主要用於製造切削工具﹑模具﹑量具和其他耐磨工具的鋼。一般分為碳素工具鋼﹑合金工具鋼和高速工具鋼三類。
碳素工具鋼 基本上是優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)高碳鋼﹐簡稱碳工鋼。其冷﹑熱加工性能好﹐最高淬火硬度能達(dá)HRC66～67﹐但通�；鼗鹩捕葹镠RC60～64﹐耐磨性好﹐價格低廉﹐用途廣泛﹐數(shù)量約佔(zhàn)整個工具鋼的一半。主要缺點(diǎn)是﹕淬透性低﹐水淬時也只能淬透截面厚度不大於8mm的小工具﹔耐熱性差﹐在250﹐硬度急劇下降﹐所以一般限在 200以下使用。碳工鋼的含碳量自0.65～1.35％(牌號為T7～T13)﹐屬亞共析鋼和共析鋼(T7﹐T8)﹐用於製造形狀簡單的刀具和木工刀具。過共析鋼用量最大﹐尤其是T10﹑T11適於製造對耐磨性要求較高的工具和冷衝模﹑拉絲模﹑切邊模﹑絲錐以及形狀簡單的低精度量具。含碳更高的牌號﹐雖然耐磨性高﹐但韌性低﹐不耐衝擊﹐只適於製造銼刀﹑絲錐﹑刻刀﹑剪刀等手工工具。
碳工鋼在熱加工后具有片狀珠光體組織﹐硬度較高﹐難以切削加工﹐且淬火易形成粗大馬氏體﹐必須進(jìn)行球化退火﹐一般在740～770加熱﹐600～680等溫處理。退火后硬度為HB157～197。含碳量高﹑大尺寸的碳工鋼材﹐常在球化退火前進(jìn)行正火﹐以消除網(wǎng)狀碳化物。碳工鋼的淬火加熱溫度一般為770～820﹐通常用鹽水-油雙液淬火以加速冷卻﹐冷至100左右要迅速取出立即回火﹐以防止開裂和減少淬火變形。對形狀復(fù)雜的薄小工件﹐可用120～160鹼浴分級淬火﹐回火多在140～220范圍內(nèi)進(jìn)行。
合金工具鋼 在碳工鋼中加入Cr﹑W﹑Mo﹑V﹑Si﹑Mn﹑Ni﹑Co等合金元素﹐提高強(qiáng)度﹑硬度﹑耐磨性和耐熱性﹐以適應(yīng)不同用途的需要。按用途可分﹕
量具﹑刃具用鋼 含碳量較高(0.75～1.50％)﹐具有所需的高硬度(≧HRC60)﹐分別含有Cr﹑W﹑V﹑Si﹑Mn等合金元素﹐淬透性較高﹐形成的合金碳化物顯著地提高了鋼的耐磨性﹑熱穩(wěn)定性﹐并具有一定的強(qiáng)度和衝擊韌性。常用量具鋼多選用GCr15和CrWMn等。用於量具﹑刃具的低合金工具鋼的熱處理制度大體上與碳工鋼相似。由於它含有提高淬透性的合金元素﹐一般採用油淬。對於變形要求嚴(yán)格的工具可採用硝鹽分級淬火﹐也可等溫淬火。對尺寸穩(wěn)定性要求高的量具﹐應(yīng)進(jìn)行冷處理。此外還須採用較長時間的低溫回火或時效處理﹐以得到穩(wěn)定的回火馬氏體﹐并使未轉(zhuǎn)變的殘餘奧氏體陳化穩(wěn)定﹐使工具的殘餘應(yīng)力消除或使?fàn)顟B(tài)穩(wěn)定。
耐衝擊工具用鋼 含碳量在0.35～0.65％范圍的中碳鉻鎢硅鋼(如5CrW2Si)﹐熱處理后具有高的衝擊韌性﹑高的疲勞強(qiáng)度和較高的耐磨性﹐適於製造受衝擊載荷大的工具﹐如手動或風(fēng)動鑿子等。
冷作模具用鋼 含碳量較高﹐大多在0.85％以上﹐個別達(dá)2％以上﹐具有很高的硬度(HRC60以上)和耐磨性。其中低﹑中合金類型基本上與量具﹑刃具用鋼類似﹐如9Mn2V﹑CrWMn。Cr6WV和 Cr4W2MoV可作較大尺寸的冷沖模具。最具有代表性的是高碳高鉻的微變形工具鋼Cr12和 Cr12MoV。這類鋼具有高耐磨性﹑高淬透性和淬火微變形性﹐適於製造大型精密冷作模具。Cr12MoV有兩種淬火制度﹕一種為常用的較低溫度(950～1050)淬火和低溫(150～200)回火﹐以獲得較高硬度和較小變形﹔另一種為高溫(1100～1130)淬火和高溫(500～520)回火﹐產(chǎn)生二次硬化﹐以提高鋼的硬度﹐獲得較高的紅硬性和耐磨性﹐適於製作在400～500下工作的模具。但Cr12鋼一般只採用前一種淬火制度。由於這類鋼屬於萊氏體鋼﹐鑄態(tài)組織內(nèi)會出現(xiàn)大量網(wǎng)狀共晶碳化物﹐必須在塑性加工過程中使其破碎并均勻地分布在基體上﹐以增加鋼的耐磨性﹐阻止高溫淬火晶粒長大和同時使鋼具有足夠的韌性。
