简述合金工具钢的定义及分类

合金工具钢的分类
合金工具钢根据化学成分、用途和工艺性能等因素可以进行不同的分类。

下面是一些常见的合金工具钢分类：
1. 碳工具钢：主要是由碳作为合金元素，含有较高的碳含量，一般在0.60%至1.50%之间。

碳工具钢具有较高的硬度和强度，适用于制造切削工具、冲模和冷模等。

2. 高速工具钢：主要含有较高的碳和钨、钼、钴等合金元素。

高速工具钢具有优异的耐高温、耐磨损性能，适用于制造高速切削工具，如铣刀、麻花钻等。

3. 高硬度合金工具钢：主要含有较高的碳、铬和钼等合金元素。

高硬度合金工具钢具有较高的硬度和耐热性能，适用于制造切削刃和热作模具等。

4. 高温合金工具钢：主要含有较高的铼、钼、钨等合金元素。

高温合金工具钢具有较高的抗高温强度和耐热性能，适用于制造耐高温切削工具和模具等。

5. 不锈钢工具钢：由于不锈钢添加了铬元素，具有良好的耐腐蚀性能，适用于制造一些特殊用途的工具，如医疗器械、食品加工工具等。

需要注意的是，以上仅是合金工具钢的一些常见分类，实际上根据具体的需求和应用场景，合金工具钢可以有更多的分类方式。

第五节合金工具钢与高速工具钢工具钢用于制造各种工具，如量具、刃具、模具等。

工具钢按化学成分可分为非合金工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。

碳素工具钢已在第五章中介绍，以下主要讲解后两种工具钢。

一、合金工具钢合金工具钢包括量具刃具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等。

1．量具刃具钢[应用场合]：主要用于制造低速切削刃具（如木工工具、钳工工具、钻头、铣刀、拉刀等）及测量工具（如卡尺、千分尺、块规、样板等）。

量具刃具钢要求具有高硬度（62～65HRC）、高耐磨性、足够的强韧性、高的热硬性（即刃具在高温时仍能保持高的硬度）；为保证测量的准确性，要求量具刃具钢具有良好的尺寸稳定性。

扳牙丝锥量具[化学成分]：量具刃具钢具有高碳成分，w C=0.8％～1.50％，以保证高的硬度和耐磨性。

加入的合金元素有Cr、Si、Mn、W等，用以提高钢的淬透性、耐回火性、热硬性和耐磨性。

[常用刃具钢]：9SiCr是应用广泛的刃具钢，用于制作要求变形小的各种薄刃低速切削刃具，如板牙、丝锥、铰刀等。

[常用量具钢]：高精度量具（如块规）可采用Cr2、CrWMn等量具刃具钢制造，也可用轴承钢（如GCr15）制造；简单量具(如卡尺、样板、直尺、量规等)多用碳素工具钢（如T10A）；要求精密并须防止腐蚀的量具，采用不锈钢3Cr13、9Cr18。

常用量具刃具钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途(摘自GB1299-2000)注：表中Cr06钢的平均w C ＞1%，为与结构钢区别，不标含碳量数字。

其平均w Cr =0.6%。

[热处理]：量具刃具钢的预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火加低温回火，热处理后硬度达60～65HRC 。

高精度量具在淬火后可进行冷处理，以减少残余奥氏体量，从而增加其尺寸稳定性。

为了进一步提高尺寸稳定性，淬火回火后，还可进行时效处理。

2．冷作模具钢 [应用场合]：冷作模具用于冷态下（工作温度低于200～300℃）金属的成形加工，如冷冲模、冷挤压模、剪切模等。

华夏模具网——诠释通俗地说，合金工具钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分合金工具钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。

合金工具钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。

这种不锈性和耐蚀性是相对的。

试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。

合金工具钢的分合金结构钢方法很多。

按室温下的组织结构分合金结构钢，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相合金工具钢；按主要化学成分分合金结构钢，基本上可分为铬合金工具钢和铬镍合金工具钢两大系统；按用途分则有耐硝酸合金工具钢、耐硫酸合金工具钢、耐海水合金工具钢等等，按耐蚀合金结构钢型分可分为耐点蚀合金工具钢、耐应力腐蚀合金工具钢/o1835.html 合金结构钢、耐晶间腐蚀合金工具钢等；按功能特点分合金结构钢又可分为无磁合金工具钢、易切削合金工具钢、低温合金工具钢、高强度合金工具钢等等。

由于合金工具钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重合金结构钢、轻、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。

