工具钢
概述
工具钢是用以制造各种加工工具的钢种。根据用途不同。工具钢可分为刃具用钢、模具围钢和量具用钢。按化学成分不同。工具钢又可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。
各类工具钢由于工作条件和用途不同。所以对性能的要求也不同。但各类工具钢除飓有各自的特殊性能之外。在使用性能及工艺性能L也有许多共同的要求。如高硬度、高磨性是工具例最重要的使用性能之一。工具若没有足够高的硬度是不能进行切削加工的。否则，在应力作用下工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要条件。
除了上述共性之外，不同用途的工具钢也有各自的特殊性能要求、例如，刃具钢除要求高硬度。高耐磨性外。还要求红硬性及一定的强度和韧性。冷模具钢要求高硬度、高耐磨性、较高的强度和一定的动化热模具钢则要求高的韧性和耐热疲劳性及一定的硬度和耐磨性。对于量具钢。除要求具有高硬度、高耐磨性外。还要求高的尺寸稳定性。
在化学成分上。为了使工具钢尤其是刀具钢具有高的硬度，通常都使其含有较高的碳(含碳量为0.65% ~1.55% )，以保证淬火后获得高碳马氏体、从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少和防止工具损坏是有利的。此外。高的合碳量还可以形成足够数量的碳化物以保证高的耐磨性、所加入的合金元素主要是使钢具有高硬度和高耐磨性的一些碳化物形成元素如Cr、W、M。、V等。有时也加入Mn和Si，其目的主要是增加钢的淬透性以达到减少钢在热处理时的变形。同时增加钢
回火稳定性。对于切削速度较高的刃具常加入较多的W、Mo、V、Co等合金元素。以提高钢的红硬性。
工具钢对钢材的纯洁度要求很严。对S、P含量一般均限制在0.02%~0。03%以下。属于优质钢或高级优质钢。钢材出厂时。其化学成分、脱碳层、碳化物不均匀度等均应符合国家有关标准规定、否则会影响工具钢的使用寿命。
生产实践表明刃具钢理想的淬火组织应是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物。因此刃具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小的颗粒状。且分布均匀。这不仅对保证钢的优良切削性、耐磨性和韧性有利。而且对热处理工艺(如防止或减轻过热敏感性、变形、淬裂倾向等)亦十分有利。
经球化退火后的组织为铁素体。其基体上分布着细小均匀的粒状碳化物。工具钢因含碳量较高，因此。在热处理淬火加热时应在盐浴炉或保护气氛条件下进行加热。否则易产生氧化脱碳现象。值得注意的是应在淬火后及时进行回火。
对于一种工具。选用什么样的钢材合理。首先应从工具的工作条件、失效形式及性能要求出发，然后选择合适的钢种。最后再制订正确的热处理工艺。同时还应考虑工具钢的工艺
性能包括热加工性能、切削加工性能和热处理工艺性能。如钢的淬透性、淬硬性、过热敏感性、脱碳倾向性和热处理变形性能等)。
应该注意至，一种钢可以兼有几种用途。如T8钢既可以用来制造简单模具。也可以制造夹具、木工工具、钳工工具等。这些因素在选用工具钢时。均应予以考已本章主要介绍刃具钢、模具钢的工作条件、失效形式及其性能要求。阐述各类钢种的衍变、选材原则及其发挥材料性能潜力的途径。
2 刃具用钢
刃具钢是用来制造各种切削加工工具的钢种、刃具的种类繁多加车刀、铁刀刨刀、钻头、丝锥及极牙等。其中车刀最具有代表性，车刀的工作条件基本能反映各类刃具工作条件的特点。
一、刃具钢的工作条件及性能要求
刃具在切削过程中。刀刃与工件表面金属相互作用。使切屑产生变形与断裂。并从工件整体上剥离下来。故刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负荷作用。同时还要受到工件和切屑的强烈摩擦作用。由于切屑层金属的变形以及刃具与工件、切属的摩擦产生大量的摩擦热。均使刃具温度升高一切削速度越快。则刃具的温度越高，有时刀刃温度可达600℃左右。
刀刃温度的升高(△T)与切削速度(v)、走刀量(S)和切削进对深度(t)之间有如下经验关系
公式△T=C·V a·S b·t c
式中a、b、c、C均为随刃具与工件材料而异的常数。其中对对对温度升高的影响以切削速度(v)的影响最大。
刀刃的失效形式写多种。有的刀具刀刃处受压弯曲有的刀具受强烈振动、冲击时崩落一块(即崩刃)有的小型刃具整体折断等等。但这些情况毕竟比较少见，刃具较普遍的失效形式是磨损，当刃具磨削到一定程度后就不能正常工作了。否则会影响加工质量。
由上述可知。刃具钢应具有如下使用性能
(1)为了保证刀刃能犁人工件并防止卷刃必须使刃具具有高于被切削材料的硬度(一般应在H RC60以上，加工软材料时可为HRC45~55)故刃具钢应是以高碳马氏体为基体的组织。(2)为了保证刃具的使用寿命。应当要求有足够的耐磨性。高的耐磨性不仅决定于高便度，同时也决定于钢的组织。在马氏体基体上分布着弥散的碳化物。尤其是各种合金碳化物能有效地提高刃具钢的耐磨损能力
(3)由于在各种形式的切削加工过程中。对具承受着冲击、振动等作用，应当要求对具有足够的塑性和韧性。以防止使用中崩刃或折断。
(4)为了使刃具能承受切削热的作用。防止在使用过程中因温度升高而导致硬度下降。应要求刃具有高的红硬性。钢的红硬性是指钢在受热条件下。仍能保持足够高的硬度和切削能力，
这种性能称为钢的红硬性。红硬性可以用多次高温回火后在室温条件下测得的硬度值来表示。所以红硬性是钢抵抗多次高温回火软化的能力，实质上这是一个回火抗力的问题。
应当指出。上述四点是对刃具钢的一般使用性能要求。而视使用条件的不同可以有所侧重。如挫刀不一定需要很高的红硬性。而钻头工作时。其对部热量散失困难。所以对红硬性要求很高。
此外，选择刃具钢时。应当考虑工艺性能的要求。例如。切削加工与磨削性能好。具有良好的淬透性。较小的淬火变形、开裂敏感性等各项要求都是刀具钢合金化及其选材的基本依据。
二、刃具钢的钢种衍变
通常按照使用情况及相应的性能要求不同。将刃具钢分为：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢三类。衡量一个国家工具材料的水平常以高速钢为标准。故重点讨论之。
1.碳素刃具钢
由二所述。刃具钢最基本的性能要求是；高硬度高耐磨性。高硬度是保证进行切削的基本条件，高耐磨性可保证刃具有一定的寿命。即耐用度。针对上述两个要求。最先发展起来的是碳素刃具钢。其合碳量范围在0.65%~1。35%，属高碳钢。包括亚共析钢、共析钢和过共析钢。
碳素刃具钢的热处理工艺为淬火+低温回火。一般亚共析钢采用完全淬火。淬火后的组织为细针状马氏体。过共析钢采用不完全淬火。淬火后的组织为隐晶马氏体十位溶碳化物。且由于未溶碳化物的存在，使钢的韧性较低。脆性较大。所以在使用中脆断倾向性大。应予以充分注意。
在碳素刃具钢正常淬火组织中还不可避免地会有数量不等的残余奥氏体存在。
常用的碳素对具钢的成分、性能和用途如表4.1所示。
表碳素工具钢的牌号、成分和用途
牌号化学成
分(%)
硬
度
用途
举例
C Si Mn 供应
状态
HB(不
大于)
淬火后
HRC
(不大
于)
T7 T7A 0.65~0.
75
≤0.
35
≤0.40187
6
2
承受冲击，任性较好，硬度适当的工具，如扁铲、
手钳、大锤、木工工具
T8 T8A 0.75~0.
84
≤0.
35
≤0.40187
6
2
承受冲击，任性较好，硬度适当的工具，如扁铲、
手钳、大锤、木工工具
T8
Mn T8 Mn A 0.80~0.
90
≤0.
35
≤0.40~
0.60
187
6
2
承受冲击，任性较好，硬度适当的工具，如扁铲、
手钳、大锤、木工工具，但淬透性较大。可制断面
较大的工具
T9 T9A 0.85~0.
94
≤0.
35
≤0.40192
6
2
韧性中等、硬度高的工具、如冲头、木工工具、凿
岩工具
T10 T10 A 0.95~1.
04
≤0.
35
≤0.40187
6
2
不受剧烈冲击，高硬度耐磨的工具、如车刀、刨刀、
丝锥、钻头、手锯条
T11 T11 A 1.05~1.
14
≤0.
35
≤0.40207
6
2
不受剧烈冲击，高硬度耐磨的工具、如车刀、刨刀、
丝锥、钻头、手锯条
T12 T12 A 1.15~1.
24
≤0.
35
≤0.40207
6
2
不受剧烈冲击，高硬度耐磨的工具、如锉刀、刮刀、
丝锥、精车刀、量具
T13 T13 A 1.25~1.
35
≤0.