熱作模具用鋼 含碳量大多在0.3～0.6％之間﹐并含某些合金元素。這類鋼的主要特性是抗回火穩(wěn)定性好﹐在與工件接觸受熱的狀態(tài)下﹐仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度﹐有較好的耐熱疲勞性和衝擊韌性﹐主要用於製作熱鍛壓﹑熱衝壓﹑熱擠壓﹑熱精鍛和壓鑄等模具。一般錘鍛模可採用高韌性和一般耐熱性(350～375以下)的模具鋼5CrMnMo和5CrNiMo。熱頂鍛和熱擠壓模因在工作期間(尤其在銅擠壓和鋼擠壓生產(chǎn)中)與被變形的熱金屬接觸時間長﹐容易受熱軟化﹐要求有較高的耐熱性﹐常採用3Cr2W8V﹐4Cr5MoVSi﹐4Cr5W2VSi。這些鋼高溫回火時均產(chǎn)生二次硬化﹐適於在500～650下工作。壓鑄模用材料必須具有優(yōu)越的耐熱疲勞性和耐熱沖刷腐蝕性。常用的 3Cr2W8V等是壓鑄鋅﹑鋁和鎂合金等低熔點(diǎn)金屬的良好材料。對要求有更高耐熱性的精密鍛造模具﹐壓鑄高熔點(diǎn)金屬的模具﹐則非一般熱作模具鋼所能勝任。應(yīng)選用鎢﹑鉬等難熔合金以提高模具使用壽命。
塑料模具鋼 近年來隨著塑料工業(yè)的發(fā)展﹐塑料模具鋼也得到了發(fā)展。由於塑料模具的模腔復(fù)雜﹐尺寸要求精密﹐因此對塑料模具鋼除要求耐磨﹑耐腐蝕以外﹐特別要求鋼的可加工性和熱處理后的微變形性。此類鋼含碳量較低﹐還含有鉻﹑鎳﹑鉬等元素﹐有時還含有鋁﹑鈦﹐以產(chǎn)生時效硬化。
基體鋼 它的化學(xué)成分相當(dāng)於不同類型的高速工具鋼淬火后基體組織的化學(xué)成分﹐因而得名。這類鋼與高速工具鋼相比較﹐它的共晶碳化物很少﹐而且粒度小﹐分布均勻﹐因而韌性﹑疲勞強(qiáng)度和冷﹑熱加工性能都比高速鋼好﹐同時又具有較高的二次硬化能力﹐較高的耐熱性和耐磨性﹐適於製作熱載荷更高(600～680)的模具�；w鋼5Cr4W2Mo2VSi﹑35Cr3Mo3W2V﹑65Cr4W3Mo2VNb等是中國研製成功的﹐前兩種製作的熱模具﹐后一種製作的冷模具﹐使用效果良好�；w鋼冷模具的韌性比高速鋼的高﹐耐磨性和抗壓強(qiáng)度稍低。
工具鋼的生產(chǎn) 工具鋼對冶金質(zhì)量要求較高﹐一般多用電爐熔煉﹐純凈度要求更高時可採用電爐冶煉加真空冶煉或電渣重熔。為減少偏析﹐提高等向性能﹐鋼錠可進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火。熱加工時﹐過共析鋼的停鍛(軋)溫度要低(約800)。鍛軋成材后應(yīng)快冷至700﹐以免析出粗大網(wǎng)狀碳化物﹐在700以下進(jìn)行緩冷﹐以防熱應(yīng)力造成裂紋。對模具鋼﹐壓縮比控制在6以上﹐以保證模具的質(zhì)量和壽命。對萊氏體型的高碳高鉻鋼﹐為了改善共晶碳化物分布的均勻性﹐加大熱加工中的壓縮比﹐能收到很好的效果。大尺寸的鋼材最好選用電渣重熔的大鋼錠(直徑350mm以上)﹐通過較大壓縮比﹐可以獲得較高的質(zhì)量。
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