奥氏体合金工具钢：在常温下具有奥氏体组织的合金工具钢。

钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。

合金工具钢奥氏体铬镍合金工具钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。

奥氏体合金工具钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。

如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

此合金结构钢钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。

此合金结构钢钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。

合金工具钢
【知识要点】
一、合金工具钢的性能与分类
1.合金工具钢的性能特点：硬度、耐磨性、韧性和淬硬性、淬透性比碳素工具钢高。

2.合金工具钢的分类：合金刃（刀）具钢、合金量具钢和合金模具钢
二、合金工具钢种类
【例一】填空题：合金工具钢按用途分为、、。

【解析】此题属于记忆题，旨在考查学生对合金工具钢分类是否熟悉。

【答案】合金刃具钢合金模具钢合金量具钢
【例二】填空题：W18C r4V是钢，当其切削温度高达650℃时，仍能使硬度保持在以上，即具有高的，主要用于制造。

【解析】此题属于理解题，旨在考查学生对高速钢相关知识是否掌握。

【答案】高速钢50HRC 红硬性钻头和车刀。

第四章合金工具钢工具钢主要用于制造各种加工工具的钢种。

国家标准〔GB/T221-2000〕把工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。

其中合金工具钢是在碳素工具钢的根底上开展起来的，根据合金元素的多少又可进一步分为低合金工具钢和高合金工具钢。

工具钢在使用性能和工艺性能上也有许多共同的要求。

如高硬度、高耐磨性，刃具假设没有足够的硬度便不能进行切削加工；刃具、模具在应力的作用下，其形状和尺寸都会发生变化而使成形零件的形状和尺寸不符合设计要求；工具钢假设没有良好的耐磨性会使其使用寿命大为下降，并且使加工或成形的零件精度的稳定性降低。

当然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；冷作模具钢在要求高硬度、高耐磨性的同时，还要求有较高的强度和一定的韧性；热作模具钢那么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，在要求高硬度、高耐磨性的根底上，还要求高的尺寸稳定性。

工具钢对钢材的纯度要求较高，S、P含量一般严格限制在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、碳化物不均匀程度等均应符合国家标准的有关规定，否那么会影响工具的使用寿命。

必须指出的是，和结构钢一样，一种工具钢也可以兼有几种用途，如T8钢既可以用来制造简单模具，也可以制造量具、木工工具、钳工工具等；9Mn2V既可以用于制作小型冷作模具，也可以制作量规、铰刀等；4Cr5MoSiV既可以用作铝合金压铸模、塑压模，也可以用于制造飞机、火箭等耐400℃~500℃工作温度的结构零件，等等。

4.1 量具刃具用钢合金工具钢按用途可细分为量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、热作模具钢、冷作模具钢、无磁模具钢和塑料模具钢。

本节主要介绍量具刃具用钢。

量具是用来度量工件尺寸的工具，如游标卡尺、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，因此要求量具材料具有高的硬度和高的耐磨性，以保证在长期使用过程中不致被很快磨损而失去其精度；具有高的尺寸稳定性，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；具有一定的抗腐蚀性能和一定的韧性。

工具钢按钢用途的不同可将其分为结构钢、工具钢和特殊性能钢，工具钢均为优质钢，它包括碳素工具钢和合金工具钢两类。

工具钢是专门用于制造各种刃具、模具、量具和手工工具的钢种，它以高硬度、高耐磨性为性能特征。

碳素工具钢的牌号是用汉语拼音“T”代表“碳”加数字表示，数字代表钢平均含碳量的千分之几，如T8，T10，T12分别表示平均含碳量为0.8%，1.0%，1.2%的碳素工具钢。

合金工具钢用一位数字加化学元素符号再加数字的方法表示。

最前面的一位数字代表钢平均含碳量的千分之几，若平均含碳量大于1%则不予标出，合金元素的表示方法与合金结构钢相同。

如9SiCr表示该合金工具钢各元素的平均含量为：0.9%C、1%Si、1%Cr；CrWMn表示该钢含：大于1%C、1%Cr，1%W，1%Mn。

合金结构钢是用两位数字加化学元素符号再加数字的方法表示，最前面的一位数字代表钢平均含碳量的万分之几，元素符号后面的数字表示该元素的平均重量百分比含量，若合金元素的平均重量百分比含量低于1.5%则不予标出，大于1.5%则标为2，大于2.5%则标为3.一、碳素工具钢碳素工具钢的含碳量很高，通常0.65%~1.35%之间，磷、硫杂质的含量分别不得超过0.03%，0.035%，高级优质碳素工具钢的磷、硫杂质含量分别不得超过0.02%和0.03%。

