工具钢特性、种类

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工具钢，是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度和红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

一、工具钢特性

高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有多、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。

铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物；从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素，对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。

高速工具钢的淬火温度很高，接近熔点，其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中，使钢具有更好的二次硬化能力。高速工具钢淬火后硬度升高，此为第一次硬化，但淬火温度越高，则回火后的强度和韧性越低。淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高，至520~580℃范围内回火（化学成分不同，回火温度不同）出现第二次硬度高峰，并超过淬火硬度，此为二次硬化。这是高速工具钢的重要特性。

高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外，还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。多系高速工具钢主要合金元素是钨，不含钼或含少量钼。其主要特性是过热敏感性小，脱碳敏感性小、热处理和热加工温度范围较宽，但碳化物颗粒粗大，分布均匀性差，影响钢的韧性和塑性。

钨钼系高速工具钢的主要合金元素是钨和钼。其主要特性是碳化物的颗粒度和分布均优于钨系高速工具钢，脱碳敏感性和过热敏感性低于钼系高速工具钢，使用性能和工艺性能均较好。

钼系高速工具钢的主要合金元素是钼，不含钨或含少量钨。其主要特性是碳化物颗粒细，分布均匀、韧性好，但脱碳敏感性和过热敏感性大、热加工和热处理范围窄。

含钴高速工具钢是在通用高速工具钢的基础上加入一定量的钴，可显著提高钢的硬度、耐磨性和韧性。

粉末高速工具钢是用粉末冶金方法产生的。首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密的钢坯，再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好，可生产用铸锭法个可能产生更高合金元素含量的超硬高速工具钢。

粉末高速工具钢可分为3类，第一类是含钴高速工具钢，其特点是具有接近硬质合金的硬度，而且还具有良好的可锻性、可加工性、可磨性和强韧性。第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。第三类是超级耐磨高速工具钢。其硬度不太高，但耐磨性极好，主要用于要求高耐磨并承受冲击负荷的工作条件。

二、工具钢种类

根据化学成份不同，常将工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢（实质上是高合金工具钢）三大类。按钢的用途，则可分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类。

碳素工具钢：碳素工具钢的碳质量分数较高，在0.65-1.35%之间，按其组织属于亚共析、共析或过共析钢。碳素工具钢热处理后表面可得到较高的硬度和耐磨性，心部有较好的韧性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其红硬性差，当工作温度达250℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降，硬度下降到HRC60以下、这类钢的淬透性低。较大的工具不能淬透（水中淬透直径为15mm），水淬时表面淬硬层与中心部位硬度相差很大。使工具在淬火时易产生变形。或形成裂纹此外，其淬火温度范围窄，在淬火时应严格控制温度。防止过热、脱碳和变形。

T7、T7A亚共析钢：具有较好的塑性、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负荷，但切削能力差。用于制造承受冲击负荷不大，且要求具有适当硬度和耐磨性，及较好的韧性的工具，如锻模、凿子、锤、冲头、金属剪切刀、扩孔钻、钢印、木工工具、风动工具、机床顶尖、钳工工具、钻凿工具、较钝的外科医疗用具等。

T8、T8A共析钢：淬火加热时容易过热，变形也大，塑性和强度比较低，不宜制造承受较大冲击的工具，但经热处理后有较高的硬度和耐磨性。用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，如木工工具、风动工具、钳工工具、简单模具、铆钉冲模、中心孔铳和冲模、切削钢材用工具、轴承、刀具、铝锡合金压铸板和型芯，以及各类弹簧等。

T8Mn、T8MnA共析钢：具有较高的淬透性和硬度，但塑性和强度较低。用于制造断面较大的木工工具、手锯锯条、刻印工具、铆钉冲模、发条、带锯锯条、圆盘锯片、煤矿用凿、石工用凿等。

T9、T9A过共析钢：具有较高的硬度，但塑性和强度较低。用于制造要求较高硬度且有一定韧性的各种工具，如刻印工具、铆钉冲模、压床模、冲头、木工工具、农机切割零件、凿岩工具和铸模的分流钉等。

T10、T10A过共析钢：晶粒细，在淬火加热时（温度达800℃）不致过热，仍能保持细品粒组织；淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以具有比T8、T8A钢更高的耐磨性，但韧性较低。

用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，不承受冲击负荷而具有锋利刃口和少许韧性的工具，如加工木材用工具、手用横锯、手用细木工具、机用细木工具、麻花钻、拉丝模、冲模、冷镦模、螺丝锥、扩孔刀具、搓丝板、车刀、刨刀、铣刀、货币压模、小尺寸断面均匀的冷切边及冲孔模、低精度形状简单的卡板、钳工刮刀、硬岩石钻子、制铆钉和钉子用工具、螺丝刀、锉刀、刻纹用凿子、切纸和烟叶用刀具等。

T11、T11A过共析钢：具有较好的综合力学性能（如硬度、耐磨性和韧性等），晶粒更细，在加热时对晶粒长大和形成碳化物网的敏感性小。用于制造在工作时切削刃口不变热的工具，如锯、錾刀、丝锥、锉刀、刮刀、发条、仪规、扩孔钻、板牙、切烟叶用刀具、尺寸不大和断面无急剧变化的冷冲模及木工刀具等。T12、T12A过共析钢。由于碳含量高。淬火后仍有较多的过剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韧性低，且淬火变形大。不适于制造切削速度高和受冲击负荷的工具。用于制造不受冲击负荷，切削速度不高，切削刃口不变热的工具，如车刀、铣刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、刀片、小型冲头、钢锉、锯、发条、切烟叶用刀具，及断面尺寸小的冷切边模和冲口模等。

用于制造不受冲击负荷，但要求极高硬度的金属切削工具，如剃刀、刮刀、拉丝工具、锉刀、刻纹用工具、钻子，以及坚硬岩石加工用工具和雕刻用工具等。

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