35
≤0.40217
6
2
不受冲击，高硬度耐磨的工具、如锉刀、刮刀、丝
锥、精车刀、量具要求更高耐磨的工具如刮刀、锉
刀。
①淬火后硬度不是指用途举例中各种工具的硬度，而是指碳素工具钢材料在淬火后的最低硬度。
碳素刃具钢在性能上有两个缺点、一个不足。即淬透性低。工具断面尺寸大于15mm时。水淬后只有工件表面层有高硬度。故不能做形状复杂、尺寸较大的刀具；红硬性差。当工作温度超过250℃，硬度和耐磨性迅速下降。而失去正常工作的能力；碳素刃具钢从成分上看，不含有合金元素。淬火回火后碳化物属于渗碳体型。硬度虽然可达HRC62但耐磨性不足。
碳素刃具钢在热处理时须注意以下几点①碳素工具钢淬透性低，为了淬火后获得马氏体组织。淬火时工件要在强烈的淬火介质(如水、盐水、碱水等)中冷却。因而淬火时产生的应力大。将引起较大的变形甚至开裂。故而淬火后应及时回火②碳素刃具钢在淬火前经球化退火处理，在退火处理过程中。由于加热时间长、冷却速度慢，会有石墨析出使钢脆化(称为黑脆)。③碳素刃具钢由于含碳量高。在加热过程中易氧化脱碳。所以加热时须注意保护。一般用盐浴炉或在保护气氛条件下加热。
综上所述，由于碳素工具钢淬透性低、红硬性差、耐磨性不够高。所以只能用来制造切屑量小、切削速度较低的小型刃具。常用来加工硬度低的软金属或非金属材制。对于重负荷、尺寸较大、形状复杂工作温度超过200℃的刃具。碳素刃具钢就满足不了工作的要求、在制造这类刃具时应采用合金刃具钢、但碳素刃具钢成本低，在生产中应尽量考虑选用。
2.合金刃具钢
合金刃具钢是在碳素刃具钢的基础上加入某些合金元素而发展起来的。其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、红硬性差、耐磨性不足的缺点。合金刃具钢的合碳量在0.75%~1.5%合金元素总量则在5%以下。所以又称低合金刃具钢。加入的合金元素为Cr、Mn、Si、W 和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬造性。同时强化马氏体基体，提高h回火稳定性；W和V还可以细化晶粒；Cr、Mn等可溶入渗碳体。形成合金渗碳体，有利于钢耐磨性的提高。
另外，Si使钢在加热时易脱碳和石墨化。使用中应注意。如Si、Cr同时入钢中则能降低钢的脱碳和石墨化倾向。
合金刃具钢有如下特点；淬透性较碳素刃具钢好，淬火冷却可在油中进行，放热处理变形和开裂倾向小，耐磨性和红硬性也有所提高。但合金元素的加入，提高了钢的临界点，故一般淬火温度较高。使脱碳倾向增大。
合金刃具钢主要用于制作：①截面尺寸较大且形状复杂的刃具：②精密的刀具；③切削刃在心部的刃具，此时要求钢的组织均匀性要好：④切削速度较大的刃具等。
我国冶标YB 7-59列入了56种合金刃具钢。表4。2列出了最常用的合金刀具钢的成分、热处理工艺、性能和用途。
由表可见。合金刀具钢分为两个体系
针对提高钢的淬透性的要求，发展了Cr、Cr2、9SiCr和CrWMn等钢。其中9SiCr钢在抽中淬火淬造直径可达40-50 mm。适宜制造薄刃或切削刀在心部的工具。如板牙、滚丝轮、丝锥等。
CrWMn钢是最常用的合金刃具钢。经热处理后硬度可达HRC64-66且有较高的耐磨性。CrWMn钢淬火后。有较多的残余奥氏体，使其淬火变形小。故有低变形钢之称。生产中常用调整淬火温度和冷却介质配合，使形状复杂的薄壁工具达到激变形或不变形。这种钢适于做截面尺寸较大、要求耐磨性高、淬火变形小。但工作温度不高的拉刀、长丝锥等。也可作量具、冷变形模具和高压油泵的精密部件(柱塞)等。
针对提高耐磨性的要求，发展了Cr06、W、W2及CrW5等钢。其中CrW5又称钻石钢。在水中冷却时，硬度可达HRC67-68。主要用于制作截面尺寸不大(5~15mm)、形状简单又要求高硬度、高耐磨性的工具，如雕刻工具及切削硬材料的刃具。
合金刃具钢的热处理与碳素刃具钢基本相同，也包括加工前的球化退火和成形后的淬火与低温回火。回火温度一般为160-200℃。合金刃具钢为过共析钢一般采用不完全淬火。淬火加热温度要根据工件形状、尺寸及性能要求等选定并严格控制。以保证工件质量。另外。合金刃具钢导热性较差。对于形状复杂、截面尺寸大的工件，在淬火加热前往往先在600-6 50℃左右进行预热，然后再淬火加认一般采用油淬、分级淬火或等温淬火。少数淬透性较低的钢(如Cr06。CrW5等钢)采用水淬。
综上所述。合金刃具钢解决了淬透性低、耐磨性不足等缺点。但由于合金刃具钢所加合金元素数量不多。仍属于低合金范围。故其红硬性虽比碳素刃具钢高。但仍满足不了生产要求。如回火温度达到250℃时硬度值已降到HRC60以下。因此要想大幅度提高钢的红硬性，靠合金刃具钢难以解决，故发展了高速钢。
3.高速钢
多少年来。人们为了提高切削速度。除了改善机床和刀具设计外。刀具材料一直是一个核心问题。前已指出合金刃具钢基本上解决了碳素刀具钢淬透性低、耐磨性不足的缺点，但没有从根本上解决红硬性不高的问题。只有在高速钢问世以后，不但保证了钢的淬透性和耐磨性，而且红硬性也得到了显著提高。
高速钢是一种高碳且含有大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素的合金刃具钢。
高速钢经热处理后，在600℃以下仍然保持高的硬度。可达HRC60以上故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性。同时具有足够高的强度，并兼有适当的塑性和韧性，这是其他超硬工具材料所无法比拟的。高速钢还具有很高的淬透性。中小型刃具甚至在空气中冷却也能淬透，故有风钢之称。
同碳素刃具钢和合金刀具钢相比，高速钢的切削速度可提高2~4倍，刃具寿命提高8-15倍。
高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度快、负荷重及工作温度高的各种机加工工具。如车刀、刨刀、拉刀、钻头等。此外。还可应用在模具及一些特殊轴承方面。总之。现代工具
材料高速打仍占对具材料总量的65%而产值则占70%左右。所以高速钢自问世以来。经百年使用而不衰。
(l)高速钢的化学成分。高速钢是含有大量W、Mo、Cr、V及Co的高碳高合金钢。高速钢成分大致范围如下C0.7%一1.65%、W0%一12%、Mo0%~10%、约Cr4%、V1%~5%及Co0% ~12%%5，高速钢中也往往含有其它合金元素如Al、Nb、Ti、Si及稀土元素、总量小于2%。
①碳的作用。碳在淬火加热时溶入基体a相中，提高了基作中碳的浓度，这样既可提高钢的淬透性，又可获得高碳马氏体，进而提高了硬度。高速钢中碳与合金元素Cr、W、Mo、V 等形成合金碳化物，可以提高硬度、耐磨性和红硬化高速钢中合碳量必须与合金元素相匹配，过高过低都对其性能有不利影响。每种钢号的合碳量都限定在较窄的范围。所以有人提出平衡碳理论，认为高速钢中含磷量应该满足下式
C=0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.200V
此式称为G。steven的平衡碳计算式。式中化学符号代表1／100含量，如W1%(质量)要求有0.033%的碳与之相匹配。V1%(质量)要求有)2%的碳相匹配。以下如此类推。
②合金元素的作用。高速钢的合金代主要是围绕提高红硬性这~中心环节而展开的。加入会金元素Cr、W、Mo、V等。以形成大量细小、弥散、坚硬而又不易聚集长大的合金碳化物。以造成二次硬化效应。通常所形成的强化相有M2C型(如W2C、Mo2C)、MC型碳化物(如VC)、M23C6型碳化物(如Cr23C6)等。这些碳化物硬度很高。如VC的硬度可高达HV 2700~2990，并且在高温下不易发生聚集长大。另外、W的存在可提高马氏体的高温稳定优W系高速钢在450~60℃还能保持马氏体晶格特征，以维持高的硬度。同时也使w的碳化物在560℃仍保持极为细小的尺寸。于是提供了二次硬化的能力。
由于对具进行高速切削时，使用温度大体在500-600℃还以上，故高速钢实际上是一种热强钢，即高速钢基体有一定的热强性，而合金元素Cr、W、Mo在高温下固溶强化效果显著，使基体有一定的热强性。这便是高速钢含有大量的Cr、W、Mo等合金元素的目的。
此外，也应指出，Cr的良好作用在于提高钢的淬透性与耐磨性。Cr还能使高速钢在切削过程中的抗氧化作用增强。形成较多致密的氧化股。并减少粘刀现象，从而使刃具的耐磨性与切削性能提高。
有些高速钢中加Co元素可显著提高钢的红硬性，如W2Mo10Cr4Co8〔美国M42)钢在650~660℃时还具有很高的红硬性。Co虽然不是碳化物形成无氟但在退火状态下大部分Co 处于a-Fe中。在碳化物MoC中仍有一定的溶解度；
可提高高速钢的熔点，从而使淬火温度提高，使奥氏体中溶解更多的W、Mo、V等合金元素，可强化基体；Co可促进回火对合金碳化物的析比还可以起减慢碳化物长大的作用。因此Co可通过细化碳化物而使钢的二次硬化能力和红硬性提高；Co本身可形成CoW 金属间化合物，产生弥散强化效果，并能阻止其它碳化物聚集长大。
图中表示了不同含铅量对高速钢切削寿命、硬度及红硬性的影响。
综上所述。由于高速钢的成分特点。便决定了高速钢在一定的热处理工艺条件下，具有淬透性好、耐磨性及红硬性高的性能特点。
(2)高速钢的铸态组织及其压力加工。高速钢在成分上差异较大，但主要合金元素大体相同、所以其组织也很相似。以W18Cr4V钢为例，当钢成接近平衡冷却时。其在室温下的平衡组织为荣氏体+珠光体+碳化物。但在实际生产中，高速钢铸件冷却速度较快。得不到上述平衡组织，这样。高速钢的铸态组织由鱼骨状菜氏体、黑色组织δ共析体及马氏体加残余奥氏体所组成。
高速钢的铸态组织中出现莱氏体。故又称高速钢为莱氏体钢。
高速钢铸态组织中的碳化物含量多达18%一27%，且分布极不均匀。虽然铸锭组织经过开
还和轧制，但碳化物的不均匀性仍非常显著。这种不均匀性对钢的力学性能和工艺性能及所制工具的使用寿命均有很大影响。
(3)高速钢的热处理。
高速钢的热处理包括：机械加工前的球化退火处理和成形后的淬火回火处理。
①高速钢球化退火。高速钢锻造以后必须经过球化退火。其目的不仅在于降低钢的硬度，以利于切削加工。而且也为以后的淬火做好组织准备。另外，返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。
②高速钢淬火。高速钢的热处理工艺曲线如图所示。高速钢的淬火工艺比较特殊：即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。
高速钢淬火时进行两次预热。其原因在于：①高速钢中含有大量合金元素。导热性较差、如果把冷的工件直接放人高温炉中。会引起工件变形或开裂，特别是对大型复杂工件则更为突出。②高速钢淬火加热温度大多数在1200℃以上，如果先预热。可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。
高速钢第一次预热温度在600~650℃可烘干工件上的水分。第二次预热温度在800~82 0℃，使索氏体向奥氏体的转变可在较低温度内发生。
高速钢中含有大量难溶的合金碳化物，淬火加热温度必须足够高才可使合金碳化物溶解到奥氏体中。淬火之后马氏体中的合金元素含量才足够高。而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。图中已经表示出了淬火温度对奥氏体(或马氏体)内合金元素含量的影响、由此可知，对高速钢红硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V只有在1000℃以上时。其溶解量才急剧增加。温度超过1300℃时，各元素溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大。甚至在晶界处发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。所以在下发生过热的前提下，
高速钢淬火温度越高。其红硬性越民在生产中常以淬火状态奥氏体晶粒的大小来判断淬火加热温度是否合适。对高速钢来说。合适的晶粒度为9.5~10.5级。
淬火冷却通常在油中进行。但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残余奥氏体量增加20%~30%，使工件变形、开裂倾向减小，使强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体。如图所示。
等温淬火也称奥氏体淬火。也有人称之为无变形淬火。等温淬火和分级淬火相比。其主要淬火组织中除马氏体，碳化物、残余奥氏体外，还有了下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形，并提高韧性。
