公州江

工具钢（卷名：矿冶）

工具钢

钢主要用于制造切削工具、模具、量具和其他耐磨工具。一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。

碳素工具钢

基本上是优质或高级优质高碳钢，简称碳素工业钢。具有良好的冷、热加工性能，最高淬火硬度可达HRC66~67，但通常回火硬度为HRC60~64。耐磨性好，价格低廉，用途广泛。其数量约占整个工具钢的一半。主要缺点是：①淬透性低，水淬时只能淬透断面厚度不大于8毫米的小型刀具； ②耐热性差，250℃时硬度急剧下降，所以一般限制在200℃以下使用。碳素工业钢的碳含量范围为0.65%至1.35%（牌号为T7至T13）。属于亚共析钢和共析钢（T7、T8）。用于制造形状简单的刀具和木工工具。过共析钢用量最大，特别是T10和T11，适用于制造工具和要求高耐磨性的冷冲模、拉深模、修边模、丝锥和形状简单的低精度量具。虽然碳含量较高的牌号具有较高的耐磨性，但韧性较低且不耐冲击。它们只适合制作锉刀、丝锥、雕刻刀、剪刀等手工工具。

碳素工业钢热加工后具有片状珠光体组织。它的硬度高，加工难度大。而且淬火后容易形成粗大的马氏体。必须对其进行球化和退火。一般加热温度为740~770℃，等温温度为600~680℃。处理。退火后硬度为HB157~197。含碳量高、尺寸大的碳素工业钢在球化退火前常进行正火处理，以消除网状碳化物。碳素工业钢的淬火加热温度一般为770～820℃。通常采用盐水-油双液淬火，以加速冷却。当冷却到100℃左右时，必须迅速取出并立即回火，以防止开裂，减少淬火变形。对于形状复杂的薄小工件，可在120～160℃的碱浴中分阶段淬火，回火多在140～220℃范围内进行。

合金工具钢

在碳素工业钢中添加Cr、W、Mo、V、Si、Mn、Ni、Co等合金元素，提高强度、硬度、耐磨性和耐热性，以满足不同用途的需要。按用途可分为：

量具、刃具用钢的碳含量较高（0.75~1.50%），要求硬度较高（≥HRC60）。分别含有Cr、W、V、Si、Mn等合金元素。具有较高的淬透性，形成合金碳化物，显着提高钢的耐磨性和热稳定性，并具有一定的强度和冲击韧性。常用的量具钢多为GCr15和CrWMn。用于量具和切削工具的低合金工具钢的热处理制度一般与碳素工业钢相似。由于含有提高淬透性的合金元素，一般采用油淬。对于变形要求严格的刀具，可采用硝酸盐分级淬火或等温淬火。尺寸稳定性要求高的量具应进行冷处理。此外，还必须采用较长时间的低温回火或时效处理，以获得稳定的回火马氏体和稳定未相变残余奥氏体的时效，从而消除工具的残余应力或稳定状态。

耐冲击工具钢

碳含量在0.35～0.65%范围内的中碳铬钨硅钢（如5CrW2Si），热处理后具有高冲击韧性、高疲劳强度和高耐磨性，适用于制造承受较大冲击载荷的工具。如手动或气动凿子等。

冷作模具钢

含碳量较高，大多在0.85%以上，有的在2%以上。具有高硬度（HRC60以上）和耐磨性。其中低、中合金类型与量具、刃具用钢基本相似，如9Mn2V、CrWMn等。 Cr6WV​​和Cr4W2MoV可用于较大尺寸的冷冲压模具。最具代表性的是高碳高铬微变形工具钢Cr12和Cr12MoV。该钢具有高耐磨性、高淬透性和淬火微变形，适宜制造大型精密冷作模具。 Cr12MoV有两种淬火制度：一种是常用较低温度（950~1050℃）淬火和低温（150~200℃）回火，以获得较高的硬度和较小的变形；另一种是高温（1100℃~1130℃）淬火和高温（500~520℃）回火，产生二次硬化，以增加钢的硬度，获得较高的红硬性和耐磨性。适合制作工作温度为400~500℃的模具。但Cr12钢一般只采用前一种淬火制度。由于该类钢为莱氏体钢，铸造组织中会出现大量网状共晶碳化物，塑性加工时必须将其打碎并均匀分布在基体上，以增加钢的耐磨性，防止高温淬火原因晶粒长大，同时赋予钢足够的韧性。

