合金元素含量的超硬高速工具鋼。

粉末高速工具鋼可分為3類，第一類是含鈷高速工具鋼，其特點是具有接近硬質合金的硬度，而且還具有良好的可鍛性、可加工性、可磨性和強韌性。第二類是無鈷高鎢、鉬、釩超硬高速工具鋼。第三類是超級耐磨高速工具鋼。其硬度不太高，但耐磨性極好，主要用於要求高耐磨並承受衝擊負荷的工作條件。

工具鋼的使用壽命與其熱處理的質量密切相關，工具鋼的熱處理特點是預先熱處理多為球化退火，以獲得均勻並且粒度適中的球化組織，最終熱處理則是淬火加低溫回火（高速鋼為淬火加560℃回火三次），以獲得在回火馬氏體基體上分佈著均勻細小碳化物的高硬度組織，保證工具的耐磨性。熱鍛模鋼的熱處理則有所不同，其預先熱處理為一段退火，最終熱處理為淬火加中溫回火或高溫回火，以獲得良好的綜合機械性能。