最后应提出，分级淬火的分级温度停留时间一般不宜太长，否则二次碳化物可能大量析出。等温淬火所需时间较长。随等温时间不同，所获得贝氏作量不同，在生产中通常只能获得40%的回氏体。而等温时间过长可大大增加残余奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来消除残余奥氏体。否则将会影响回火后的硬度及热处理质量。
③高速钢回火。为了消除淬火应力、稳定组织、减少残余奥氏体量、达到所需要的性能。高速钢一般要进行三次560℃的高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂。在回火过程中马氏体和残余奥氏体发生变化，过剩碳化物在回火时不发生变化。
综上所述，高速钢在热处理操作时。必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火保温时间，淬火、回火冷却方法。上述工艺参数控制不当，易产生过热、过烧、萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。
(4)高速钢系列的演变。目前国内外高速钢的种类约有数十种，按其所含含金元素的不同。可分为三个基本系列。即W系Mo系和W-Mo系等。W系高速钢以W18Cr4V为例。W18 Cr4V钢具有很高的打硬性。可以制造在600℃以下工作的工具但在使用中发现W系高速钢的脆性较大，易于产生崩刃现象，其主要原因是碳化物不均匀性较大所致、为此。相应发展
了Mo系高速钢。从保证红硬性角度看，Mo与W的作用相认。Mo系高速钢是以Mo为主要合金元素。常用钢种有M1和M10(W2Mo8Cr4V和Mo8Cr4V2)。Mo系高速钢具有碳化物不均匀性小和韧性较高的优成但又存在两大缺点。限制了它的应用一是脱碳倾向性较大。故对热处理保护要求较严：二是晶粒长大倾向性较大。易于过热，故应严格控制淬火加热温度，淬火加热温度为1175~1220℃(W系高速钢淬火温度为1250~1280℃)。
自50年代以来，又发展了特殊用途的高速钢。包括
①高钒高速钢。高钒高速钢主要是为适应提高耐磨性的需要而发展起来的。最早形成9Cr4 V2钢、为了进一步提高钢的红硬性和耐磨性而形成了高碳高钒高速钢，如W12Cr4V4Mo
及W6Mo5Cr4V3。增加V含量会降低钢的可磨削性能使高钒钢应用受到一定限制。
通常含V约3%的钢。尚可允许制造较复杂的刃具。而含V量为4%~5%时。则宜制造形状简单或磨削量小的刃具。
②高钴高速钢。含Co高速钢是为适应提高红硬性的需要而发展起来的。
在高Co高速钢中通常含有Co5%~ 12%，如W7Mo4Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。但随着含Co量的增加。会使钢的脆性及脱碳倾向性增大。故在使用及热处理时应予以注意。例如含Co10%的钢已不适宜于制造形状复杂的薄刃工具。
③超硬高速钢.超硬高速钢是为了适应加工难切削材料(如耐热合金等)的需要，在综合高碳高钒高速钢与高碳高钴高速钢优点的基础上而发展起来的。这种钢经过热处理后硬度可达HR C68~70，具有很高的红硬性与切屑性能。典型钢种为美国的M42(W2Mol0Cr4VCo8)和M44 (W6Mo5Cr4V2Co12)等。
(5)发挥高速钢性能潜力的途径：
①提高含碳量。近年来，世界各国都普通趋向提高高速钢的含碳量，其目的是增加钢中碳化物的含量。以获得最大的二次硬化效应。但含碳量过高会增加碳化物的不均匀性。使钢的塑性、韧性下降。还会导致钢的熔点降低。碳化物聚集长大倾向性增大这对钢的组织和性能不利。自70年代以来，人们提出用平衡碳理论(前面已讲过)来计算高速钢的最佳含碳量。
例如，W18Cr4V钢含碳量为0.7%~0.8%按平衡假理论计算，其合碳量应提高至0.9%~ 1.0%，淬火回火后其硬度才可达HRC67~68，625℃回火时其红硬性提高三个HRC读数。
②进一步细化碳化物。前已指出，细化碳化物可提高动性、防止崩刃，是充分发挥高速钢性能潜力的重要方法。除了在生产中采用锻、轧方法外。还可采用以下措施。一是改进冶炼、浇注工艺。以减少碳化物的偏析，如生产上采用电渣重溶可以显著细化菜氏体共晶组织。改善钢中碳化物的不均匀性。在浇注工艺上宜采用200一300kg的小锭。使钢液凝固速度加快，以减少钢锭中的宏观液析。二是采用粉末冶金方法，从根本上消除菜氏体共晶组织。以彻底解决高速钢中碳化物的不均匀性。采用这种方法可以得到极为细小的碳化物(＜1um)，而且分布均匀。与普通方法生产的高速钢相比。这种方法可提高钢的韧性与红硬性。但粉末冶金生产高速钢的主要缺点是。成本高，质量
不稳定。
③表面处理工艺的应用。为了进一步提高高速钢的切削能力在淬火回火后还可进行表面处理。例如，蒸汽处理、低温氰化、软氮化、硫氮共渗或采用硫氛共修一蒸汽处理的复合工艺等。如哈尔滨一工具厂采用蒸汽处理后可使钻头寿命提高20%左右。
应该指出，高速钢的表面处理是在最终热处理后进行的。故表面处理的温度不应超过回火温度，以免使刀具软化。同时因刃具已成形，故应防止刃具发生变几间)高速钢的发展方向。在国外，通过研究已探索出新的合主化方案。当前已在生产中形成初见成效的两个方向：
①低碳高速钢(M60~67)。这种钢是采用含Co超硬高速钢的合金成分。将碳量降至0.2%左右，通过渗碳及随后的淬火、回火。使表层达到超高硬度(HRC70)故又称渗碳高速钢。
②无碳的时效型高速钢。这种钢是在高w高Mo的基础上。加入15%以上的Co。甚至可高达25%的Co，经固溶处理加时效以后。硬度可达HRC68~70，它的红硬性比一般高速钢高100℃、比含Co的超硬型高速钢高50℃以上。经L述处理后可使工具的切削性能、高温强度及耐磨性发生重大变化。
1975年在法国的国际高速钢会议上有人提出，含有低碳(约0.1%)高W(约20%)高钴(25%)的高速钢。在600一650℃回火时。拆出(Fe、Co)7W6型金属问他合物。当温度上升到650~6 70℃时，其硬度可达HRC68，在720℃回火时，硬度仍保持HRC60。
此类型的高速钢切削钛合金时。其寿命比W18Cr14V高出20~30倍。
对于目前正在使用的各种高速钢。仍需进一步研究各种合金元空(包括残余元素和微量合金元素)的作用，以便进一步提高其使用性能和工艺性能。
最后应指出，目前高速钢的使用范围已经超出了切削工具范围。已开始在模具方面应用。近年来多辊轧辊以及高温弹簧、高温轴承和以高温强度、耐磨性能为主要要求的零件，实际上都是高速钢可以发挥作用的领域。
3 模具用钢
模具是机械制造、无线电仪表、电机电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。因此，为了正确选用钢材，制订和改进热处理工艺，提高模具的使用寿命，必须对模具的工作条件、失效形式及其对钢材的性能要求进行综合分析，寻找失效的主要固氮以确定材料的种类，进而确定最佳冷、热加工工艺和强化措施，从而做到材尽其用。
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种其品种繁多。在我国国标中多达数十种。但是。根据模具的使用性质可以分为两大类；使金属在冷状态下变形的冷模具钢。其冷模的工作温度一般小于250℃使金属在热状态下变形的热模具钢。其模腔的表面温度高于600℃。
一、冷作模具钢
冷作模具钢包括制造冲截用的模具(落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀)、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等
1.冷作模具钢的工作条件及性能要求
冷作模具钢在工作时。由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损。也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷作模具钢与刃具钢相比。有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加I工艺复杂。而且摩擦面积大。磨损可能性大。所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大。又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂。所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些。而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求(因为是冷态成形)，所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。下面结合有关钢种选用进一步说明。
2.钢种选择
通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：
(1)尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如。小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
(2)尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn 2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢。可代替或部分代替含Cr的钢。
9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大。其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。
但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象。另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。
9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。
(3)尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢。如Cr12Mo、Crl2Mo V、Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。
近年来用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所
特有的红硬性长处。而用它的高淬透性和高耐磨性。为此。在热处理工艺上也应有所区别。
选用高速钢做冷模具时。应采用低温淬火。以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6M o5Cr4V2钢。采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。
〔4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述。前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等。其对口单薄。使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾。可采取以下措施。①降低合碳量。采用亚共折钢。以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si。、Cr等合金元素。以提高钢的回火稳定性和回火温度(240一270℃回火)这样有利于充分消除淬火应力使叽提高。而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。
3.充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径
在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大。使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物。除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。近年来国内研制并推广以下几种新钢种、如表4.11所示。