热作模具钢

含碳量多在0.3～0.6%之间，并含有一定的合金元素。该类钢的主要特点是抗回火稳定性好。当与工件接触并受热时，仍能保持较高的硬度和强度。具有良好的抗热疲劳性能和冲击韧性。主要用于制作热敏产品。锻造、热冲压、热挤压、热精锻、压铸等模具。一般锤锻模可采用韧性较高、耐热性一般（350~375℃以下）的模具钢5CrMnMo、5CrNiMo。热镦、热挤压模具在工作时（特别是铜挤压、钢挤压生产）与变形的铁水长期接触，很容易受热软化。它们需要高耐热性并且经常被使用。 3Cr2W8V、4Cr5MoVSi、4Cr5W2VSi。这些钢在高温回火时会发生二次硬化，适合在 500 至 650°C 的温度下工作。压铸模具所用材料必须具有优异的抗热疲劳和热侵蚀腐蚀性能。常用的3Cr2W8V等是压铸锌、铝、镁合金等低熔点金属的良好材料。对于耐热性要求较高的精密锻造模具和压铸高熔点金属模具，一般热作模具钢无法胜任。应采用钨、钼等难熔合金，以提高模具的使用寿命。

塑料模具钢

近年来，随着塑料工业的发展，塑料模具钢也得到了发展。由于塑料模具的型腔复杂，要求尺寸精确，因此塑料模具钢除了耐磨、耐腐蚀外，特别要求具有加工性能和热处理后的微变形能力。这类钢的碳含量较低，还含有铬、镍、钼等元素，有时还含有铝和钛，以产生时效硬化。

基础钢

其化学成分相当于不同型号高速工具钢淬火后基体组织的化学成分，故名。与高速工具钢相比，该类钢的共晶碳化物极少，颗粒尺寸小，分布均匀。因此，其韧性、疲劳强度、冷热加工性能均优于高速钢，同时还具有较高的次要性能。二次硬化能力强，耐热性和耐磨性高，适合制作热负荷较高（600~680℃）的模具。我国研制成功基础钢5Cr4W2Mo2VSi、35Cr3Mo3W2V、65Cr4W3Mo2VNb等。前两种是热模，后者是冷模，效果良好。基体钢冷作模具的韧性比高速钢高，耐磨性和抗压强度稍低。

工具钢生产

工具钢冶金质量要求较高，一般采用电炉冶炼。当纯度要求较高时，可采用电炉熔炼加真空熔炼或电渣重熔。为了减少偏析，提高各向同性性能，可对钢锭进行高温扩散退火。热加工时，过共析钢的停锻（轧）温度应较低（800℃左右）。锻轧后应快速冷却至700℃，以避免析出粗大的网状碳化物，在700℃以下缓慢冷却，以防止因热应力而产生裂纹。对于模具钢来说，压缩比控制在6以上，以保证模具的质量和寿命。对于Ledbur型高碳高铬钢，为了提高共晶碳化物分布的均匀性，提高热加工时的压缩比可以取得良好的效果。对于大规格钢材，最好采用电渣重熔的大钢锭（直径350mm以上）。通过更大的压缩比可以获得更高的质量。

参考书目

Ю.А.Геллер, Инсмр埅менмалъныесмали, Металлургия, Москва, 1975.

GA Roberts，工具钢，ASM，金属公园，俄亥俄州，1980 年。

注：数据仅供参考，不作为投资依据。