碳素工具钢经淬火、低温回火后具备较高的硬度和耐磨性，但它的淬透性和热硬性比较差。

热硬性又称红硬性，是指工具钢在较高温度下保持高硬度、高耐磨性的能力。

因此，因此碳素工具钢通常只用于制作手工工具和小型、低速、小走刀量的机用工具。

二、合金工具钢合金工具钢是针对碳素工具钢在淬透性和热硬性方面的不足而产生和发展起来的，主要用于制造大型或者高速度切削的刃具、模具、量具等。

合金工具钢的用途和性能要求使得它在成分设计、热处理工艺以及组织结构上都与结构钢截然不同。

（一）刃具钢刃具钢是用于制造各种，比如车车刀、铣刀、钻头等切削工具的钢种。

合金工具钢介绍能够使用于制造工具、切削刀具或模具的材料大致包括：高碳工具钢、合金工具钢、高速钢、工具用非铁硬质合金等。

除硬质合金之外，其它都是属于钢料，而在一般工具用钢中，以高碳工具钢的合金量少，价钱比较便宜，高合金量的工具钢或高速钢，价钱则较昂贵。

工具钢必须强韧、耐磨耗、且具有常温及高温硬度等特性，以其合金成份和构造用合金钢相较，则除了含碳量增加之外，Cr、Mo、Ni等仍然为基本元素(或是增加其含量)，另外必要时在添加耐高温的W、V及Co等。

工具钢是属于高级钢料，因此必须是由全静钢锭制造，同时要特别要求合金元素在熔炼过程中的均质化，以使后续锻造及热加工能得到良好的质量。

由于工具钢多需利用热处理以达到材料的最佳性质，因此尺寸要求精密的机件，必须先实施半加工成形(semifinished)，经热处理，再完成加工(finished)。

1、高碳工具钢高碳工具钢的成份为含碳量0.6%~1.5%，另外含有0.5%以下的Mn以提高其硬化能力。

高碳工具钢价格便宜，其机械性质主要是以含碳量多少来决定，由于一般淬火于水中，因此属于水硬性钢，其缺点则是硬化深度较浅，在高温时强度较差。

由于仅经淬火的麻田散铁组织太脆，耐磨性不佳，为了增加耐磨性，高碳工具钢在淬火前必须实施球化处理，淬火至室温之后，再加以150℃~200℃的低温回火，其结果可以得到球状雪明碳铁散布于低温回火麻田散铁，硬度够而且耐磨耗的组织。

高碳工具钢使用于刀具、工具或冲模，但因合金工具钢的发展，使用场合已较少。

2、合金工具钢高碳工具钢由于硬化能较差，因此必须以水淬急冷的方式得到较高的硬度，但因水淬容易变形和产生裂痕，因此高碳工具钢就有其使用上的限制，为了改善其硬化能并增进其硬度，因此加入如W、Cr、V、Mn、Ni等合金元素，而形成合金工具钢。

合金工具钢主要藉热处理所得到的麻田散铁组织保持工具钢必要的硬度，另外以合金元素与碳结合所形成的碳化物增加耐磨耗性。

常用合金钢的定义、分类、编号及应用合金钢分类所谓合金钢，即在碳钢的基础上加入一些合金元素，比如Si、Mn、W、V、Ti、Cr、Ni、Mo等，能够改善钢的强度、韧性、淬透性、可焊接性等性能。

合金钢可按照合金元素含量进行分类，而在工业生产生活中，合金钢会被具体地用到特定的行业，按照用途进行分类也很常见。

1、按照合金元素含量多少分类低合金钢：合金总量低于5%；中合金钢：合金总量为5~10%；高合金钢：合金总量高于10%。

2、按照用途分类合金结构钢：低合金结构钢(也称普通低合金钢)；合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢；滚珠轴承钢合金工具钢：合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢)；合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢)；量具用钢特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

3、合金钢编号1）低合金高强度结构钢其牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服极限数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。

例如Q390A，表示屈服强度σs＝390N/mm2、质量等级A的低合金高强度结构钢。

2）合金结构钢其牌号由“两位数字十元素符号+数字”三部分组成。

前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万倍，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后面数字表示该元素的平均质量分数的百倍。

合金元素的平均质量分数＜1.5%时，一般只标明元素而不标明数值；当平均质量分数≥1.5％、≥2.5％、≥3.5%，…时，则在合金元素后面相应地标出2， 3，4，…。

例如40Cr，其平均碳的质量分数Wc=0.4％，平均铬的质量分数WCr＜1.5％。

如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”。

例如38CrMoAlA钢，则属于高级优质合金结构钢。

3）滚动轴承钢在牌号前面加“G”(“滚”字汉语拼音的首位字母)，后面数字表示铬的质量分数的千倍，其碳的质量分数不标出。

例如GCr15钢，就是平均铬的质量分数WCr＝1.5％的滚动轴承钢。

铬轴承钢中若含有除铬外的其它合金元素时，这些元素的表示方法同一般的合金结构钢。