Cr4W2MoV 钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点。并具有较好的回火稳定性及综合力学性能。用干制造硅钢片冲模等。可使寿命比Cr12MoV钢提高1~3倍以上但此钢锻造温区范围较窄，锻造河县开裂。应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高。有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V 和Cr12MoV钢。其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。
二、热作模具钢
1.热作模具的工作条件
热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题：
(l)模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时。其模腔表面温度可达300~400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此。对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径，即加入Cr、W、Si。等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
(2)模腔表层金属产生热疲劳(龟裂)。热模的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此。热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求。即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有：
①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢(C0.3%5~0.6%)合碳量过低。会导致钢的硬度和强度下降。也是不利的。
②钢的临界点影响。通常钢的临界点(Acl)越高。钢的热疲劳倾向性越低。因此。一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。
2.常用热作模具用钢
(1)锤锻模用钢。一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用。故对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锤锻模的截面尺寸较大(＜400mm)故对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。
常用锤锻楼用钢有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的锤锻模以5CrNiMo为好。也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锤锻模通常选用5CrMnMO钢。
(2)热挤压模用钢，热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500一800℃。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度(即高的回火稳定性)和高的耐热疲劳性能为主。对ak及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于70~90 mm。
常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等热作模具钢。其化学成分如表4. 16所示。
其中4CrW2Si。既可做冷作模具钢，又可做热作模具钢。由于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度(870-900℃)及低温或中温回火处理；作热模时则采
用较高的淬火温度(一般为950一1000℃)及高温回火处理。
(3)压铸模用钢。从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤模用钢相同。如常采用4CrW2Si。和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模。可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSi V 等对Cu合金压铸模。多采用3Cr2W8V钢。
近年来。随着黑色金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的铝合金和镍合金。或者对3Cr 2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，用以制造黑色金属压铸模。最近国内外还正在试验采用高强度的铜合金作黑色金属的压铸模材料。
三、塑料模具用钢
目前塑料制品的应用日益广泛。尤其是在日常生活用品、电子仪表、电器等行业中应用十分广泛。已向塑料制品化方向发展。塑料制品大多采用模压成型，因而需要模具。模具的结构形式和质量对塑料制品的质量和生产效率有直接影响。
压制塑料有两种类型。即热塑性塑料和热固性塑料。热固性塑料如胶木粉等。都是在加热、加压下进行压制并永久成形的。胶木模周期地承受压力并在150~200℃温度下持续受热。热塑性塑料加聚氯乙烯等，通常采用注射模塑法，塑料是在单独的加热空加热，然后以软化状态注射到较冷的塑模中，施加压力，从而使之冷硬成形。注射模的工作温度为120一260℃，工作时通水冷却型腔，故受热、受力及受磨损程度较轻。值得注意的是含有氯、氟的塑料。在压制时析出有害的气体，对模腔有较大的侵蚀作用。
综上所述。对塑料模具提出如下要求：①钢料纯净。要求夹杂物少、偏析少，表面光洁度高；②表面耐磨抗蚀，并要求有一定的表面硬化层，表面硬一般在HRC45以上：③足够的强度和韧性：④热处理变形小。以保证互换性和配合精度。塑料模具的制造成本高材料费用只占模具成本的极小部分，因此选用钢材时。应优先选用工艺性能好性能稳定和使用寿命较长的钢种。塑料模具用钢可分以下几类；
①适于冷挤压成形的塑料模用钢是工业纯铁和10、15，20、20Cr钢。其加工工艺路线：锻造-退火-粗加工-冷挤压成形-高温回火-加工成形-渗碳-淬火-回火-抛光-镀铬-装配。
②对于中小型、且不很复杂的模具。可用T7A、T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr2钢等。对于大型塑料模具可采用4Cr5MoSiV或PDAHT-1钢C0.8%-0.9%、Mn1.8%~2。2%、≤Si0.35%、Cr0.9%~1.1%、Mo1.2%-1.5%、V0.1%-0.3%)在要求高耐磨性时也可采用Cr12MoV钢。其加工工艺路线；锻造-退火-粗加工-调质或高温回火-精加工-淬火-回火-钳工抛光-镀铬-抛光装配。
③复杂、精密模具使用18CrMnTi 12CrNi3A和12Cr2Ni4A等渗碳钢。其加工工艺路线同上述①所示。
④压制会析出有害气体并与钢起强烈反应的塑料。可采用马氏体不锈钢2Cr13或3Cr13钢。模具加热温度在950一1000℃油淬。并在200~220℃回火。热处理后其HRC=45-50，这类模具不需要镀铬。
塑料模具在淬火加热时应注意保护，防止表面氧化脱碳。热处理后最好先镀铝。以防目腐蚀、防止粘附，这样既易于脱模。又可提高耐磨性。
四、表面硬化技术在模具钢中的应用
随着工业生产的发展，对产品质量的要求日益严格，因而对模具的要求越来越高，相应地对模具也提出了高精度、高硬度、高耐磨性和高耐蚀性的要求。一般的模具经淬火、回人处理后便可满足要求。但对上述要求的模具应在淬火、回火处理基础上采用表面硬化处理，其方法如下：
①氮化处理(气体氮化、软氮化、离子氮化等)渗金属(渗Cr、Ae。Si。、B、V等)及气相沉积等方法。皆可提高模具的寿命。
②水蒸气处理。在水蒸气中对金属进行加热。在金属表面上将生成Fe3O4，处理温度在550℃左右、通过水蒸气处理之后。金属表面的磨擦系数将大力降低。这种技术主要用于淬火、回火的高合金模具钢的表面处理中。
③电火花表面强化。电火花表面强化是提高模具寿命的一种有效方法。它是利用火花放电时释放的能量。将一种导电材料溶渗到工件表面，构成合金化表面强化层。从而起到改善表面的物理化学性能的目的。
该工艺有如下特点电火花强化层是电极与工件材料的合金展强化层与基体结合牢固、耐冲击不剥落；强化处理时。工件处于冷态区放电点极小、时间短、不退火，不变形等。模具经电火花强化后。将大大提高模具表面的耐热性、耐蚀性、坚硬性和耐磨性，可获得较好的经济效果。
模具一定要在淬火、回火处理后再进行强化处处理；操作要细心，电极沿被强化表面的移动速区要均匀、要控制好时间：模具经电火花强化处理后。表面产生残余拉应力，因此要补加一道低于回火温度30-50℃的去应力处理。
例如，某厂冲不锈钢板落料模。原来一次刃磨寿命高15000次，经电火花强化后。冲9000 0次未发现磨损。寿命提高5倍。因此被广泛应用于模具、刃具及量具等工具。
④离子电镀的应用。离子电镀是1963年提出的。直到70年代才在工程上实现。并应用于工具和模具的表面硬化中。离子电镀具有如下特点：离子电镀时可以在500℃以下温度进行。如果选择好处理方法和条件。可以在100℃以下的温度进行；离子电镀与材料无关。可得到HV=2 000以上的硬化层；能得到各种金属和化合物的保护膜，且膜致密；无公害、无爆炸等危害。
4 量具用钢
一、量具的工作条件及量具用钢的性能要求
量具是用来度量工件尺寸的工具，如卡尺、块规、塞规及千分尺等。由于量具在使用过
程中经常受到工件的磨擦与碰撞，而雨量具本身又必须具备非常高的尺寸精确性和恒定性。因此要求具有以下性能：
(1)高硬度和高耐磨性。以此保证在长期使用中不致被很快磨损，而失去其精度。
(2)高的尺寸稳定性。以保证量具在使用和存放过程中保持其形状和尺寸的恒定。
(3)足够的韧性。以保证量具在使用时不致因偶然因素--碰撞而损坏。
(4)在特殊环境下具有抗腐蚀性。
二、常用量具用钢
根据量具的种类及精度要求，量具可选用不同的钢种：
(1)形状简单、精度要求不高的量具。可选用碳素工具钢。如T10A、TllA。T12A。由于碳素工具钢的淬透性低，尺寸大的量具采用水淬会引起较大的变形。因此。这类钢只能制造尺寸小、形状简单、精度要求较低的卡尺、样板、量规等量具。
(2)精度要求较高的量具(如块规、塞规料通常选用高碳低合金工具钢。如Cr2、CrMn、Cr WMn及轴承钢GCr15等。由于这类钢是在高碳钢中加入Cr、Mn、W等合金元素，故可以提高淬透性、减少淬火变形、提高钢的耐磨性和尺寸稳定性。
(3)对于形状简单、精度不高、使雨中易受冲击的量具，如简单平样板、卡规、直尺及大型量具，可采用渗碳钢15。20、15Cr、20Cr等。但量具须经渗碳、淬火及低温回火后使用。经上述处理后。表面具有高硬度、高耐磨性、心部保持足够的韧性。也可采用中碳钢50、5 5 60、65制造量具。但须经调质处理。再经高频淬火回火后使用。亦可保证量具的精度。
(4)在腐蚀条件下工作的量具可选用不锈钢4Cr13、9Cr18制造。经淬火、回火处理后可使其硬度达HRC56-58，同时可保证量具具有良好的耐腐蚀性和足够的耐磨性。
若量具要求特别高的耐磨性和尺寸稳定性。可选渗氮钢38CrMoAl或冷作模具钢Cr12MoV。
3CrMoAl钢经调质处理后精加工成形，然后再氯化处理。最后需进行研磨。Cr12MoV 钢经调质或淬火、回火后再进行表面渗氮或碳、氮共渗。两种钢经上过热处理后。可使量具具有高耐磨性、高抗蚀性和高尺寸稳定性。
三、量具钢的热处理
量具钢热处理的主要特点是在保持高硬度与高耐磨性的前提下，尽量采取各种措施使量具在长期使用中保持尺寸的稳定。量具在使用过程中随时间延长而发生尺寸变化的现象称为量具的时效效应。这是因为。①用于制造量具的过共析钢淬火后含有一定数量的残余奥氏体，残余奥氏体变为马氏体引起体积膨版。②马氏体在使用中继续分解，正方度降低引起体积收缩③残余内应力的存在和重新分布，使弹性变形部分地转变为塑性变形引起尺寸变化。因此在量具的热处理中。应针对上述原因采用如下热处理措施：
(1)调质处理。其目的是获得回火索氏体组织，以减少淬火变形和提高机械加工的光洁度。
(2)淬火和低温回火。量具钢为过共析钢。通常采用不完全淬火加低温回火处现在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度并进行预热，以减少加热和冷却过程中的温差及淬火应力。量
具的淬火方式为油冷(20~30℃)不宜采用分级淬火和等温淬火。只有在特殊情况下才予以考虑。一般采用低温回火，回火温度为150~160℃，回火时间不应小于4~5h.
