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== 工具钢 ==





== 正文 ==

　　主要用于制造切削工具、模具、量具和其他耐磨工具的钢。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，简称碳工钢。其冷、热加工性能好,最高[[淬火]]硬度能达HRC66～67，但通常[[回火]]硬度为HRC60～64，耐磨性好,价格低廉，用途广泛，数量约占整个工具钢的一半。主要缺点是：①淬透性低，水淬时也只能淬透截面厚度不大于8mm的小工具；②耐热性差，在250℃,硬度急剧下降,所以一般限在 200℃以下使用。碳工钢的含碳量自0.65～1.35％(牌号为T7～T13)，属亚共析钢和共析钢(T7,T8)，用于制造形状简单的刀具和木工刀具。过共析钢用量最大，尤其是T10、T11适于制造对耐磨性要求较高的工具和冷冲模、拉丝模、切边模、丝锥以及形状简单的低精度量具。含碳更高的牌号，虽然耐磨性高,但韧性低,不耐冲击，只适于制造锉刀、丝锥、刻刀、剪刀等手工工具。 　　碳工钢在热加工后具有片状珠光体组织，硬度较高，难以切削加工，且淬火易形成粗大马氏体，必须进行球化[[退火]]，一般在740～770℃加热，600～680℃等温处理。退火后硬度为HB157～197。含碳量高、大尺寸的碳工钢材，常在球化退火前进行正火，以消除网状碳化物。碳工钢的淬火加热温度一般为770～820℃,通常用盐水-油双液淬火以加速冷却,冷至100℃左右要迅速取出立即回火，以防止开裂和减少淬火变形。对形状复杂的薄小工件,可用120～160℃碱浴分级淬火,回火多在140～220℃范围内进行。 　　'''合金工具钢''' 在碳工钢中加入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，以适应不同用途的需要。按用途可分： 　　量具、刃具用钢 含碳量较高(0.75～1.50％)，具有所需的高硬度(≥HRC60),分别含有Cr、W、V、Si、Mn等合金元素，淬透性较高，形成的合金碳化物显著地提高了钢的耐磨性、热稳定性，并具有一定的强度和冲击韧性。常用量具钢多选用GCr15和CrWMn等。用于量具、刃具的低合金工具钢的热处理制度大体上与碳工钢相似。由于它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工具可采用硝盐分级淬火，也可等温淬火。对尺寸稳定性要求高的量具，应进行冷处理。此外还须采用较长时间的低温回火或时效处理，以得到稳定的回火马氏体,并使未转变的残余奥氏体陈化稳定,使工具的残余应力消除或使状态稳定。 　　耐冲击工具用钢 含碳量在0.35～0.65％范围的中碳铬钨硅钢（如5CrW2Si）,热处理后具有高的冲击韧性、高的疲劳强度和较高的耐磨性，适于制造受冲击载荷大的工具，如手动或风动凿子等。 　　冷作模具用钢 含碳量较高,大多在0.85％以上,个别达2％以上，具有很高的硬度（HRC60以上）和耐磨性。其中低、中合金类型基本上与量具、刃具用钢类似，如9Mn2V、CrWMn。Cr6WV和 Cr4W2MoV可作较大尺寸的冷冲模具。最具有代表性的是高碳高铬的微变形工具钢Cr12和 Cr12MoV。这类钢具有高耐磨性、高淬透性和淬火微变形性,适于制造大型精密冷作模具。Cr12MoV有两种淬火制度:一种为常用的较低温度(950～1050℃)淬火和低温(150～200℃)回火，以获得较高硬度和较小变形；另一种为高温(1100～1130℃)淬火和高温(500～520℃)回火，产生二次硬化，以提高钢的硬度，获得较高的红硬性和耐磨性，适于制作在400～500℃下工作的模具。但Cr12钢一般只采用前一种淬火制度。由于这类钢属于莱氏体钢，铸态组织内会出现大量网状共晶碳化物，必须在塑性加工过程中使其破碎并均匀地分布在基体上，以增加钢的耐磨性，阻止高温淬火晶粒长大和同时使钢具有足够的韧性。 　　热作模具用钢 含碳量大多在0.3～0.6％之间，并含某些合金元素。这类钢的主要特性是抗回火稳定性好，在与工件接触受热的状态下，仍能保持较高的硬度和强度，有较好的耐热疲劳性和冲击韧性，主要用于制作热锻压、热冲压、热挤压、热精锻和压铸等模具。一般锤锻模可采用高韧性和一般耐热性（350～375℃以下）的模具钢5CrMnMo和5CrNiMo。热顶锻和热挤压模因在工作期间（尤其在铜挤压和钢挤压生产中）与被变形的热金属接触时间长，容易受热软化,要求有较高的耐热性,常采用3Cr2W8V,4Cr5MoVSi，4Cr5W2VSi。这些钢高温回火时均产生二次硬化，适于在500～650℃下工作。压铸模用材料必须具有优越的耐热疲劳性和耐热冲刷腐蚀性。常用的 3Cr2W8V等是压铸锌、铝和镁合金等低熔点金属的良好材料。对要求有更高耐热性的精密锻造模具，压铸高熔点金属的模具，则非一般热作模具钢所能胜任。应选用钨、钼等难熔合金以提高模具使用寿命。 　　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。由于塑料模具的模腔复杂，尺寸要求精密,因此对塑料模具钢除要求耐磨、耐腐蚀以外,特别要求钢的可加工性和热处理后的微变形性。此类钢含碳量较低，还含有铬、镍、钼等元素，有时还含有铝、钛，以产生时效硬化。 　　基体钢 它的化学成分相当于不同类型的[[高速工具钢]]淬火后基体组织的化学成分，因而得名。这类钢与高速工具钢相比较，它的共晶碳化物很少,而且粒度小,分布均匀，因而韧性、疲劳强度和冷、热加工性能都比高速钢好，同时又具有较高的二次硬化能力，较高的耐热性和耐磨性，适于制作热载荷更高(600～680℃)的模具。基体钢5Cr4W2Mo2VSi、35Cr3Mo3W2V、65Cr4W3Mo2VNb等是中国研制成功的，前两种制作的热模具，后一种制作的冷模具，使用效果良好。基体钢冷模具的韧性比高速钢的高，耐磨性和抗压强度稍低。 　　'''工具钢的生产''' 工具钢对冶金质量要求较高，一般多用电炉熔炼，纯净度要求更高时可采用电炉冶炼加真空冶炼或电渣重熔。为减少偏析，提高等向性能，钢锭可进行高温扩散退火。热加工时，过共析钢的停锻(轧)温度要低（约800℃）。锻轧成材后应快冷至700℃，以免析出粗大网状碳化物，在700℃以下进行缓冷,以防热应力造成裂纹。对模具钢，压缩比控制在6以上,以保证模具的质量和寿命。对莱氏体型的高碳高铬钢，为了改善共晶碳化物分布的均匀性,加大热加工中的压缩比,能收到很好的效果。大尺寸的钢材最好选用电渣重熔的大钢锭（直径350mm以上），通过较大压缩比,可以获得较高的质量。 　　参考书目 　Ю.А.Геллер,Инсмр埅менмалъныесмали,Металлургия，Москва，1975. 　G.A.Roberts,Tool Steels,ASM,Metals Park，Ohio，1980.




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