(3)冷处理。高精度量具在淬火后必须进行冷处理。以减少残余奥氏体量。从而增加尺寸稳定性。冷处理温度一般为一70-－80℃并在淬火冷却到室温后立即进行，以免残余奥氏体发生陈化稳定。
(4)时效处理。为了进一步提高尺寸稳定性，淬火、回火后。再在120~150℃进行24~36 h 的时效处理，这样可消除残余内应力，大大增加尺寸稳定性而不降低其硬度。总之。量具钢的热处理为除了要进行一段过共析钢的正常热处理(不完全淬火+低温回火)之外。还需要有三个附加的热处理工序。即淬火之前进行调质处理、正常淬火处理之间的冷处理、正常热处理之后的时效处理。
粉末高速工具钢 杨秋 （(辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新123000） 摘要:粉末高速钢是通过特殊方法把高速钢微细粉末成形并烧结而制成的高速钢材产品，简称PM HSS。粉末高速钢具有碳化物颗粒细小、夹杂物含量少、分布均匀等的显微组织特点，使高速钢的抗弯强度、硬度和切削性能得到了显著提高。 关键词:综述；粉末高速钢；研究趋势；进展 1 PM HSS钢种开发 2．1第一代PM HSs 上世纪70年代工业化生产的PM Hss由美国Crucible厂和瑞典Stora厂(现属法国Erasteel公司)相继投产，此为第一代的PM粉末高速工具钢HSS。第一代PM HSS生产者使用1-2 t的中间钢包，其钢材夹杂物含量相当电弧炉+U'钢包精炼钢的水平，但是第一代PMHSS的抗弯强度较普通熔炼高速钢提高了约1倍。 2．2第二代PM HSS 继第一代PM HSS之后，各生产厂对设备和生产工艺进行了改进和更新，谓ESH技术就是带有电渣加热和吹Ar设备的中间钢包系统，2个石墨电极浸入碱性电渣内。电流通过钢水表面的活性渣产生热量，可保证3 h内高速钢钢水雾化过程中温度稳定，又可使钢水脱硫、脱氧。同时自钢包底吹Ar搅拌，使中间钢包钢水温度均匀化，又促进钢水净化反应。采用ESH方法生产的PM HSS称为第二代PMHSS，其产品商标也改为ASP2000系列(如ASP 2030，以前第一代称ASP 30)，它比第一代的PM HSS钢材更为纯净，非金属夹杂物含量可减少90％，淬回火后的钢材韧性可提高20％。钢材的质量和性能对化学成分的波动非常敏感，通常要求成分的波动范围愈小愈好。第二代钢较第一代钢达到了更高的技术水平，成分波动范围比第一代缩小近50％。此外，第二代PMHSS ASP 2000系列钢材的纵向与横向抗弯强度相差较小约为22％-32％，而普通熔炼HSS(M2、M42)的相应值达200％以上，并随钢材直径而变化，直径愈大，纵向和横向抗弯强度相差值也愈大。这一点正是大尺寸、高应力刀具使用PM HSS的理由之一。 2.3第三代PM HSS
第一章 中国工具钢和硬质合金牌号及化学成分 第一节 碳素工具钢 （1）中国GB 标准碳素工具钢的钢号与化学成分[GB/T1298-1986]（表6-1-1） 表6-1-1 碳素工具钢的钢号与化学成分（质量分数）（%） 钢号 C Si Mn P ≤ S ≤ T7 T8 T8Mn T9 T10 T11 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 1.05-1.14 1.15-1.24 1.25-1.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.40 ≤0.40 0.40-0.60 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 注：1.高级优质钢（带“A ”的钢号）磷、硫含量（质量分数）：P ≤0.030%；S ≤0.030%。 2.钢中残余元素含量（质量分数）：Cr ≤0.25%，Ni ≤0.20%，Cu ≤0.30%。 3.用作铅浴钢丝的残余元素含量（质量分数）：Cr ≤0.10%，Ni ≤0.12%，Cu ≤0.20%，Cr+Ni+Cu ≤0.40%。 4.要求检验钢的淬透性时，允许添加少量合金元素。 （2）中国GB 标准碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度（表6-1-2和表6-1-3） 表6-1-2 碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度 钢号 交货状态 试样淬火 硬度HBS 压痕直径/mm 淬火温度/℃ 冷却介质 硬度＞HRC T7 ≤187 ≥4.4 800-820 水 62 T8 ≤187 ≥4.4 780-800 水 62 T8Mn ≤187 ≥4.4 780-800 水 62 T9 ≤192 ≥4.35 760-780 水 62 T10 ≤192 ≥4.3 760-780 水 62 T11 ≤207 ≥4.2 760-780 水 62 T12 ≤207 ≥4.2 760-780 水 62 T13 ≤217 ≥4.1 760-780 水 62 注：表中硬度值及淬火工艺摘自GB/T1298-86。 表6-1-3 碳素工具钢热轧钢板的交货状态与硬度
45#钢在一般工艺条件下不能进行焊接，因为随着含碳量的增加，钢材的可焊性变差，低碳钢具有较好的可焊性，含碳量超过0.35%的钢材可焊性较差容易产生焊接裂纹。当采取一些特殊的工艺措施后，45#钢也可以进行焊接，一般是焊前预热，小的焊接规范，焊后缓冷以及焊后消除应力退火等措施是可以进行焊接的，但是容易产生淬硬组织，在焊缝和热影响区都容易产生马氏体组织和较大的焊接残余应力。 钢的分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。3、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。4、按金相组织分类(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3) 无相变或部分发生相变的5、按用途分类(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构
高速工具钢国家标准的变化 王开远 辽宁五一八内燃机配件公司 高速工具钢是高碳合金钢,主要合金元素有钨、铬、钼、钴、铝等,属于莱氏体型钢种。组织中含有的大量碳化物使高速工具钢具有高红硬性、硬度和耐磨性。自1900年问世以来,高速钢一直是以制造金属切削刀具著称。随着科学技术飞速发展,高速钢的应用范围不断扩大。从60年代开始,日本以汽车、自行车工业为中心,试用高速钢做模具取得成功,现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。因此,目前高速工具钢不仅用于制造高效率切削刀具,如铣刀、铰刀、拉刀、插齿刀及钻头等,而且被用于制造各种模具。主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具等冷作模具,特别是钨钼系高速钢比钨系高速钢韧性更加优越,更适合作为模具钢使用。其中,钨系W18Cr4V钢和钨钼系W6Mo5Cr4V2两个牌号是我国目前使用最广泛的高速钢。新修订发布的GB/ T9943-2008 高速工具钢 是GB/T9943-1988 高速工具钢棒技术条件 的代替版本,其所规定的钢材外形尺寸及允许偏差、技术要求等适用于截面尺寸不大于250mm的热轧、锻制、冷拉等高速钢棒、盘条及银亮钢棒等。与1988年旧版标准相比,主要有以下几点变化: (1)标准适用范围扩大 1988年版标准只适用于高速钢棒材,而2008年新版标准,不仅适用于圆钢、方钢、扁钢、六角钢等棒材,还适用于盘条。标准所适用的钢材截面尺寸也由原来的不大于120mm修改为不大于250mm。因此,新标准的适用范围,不论是在所适用的钢种上还是所适用的钢材截面尺寸上都比旧标准大。 (2)修改了标准名称 由于本标准的适用范围发生变化,因此标准名称由 高速工具钢棒技术条件 修改为 高速工具钢 ,名称更加精练。 (3)增加了订货内容要求 高速工具钢的订货内容包括:标准编号、产品名称、牌号、截面形状、尺寸与外形、重量或数量、交货状态、特殊要求等。 (4)增加了对高速钢的分类 以前,高速钢的分类没有统一标准,比较混乱。为规范钢材的分类,便于对不同类别高速钢的管理,新增了钢材分类一章。高速工具钢按化学成分,分为钨系高速工具钢和钨钼系高速工具钢两种基本系列。新标准给出的9个牌号中,W18Cr4V、W12Cr4V5Co5钢是钨系高速工具钢,其余牌号全部为钨钼系高速工具钢。典型牌号W18C r4V钢热处理硬度可达63-66HRC,抗弯强度可达3500MPa,耐磨性好。W6Mo5Cr4V2钢是钨钼系高速工具钢的典型牌号,也是目前国内使用比例较高的高速工具钢之一。按性能分类,可分为低合金高速工具钢、普通高速工具钢、高性能高速工具钢。高性能高速工具钢具有更好的硬度和热硬性,是通过改变高速钢化学成分、提高性能而发展起来的新品种,切削温度达650 时,硬度仍可保持在60HRC以上,耐用性是普通高速钢的1.5-3倍。 (5)尺寸、外形及允许偏差 新标准要求钢材的尺寸、外形及允许偏差应符合相应标准,并在合同中注明组别。需要指出的是,新标准不再单独给出剥皮钢的尺寸偏差。因为在GB/T3207-2008 银亮钢 标准中已包含了对剥皮钢尺寸、外形及允许偏差的规定。另外,由于GB/T911 -2004 热轧工具钢扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差 及GB/T16761-1997 锻制工具钢扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差 标准已分别与GB/T702-2008和GB/T908-2008合并,因此,热轧和锻制工具钢扁钢的尺寸、外形及允许偏差也分别按GB/T702和GB/T908执行。 (6)技术要求 牌号及化学成分 新标准共规定了19个牌号及其化学成分,并对应给出了每个牌号的统一数字代号。我国高速工具钢牌号与国际标准牌号的对照见表1。 与旧标准相比,删去了已经淘汰的W18Cr4VCo5及W18Cr4V2Co8两个牌号、增加了7个新牌号,并根据GB/T17616 1998 钢铁及合金牌号统一代号体系 增加了钢材统一数字代号,而与旧标准相同的12个牌号中,有8个牌号的化学成分发生了变化,如表2所示。增加的7个牌号及对应的化学成分见 收稿日期:2010年3月
铸造 1.熔融的液态金属填满型腔冷却。制件中间易产生气孔。 2.把金属加热熔化后倒入砂型或模子里，冷却后凝固成为器物。 3.铸造对被加工才料有要求，一般铸铁、铝等的铸造性能较好。铸造不具备锻造的诸多优点，但它能制造形状复杂的零，因此常用于力学性能要求不高的支称件的毛丕制造。例如机床外壳等。 锻造 1.主要是在高温下用挤压的方法成型。可以细化制件中的晶粒。 2.用锤击等方法，使在可塑状态下的金属材料成为具有一定形状和尺寸的工件，并改变它的物理性质。 3.锻造时，金属经过塑性变形，有细化晶粒的做用，切纤维连续，因此常用于重要零件的毛丕制造，例如轴、齿论等。 热处理 热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后用一定速度冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能（包括物理、化学和力学性能）的工艺。改善钢的力学性能或加工性能。1.退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；
3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、 焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。 2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏
中国冷作和热作工具钢市场现状及未来发展趋势 恒州博智(QYResearch) 2020年
2019年中国冷作和热作工具钢市场规模达到了XX亿元，预计2026年可以达到XX亿元，未来几年年复合增长率(CAGR)为XX%。 本报告研究中国市场冷作和热作工具钢的生产、消费及进出口情况，重点关注在中国市场扮演重要角色的全球及本土冷作和热作工具钢生产商，呈现这些厂商在中国市场的冷作和热作工具钢销量、收入、价格、毛利率、市场份额等关键指标。本文也同时研究中国本土生产企业的冷作和热作工具钢产能、产量、产值及市场份额。此外，针对冷作和热作工具钢产品本身的细分增长情况，如不同冷作和热作工具钢产品类型、价格、产量、产值，不同领域冷作和热作工具钢的市场销量等，本文也做了深入分析。历史数据为2015至2019年，预测数据为2020年至2026年。 主要厂商包括： Voestalpine SCHMOLZ + BICKENBACH Sandvik Fushun Special Steel BaoSteel TG Nachi-Fujikoshi Qilu Special Steel Hitachi ERAMET
Daido Steel Sanyo Special Steel Baowu Nippon Koshuha Steel Crucible Industries ArcelorMittal GMH Gruppe Kind & Co. Universal Stainless Hudson Tool Steel Otai Special Steel 按照不同产品类型，包括如下几个类别：热作工具钢 冷作工具钢 按照不同应用，主要包括如下几个方面：汽车行业 造船行业 机械行业 建筑业 其他 国内重点关注如下几个地区: 华东地区
工具钢热处理工艺-组织-性能的系统分析 (综合性实验) 一、实验目的 1.掌握工具钢热处理中成分—工艺—组织—性能内在关系； 2.通过实验，掌握材料的系统分析方法。 3.了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。 二、实验原理 工具钢主要用于制造各种切削刀具，模具和量具。所以要有高的硬度和耐磨性、高的强度和冲击韧性等。常用的工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V 等。T10是普通碳素工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体＋少量残余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体。Cr12MoV是模具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋块状碳化物渗碳体。下面以高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织与性能的关系。 铸态的高速钢的显微组织黑色组织为δ共析相；白色组织是马氏体和残余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且很不均匀，不能直接使用，必须进行反复锻造。锻造后还须进行退火。退火的目的：①消除锻造应力，降低硬度便于切削加工；②为淬火组织做好组织上的准备。因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起萘状断口。退火温度宜为860～880℃，加热时间为3～4小时左右，为了缩短退火时间，一般采用等温退火，即：860～880℃加热3～4小时，炉冷到700～750℃等温4～6小时。锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初生碳化物和较细的次生碳化物（碳化物呈白亮点）。 高速钢的淬火工艺的特点：主要是加热淬火温度高。目的是尽可能多的使碳和合金溶入奥氏体。高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V 为例，淬火温度在1270℃～1290℃，淬火组织是由（60～70%）马氏体和（25～30%）残余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度9～10级。硬度63～64HRC。当淬火温度不足，在1240℃～1260℃时，碳化物大部分未溶入奥
刀具的制作钢材介绍 转载于主题名品网|zbsd|主题知识库 制刀材料，下面有一些数据： 1、440c 耐腐蚀性、强度、韧性突出。含铬量为17%，超过15%，需要深冷处理，不大耐磨。日常使用很不错。 2、420j2 含碳量太低，硬度也低。但是耐腐蚀强，适合做潜水刀。 3、420HC 性价比很高的钢。硬度可达58HRC，含有钒元素，保持性也不错。低端钢的最佳选择 4、N690 和440C差不多，加了0.1%左右的钒，耐磨性要强点。 5、S30V 防锈性、耐磨性极好、保持性也强。但韧性不足，突出的例子是绿扁帽生存刀。现在CR改成了CPM S35VN 钢材了。 6、AUS8 综合性能很不错，韧性强。日产的很棒。含有钒元素，细化晶体，可以磨得很锋利。 7、VG10 综合性能很优秀的钢，性能均衡。蜘蛛日产的很棒。含有钒元素，可以磨得非常锋利。 8、ATS34 日产高端制刀钢，硬度高、韧性强。不够锋利。 9、ZDP189 高硬度粉末钢，可达65-67HRC。但韧性不足，硬而脆。 10、154CM 和ATS34一个档次。综合性能不错，争议也大。 11、12C27类似于国内425M，性能一般。 12、D2 优质工具钢，高硬度、高耐磨性。坚韧、保持性也强。但防锈性能一般 13、CPM3V 著名刀匠JERRY HOSSOM，称CPM3V是现存所有钢材中最好的制刀钢材。拥有最优秀的微粒结构，因而具备极强的韧性和最优秀的刀刃。 14、infi 非不锈钢。性能和CPM3V一个档次，各有所长。 15、m390 粉末不锈钢，防锈性、耐磨性好。保持性极佳，约是440C的4倍。来自bladeforums论坛。 16、CPM M4HC 高钒高速工具钢。高硬度（可达67HRC）、高韧性。极其耐磨性和极佳的保持性（和M390一样）。 综合而言，中高端钢日产AUS8和VG10很不错，性能均衡。都含有0.2%左右的钒，细化晶体、增强耐磨性，可以磨得非常锋利。 比较来看：AUS8还含有0.49%的镍，强度韧性更好。VG10含有1.4%的钴，含碳量也稍高，因而硬度稍高点。保持性都差不多，可能VG10要好点点。 （此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容， 供参考，感谢您的支持） 精选文档，供参考！
一、钢材相较于其他工程材料的优缺点 优点： 1、强度高、塑性、耐热性、韧性好。 2、材质均匀，工作可靠性高。 3、钢结构制作简便，施工周期短，具有良好的装配性。 4、钢具有可焊性。 5、钢材具有不渗漏性，便于做成密闭结构。 6、钢材更接近于匀质和各向同性体。 缺点： 1、钢材耐腐蚀性差。 2、钢材耐热但不耐火。 3、保温效果差。 4、易产生扭曲。 5、特有的冷桥问题（北方是"冷桥"现象多发的地区，因为冬天北方天气比较寒冷，室内外温度差异较大，冷空气进入房屋后与热空气结合而形成水雾吸附于墙体，便会出现房屋潮湿、霉变的现象）。 二、钢材的分类及特性 1、按化学成分分类：碳素钢、合金钢 碳素钢：①低碳钢（C≤0.25%）；②中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；③高碳钢（C≥0.60%）。合金钢：①低合金钢（合金元素总含量<5%）；②中合金钢（5%≤合金元素总含量≤10%）； ③高合金钢（合金元素总含量>10%）。 2、按用途分类：工程用钢、渗碳钢、碳素工具钢、特殊性能钢 工程用钢：普通碳素结构钢、.低合金结构钢、钢筋钢；渗碳钢：渗氮钢、表面淬火用钢、易切结构钢、冷塑性成形用钢； 碳素工具钢：合金工具钢、高速工具钢； 特殊性能钢：不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金钢、耐磨钢、低温用钢、电工用钢。 3、按冶炼方法分类：按炉种分、按脱氧程度和浇注制度分 按炉种分：①平炉钢（酸性平炉钢、碱性平炉钢）②转炉钢（酸性转炉钢、碱性转炉钢）③电炉钢（电弧炉钢、电渣炉钢、感应炉钢、电子束炉钢） 按脱氧程度和浇注制度分：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢 4、按断面不同分类：线材、型材、板材、管材 线材：普线、高线、螺纹钢…… 型材：工字钢、槽钢、角钢、方钢、重轨、高工钢、H 型钢 板材：中厚板、容器板、中板、碳结板、锅炉板、低合金板 管材：焊管、不锈钢管、热镀锌管、冷镀锌管、无缝管、螺旋管 5、按品质分类：普通钢、优质钢、高级优质钢 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 优质钢（P、S 均≤0.035%） 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）
解析W7Mo4Cr4V2Co5钢钨钼系含钴高速工具钢的淬火、回火 W7Mo4Cr4V2Co5钢钨钼系含钴高速工具钢淬火、回火硬度66～68HRC，抗弯强度2500～3000MPa，冲击吸收功A ku＞0.23～0.35J,600℃时的硬度54HRC。 退火规范退火温度730～840℃，退火硬度≤269HBS。 推荐淬火、回火规范淬火温度盐浴炉1180～1200℃、箱式炉1190～1210℃淬火剂为油，回火温度530～550℃，硬度≥66HRC。 W7Mo4Cr4V2Co5钢是钨钼系含钴高速工具钢，简写代号7-4-4-2-5，由于其含4.75%～5.75%（质量分数）的钴，从而提高了钢的高温硬度和红硬性，在较高的温度下切削时刀具不变形，而且耐磨性好。该钢的缺点是磨削性差。 为满足切削过程中，刀具线速度达80m/min，刀刃温度高达600℃，刀具硬度大于60HRC的要求，在高碳钢中加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素而获得高速钢，W和Mn可提高钢的热硬性，在回火温度5800～600℃时，W、Mo析出并生成Mo2C和W2C，发生二次硬化现象，钢的硬度不仅不下降，反而升高。 供货状态及硬度退火态，硬度269HBS，冷拉态，硬度285HBS；冷拉后退火态，硬度277HBS。 标准GB 9943-88钢的主要化学成分（质量分数，%）C 1.05～1.15、Mn 0.20～0.60、P 0.030、S 0.030、Si 0.15～0.50、Cr 3.75～4.50、V 1.75～2.25、W 6.25～7.00、Mo 3.25～4.25、Co 4.75～5.75。
参考对应钢号我国GB标准钢号W7Mo4Cr4V2Co5、美国AISI/ASTM 标准钢号M41、美国UNS标准钢号T11341、国际标准化组织ISO标准钢号HS2-9-1-8、法国NF标准钢号HS7-4-2-5、德国DIN标准钢号S7-4-2-5、德国DIN标准材料编号1.3246、英国BS标准钢号M41。 典型应用举例 ①用于制造冷挤凹模和上、下冲头等。 ②用于制造切削最难切削材料的刀具和刃具，如制造切削高温合金、钛合金和超高强度钢等难切削材料的车刀、刨刀、铣刀等。
第一章中国工具钢和硬质合金牌号及化学成分 第一节碳素工具钢（1）中国GB标准碳素工具钢的钢号与化学成分[GB/T1298-1986]（表6-1-1） 表6-1-1碳素工具钢的钢号与化学成分（质量分数）（%） 钢号C Si Mn P≤S≤ T7 T8 T8Mn T9 T10 T11 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 1.05-1.14 1.15-1.24 1.25-1.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.40 ≤0.40 0.40-0.60 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 注：1.高级优质钢（带“A”的钢号）磷、硫含量（质量分数）：P≤0.030%；S≤0.030%。 2.钢中残余元素含量（质量分数）：Cr≤0.25%，Ni≤0.20%，Cu≤0.30%。 3.用作铅浴钢丝的残余元素含量（质量分数）：Cr≤0.10%，Ni≤0.12%，Cu≤0.20%，Cr+Ni+Cu≤0.40%。 4.要求检验钢的淬透性时，允许添加少量合金元素。 （2）中国GB标准碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度（表6-1-2和表6-1-3） 表6-1-2碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度钢号 交货状态试样淬火 硬度HBS压痕直径/mm淬火温度/℃冷却介质硬度＞HRC T7≤187≥4.4800-820水62 T8≤187≥4.4780-800水62 T8Mn≤187≥4.4780-800水62 T9≤192≥4.35760-780水62
第四章工具钢 对各种材料进行加工，需要采用各种工具，主要是各种刃具与模具。 工具钢按用途分为刃具钢、模具钢及量具钢。按成分可分为碳素工具钢，低合金工具钢，高合金工具钢（高速钢）。 刃具钢要求高硬度，高耐磨性，一定韧性和塑性，有时需热硬性。如车刀，刨刀，铣刀，钻头，丝锥，锉刀，锯条。常用钢种为T7~T12，Cr，Cr2，9Mn2V，CrWMn，W18Cr4V。 模具钢为两类：一类为热作模具钢，要求高温下的硬度的强度，抗热疲劳和良好的韧性。如锤锻模，挤压模，压铸模。常用钢种为T8~T12，MnSi，5CrW2Si，Cr12V，Cr12MoV。另一类为冷作模具钢，要求具有高硬度，耐磨性和一定的韧性。如冲切模，冷镦模，搓丝模，拉丝，剪刀片。常用钢种有5CrNiMo，3Cr2W8V。 量具钢要求高硬度，高耐磨和尺寸稳定性如量规，样板，卡尺。 工具钢要求的基本性能有：（1）使用性能，如强度，塑性，韧性，耐磨性，热硬性，热疲劳性能；（2）工艺性能，如淬透性，变形与开裂倾向，脱C敏感性，磨削性，切削加工性。 §4．1 碳素及低合金工具钢 一、碳素工具钢 1．成分：高C钢，0.65-1.35% 2．组织：高C回火马氏体+细粒状K，HRC58-64 3．牌号：T7~T13 高牌号者，硬度高，耐磨性好，但韧性较低；低牌号者，硬度较低，但韧性较好。可选择不同场合具体运用。 4．热处理：球化退火（粒状P组织，便于切削加工）+淬火与低温回火 球化退火采用等温球化退火工艺。 5．性能：成本低，冷热性能较好，热处理简单，应用范围较宽。 不足处：（1）淬透性低，盐水中淬火，变形开裂倾向大。 （2）组织稳定性差，热硬性低，工作温度小于200℃。 6．应用：制作工件尺寸较小、受热温度不高、形状简单、不受较大冲击的工具如低速切削的刃具和简单的冷冲模。 二、低合金工具钢 加入M，如Si，Mn，Cr，W，Mo，V。与碳素钢相比，具有淬透性高，耐磨性好，淬火变形少，回火稳定性好，切削速度也较高。 合金元素作用：提高耐磨性，V，W，Mo, Cr；提高淬透性；减少淬火变形； 细化晶粒提高韧性；增大热硬性。 常用钢种：Cr06，Cr，Cr2，9Cr2，9SiCr，8MnSi，CrMn，CrWMn，CrW5，W，V 但由于热硬性仍较差，难以满足高速切削的需要。 §4．2 高速工具钢 高速工具钢适用于高速切削刀具。由于合金度高，可保证刃部在650℃时实际硬度仍高于HRC50，从而具有优良的切削性和耐磨性。
1）.各牌号钢的主要性能和用途 一、各牌号碳素结构钢的主要用途: 1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。用于轧制薄板和盘条。冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。 2.牌号Q215，强度稍高于Q195钢，用途与Q195大体相同。此外，还大量用作焊接钢管、镀锌焊管、炉撑、地脚螺钉、螺栓、圆钉、木螺钉、冲制铁铰链等五金零件。 3.牌号Q235，含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用用建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。 4.牌号Q255，性能与Q235差不多，强度稍有提高，塑性有所降低。应用不如Q235广泛，主要用作铆接与检接结构。 5.牌号Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好。用于制造轴类、农业机具、耐磨零件、钢轨接头夹板、垫板、车轮、轧辊等。 二、各牌号低合金高强度结构钢的主要用途： 低合金高强度结构钢旧标准称低合金结构钢，又叫普通低合金结构钢。 1.牌号Q295钢，钢中只含有极少量的合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑结构，工业厂房，低压锅炉，低、中压化工容器，油罐，管道，起重机，拖拉机，车辆及对强度要求不高的一般工程结构。 2.牌号Q345、Q390钢，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、 D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件。 3.牌号Q420钢，强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接结构件。 4.牌号Q460钢，强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性的备用钢种。用于各种大型工程结构及要求强度高，载荷大的轻型结构。 三、优质碳素结构钢的特性和用途： 优持碳素结构钢简称碳结钢、俗称优钢。是各种机器的零部件制造用钢。 1. 08和08F钢，用于轧制薄板，深冲制品、油桶、高级搪瓷制品，也可用于制作管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，电焊条等。 2. 10和10F钢，用4mm以下冷压深冲制品，如深冲器皿、炮弹弹体。也可制造锅炉管、油桶顶盖及钢带、钢丝、焊接件、机械零件。 3. 15和15F钢，用于制造机械上的渗碳零件、紧固零件、冲锻模件及不需热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、法兰盘及化工机械用贮器、蒸汽锅炉等。 4. 20钢，用于不经受很大应力而要求韧性的各种机械零件，如拉杆、轴套、螺钉、起重钩等；也可用于制造在60大气压、450℃以下非腐蚀介质中使用的管子、导管等；还可以用于
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。 高速工个钢的淬火温度很高，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。 高速工个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。 含钻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。 Mn 1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素 Si 1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度 2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性 3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性
第六章中外工具钢和硬质合金牌号对照 第一节碳素工具钢钢号近似对照（1）中国与亚太各国（地区）以及国际标准的碳素工具钢钢号近似对照（表6-6-1） 表6-6-1 中国与亚太各国（地区）以及国际标准的碳素工具钢钢号近似对照 No.中国GB中国台湾CNS日本JIS韩国KS 美国 国际标准化组织ISO ASTM UNS 1T7SK7SK7STC7——TC70 2T8 SK5 SK6 SK5 SK6 STC5 STC6 W1A-8T72301TC80 3T8Mn SK5SK5STC5———4T9———W1A-81/2T72301TC90 5T10 SK3 SK4 SK3 SK4 STC3 STC4 W1A-91/2T72301TC105 6T11SK3SK3STC3W1A-101/2T72301~TC105 7T12SK2SK2STC2W1A-111/2T72301TC120
8T13SK31SK31STC1——TC140 9T7A—————— 10T8A————T72301— 11T10A————T72301— 12T12A————T72301— 13T13A——————（2）中国与欧洲诸国的碳素工具钢钢号近似对照（表6-6-2） 表6-6-2 中国与欧洲诸国的碳素工具钢钢号近似对照 No. 中国 GB 德国 法国NF 俄罗斯 ΓOCT 瑞典 SS 英国 BS DIN W-Nr. 1T7C70W2 1.1620（C70E2U）y7—2T8C80W2 1.1625（C80E2U）y8—3T8Mn C85WS 1.1830—y8Γ——4T9——C90E2U y9——5T10C105W2 1.1645（C105E2U）y10 6T11C110W2 1.1645~C105E2U y11——7T12C125W2 1.1663C120E3U y12 8T13C13W2 1.1673~C140E3U y13——
金属材料与热处理技术课程设计 题目：T12钢热处理工艺课程设计 院（系）：冶金材料系 专业年级：材料1201 负责人：陈博 唐磊，杨亚西， 合作者：谭平，潘佳伟，多杰仁青 指导老师：罗珍 2013年12月
热处理工艺课程设计任务书 系部冶金材料系专业金属材料与热处理技术 学生姓名陈博，杨亚西，唐磊，谭平，多杰仁青，潘佳伟 课程设计题目T12 设计任务： 1，课程设计的目的：为了使我们更好地了解碳素工具钢的性能及其热处理工艺流程。培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。学习热处理工艺设计的一般方法，热处理设备选用和装夹具设计等进行热处理设计的基础技能训练。 2.课程设计的任务分组（碳素工具钢T12） ①：锉刀的热处理工艺（唐磊） ②：热处理后的组织金相分析（陈博） ③：淬火（潘佳伟） ④：回火（多杰仁青） ⑤：局部淬火（谭平） ⑥：缺陷分析（杨亚西） 3.课程设计的内容： T12钢热处理工艺设计流程 4参考文献： 【1】詹艳然，吴乐尧，王仲仁．金属体积成形过程中温度场的分析．塑性工程学报，2001，8(4) 【2】叶卫平，张覃轶．热处理实用数据速查手册．机械工业出版社．2005，59---60 【3】许天己钢铁热处理实用技术．化学工业出版社2005，134"～136 设计进度安排： 第一周周一~周二钢的普通热处理工艺设计理论学习 周三~周五分组进行典型金属材料的热处理工艺设计第二周周一~周三撰写设计说明书 周四~周五答辩 指导教师（签字）： 年 月日
热处理工艺卡 热处理工艺卡材料牌 号 T12 零件重 量 锉刀400g 工艺路 线 热轧钢板冲压下料——退火——校直——铣或刨侧 面——粗磨——半精磨——剁齿——淬火加回火。 技术条件检验方法 硬度HRC60-62，HB≤207 洛氏硬度计，布氏硬度计 金相组 织 珠光体，马氏体和 渗碳体 金相观察 力学性 能 硬度：退火，≤ 207HB，压痕直径≥ 4.20mm；淬火：≥ 62HRC 布氏法，洛氏法 工 序号工序名称设备 装炉方式 及数量 加热温 度℃ 保温 时min 冷却 介 质 温 度 ℃ 冷却时间 min 1 预热加热炉- 550-65 加热 时间 的5-6 倍 - - - 2 球化退火退火炉- 760-77 0 2-4h 空 气 550 -60 4h 3 淬火保护气 氛炉- 770-78 - 水150 -20 10 4 低温回火回火炉- 160-18 0 0.75- 1h 空 气 150 60 编制人陈博编制日期2013.12.11 审核日期
工具钢 概述 工具钢是用以制造各种加工工具的钢种。根据用途不同。工具钢可分为刃具用钢、模具围钢和量具用钢。按化学成分不同。工具钢又可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。 各类工具钢由于工作条件和用途不同。所以对性能的要求也不同。但各类工具钢除飓有各自的特殊性能之外。在使用性能及工艺性能L也有许多共同的要求。如高硬度、高磨性是工具例最重要的使用性能之一。工具若没有足够高的硬度是不能进行切削加工的。否则，在应力作用下工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要条件。 除了上述共性之外，不同用途的工具钢也有各自的特殊性能要求、例如，刃具钢除要求高硬度。高耐磨性外。还要求红硬性及一定的强度和韧性。冷模具钢要求高硬度、高耐磨性、较高的强度和一定的动化热模具钢则要求高的韧性和耐热疲劳性及一定的硬度和耐磨性。对于量具钢。除要求具有高硬度、高耐磨性外。还要求高的尺寸稳定性。 在化学成分上。为了使工具钢尤其是刀具钢具有高的硬度，通常都使其含有较高的碳(含碳量为0.65% ~1.55% )，以保证淬火后获得高碳马氏体、从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少和防止工具损坏是有利的。此外。高的合碳量还可以形成足够数量的碳化物以保证高的耐磨性、所加入的合金元素主要是使钢具有高硬度和高耐磨性的一些碳化物形成元素如Cr、W、M。、V等。有时也加入Mn和Si，其目的主要是增加钢的淬透性以达到减少钢在热处理时的变形。同时增加钢 回火稳定性。对于切削速度较高的刃具常加入较多的W、Mo、V、Co等合金元素。以提高钢的红硬性。 工具钢对钢材的纯洁度要求很严。对S、P含量一般均限制在0.02%~0。03%以下。属于优质钢或高级优质钢。钢材出厂时。其化学成分、脱碳层、碳化物不均匀度等均应符合国家有关标准规定、否则会影响工具钢的使用寿命。 生产实践表明刃具钢理想的淬火组织应是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物。因此刃具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小的颗粒状。且分布均匀。这不仅对保证钢的优良切削性、耐磨性和韧性有利。而且对热处理工艺(如防止或减轻过热敏感性、变形、淬裂倾向等)亦十分有利。 经球化退火后的组织为铁素体。其基体上分布着细小均匀的粒状碳化物。工具钢因含碳量较高，因此。在热处理淬火加热时应在盐浴炉或保护气氛条件下进行加热。否则易产生氧化脱碳现象。值得注意的是应在淬火后及时进行回火。 对于一种工具。选用什么样的钢材合理。首先应从工具的工作条件、失效形式及性能要求出发，然后选择合适的钢种。最后再制订正确的热处理工艺。同时还应考虑工具钢的工艺
工具钢工具钢 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得红硬性，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。 碳素工具钢的主要生产品种、性能和用途 一、生产品种 热轧棒材圆钢直径或方钢边长8mm-80mm 锻制棒材圆钢直径或方钢边长50mm-150mm 冷拉棒材圆钢直径8mm-40mm 热轧钢板厚度0.7mm-15mm 冷拉钢带厚度0.10mm-3.60mm 冷拉钢丝圆钢丝直径0.050mm-16mm 热轧扁钢厚度*宽度 3mm-30mm*（10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、32、35、38、40、45、50、55、60、65、90、100、160）mm 锻制扁钢厚度*宽度 10mm-65mm*（40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、130、150、170、180、190、200）mm 二、性能和用途 T7、T7A 亚共析钢。具有较好的塑、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