[科普中國]-工具鋼

介紹

用于制造各種切削刀具，冷、熱變形模 具，量具和其它工具的鋼，統(tǒng)稱為工具鋼。 各種工具鋼既有共同的要求，如硬度高、耐 磨性好和有一定的韌性及強度等，又有各自 的特殊要求，如紅硬性、耐沖擊、尺寸穩(wěn)定 性、抗熱疲勞性和良好的綜合機械性能等。 為了滿足這些不同要求，生產(chǎn)上采用各種不 同成份的工具鋼，并通過恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?來達(dá)到其性能要求

高速工具鋼是一種合金工具鋼，其中含有C，Mn，Si，Cr，V，W，Mo，Co。而它能用來做高速旋轉(zhuǎn)切割工具，能耐磨，耐高溫，就是其中Cr，V，W，Mo得比例比較大，以 W12Cr4V5Co5為例，Cr->3.75%-5%，V->4.5%-5.25%，W->11.75%-13%。其中Cr和V得比例不得低于3%。P和S得含量不得大于0.030%。

合金工具鋼的加工方法主要是壓力加工鋼和切削工具鋼。合金工具鋼種類和多，有冷作，熱作，無磁，塑料模具鋼等等，同時Cr和V得比例不能過低。冷作模具工具鋼的選擇

冷作模具工具鋼的選擇，在實際用途中工具鋼是根據(jù)模具主要失效機理進(jìn)行選擇的。選擇工具鋼僅僅擁有鋼材性能方面的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須考慮生產(chǎn)零件的數(shù)量，被加工材料的類型，厚度及其硬度等因素。選擇工具鋼的一種基本方法是先把除磨損外的其他失效機理全部排除，然后選擇具備最適合耐磨損性的工具鋼，以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)量的要求。1

種類根據(jù)化學(xué)成份不同，常 將工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼、高 速鋼 （實質(zhì)上是高合金工具鋼） 三大類。按 鋼的用途，則可分為刃具鋼、模具鋼、量具 鋼三大類。

碳素工具鋼：碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在0.65-1.35%之間，按其組織屬于亞共析、共析或過共析鋼。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性，心部有較好的韌性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其紅硬性差，當(dāng)工作溫度達(dá)250℃時，鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到HRC60以下、這類鋼的淬透性低。較大的工具不能淬透（水中淬透直徑為15mm），水淬時表面淬硬層與中心部位硬度相差很大。使工具在淬火時易產(chǎn)生變形?；蛐纬闪鸭y此外，其淬火溫度范圍窄，在淬火時應(yīng)嚴(yán)格控制溫度。防止過熱、脫碳和變形。

T7、T7A 亞共析鋼：具有較好的塑性、韌性和強度，以及一定的硬度，能承受震動和沖擊負(fù)荷，但切削能力差。用于制造承受沖擊負(fù)荷不大，且要求具有適當(dāng)硬度和耐磨性，及較好的韌性的工具，如鍛模、鑿子、錘、沖頭、金屬剪切刀、擴孔鉆、鋼印、木工工具、風(fēng)動工具、機床頂尖、鉗工工具、鉆鑿工具、較鈍的外科醫(yī)療用具等。

T8、T8A 共析鋼：淬火加熱時容易過熱，變形也大，塑性和強度比較低，不宜制造承受較大沖擊的工具，但經(jīng)熱處理后有較高的硬度和耐磨性。用于制造切削刃口在工作時不變熱的工具，如木工工具、風(fēng)動工具、鉗工工具、簡單模具、鉚釘沖模、中心孔銃和沖模、切削鋼材用工具、軸承、刀具、鋁錫合金壓鑄板和型芯，以及各類彈簧等。

T8Mn、T8MnA 共析鋼：具有較高的淬透性和硬度，但塑性和強度較低。用于制造斷面較大的木工工具、手鋸鋸條、刻印工具、鉚釘沖模、發(fā)條、帶鋸鋸條、圓盤鋸片、煤礦用鑿、石工用鑿等。

T9、T9A****過共析鋼：具有較高的硬度，但塑性和強度較低。用于制造要求較高硬度且有一定韌性的各種工具，如刻印工具、鉚釘沖模、壓床模、沖頭、木工工具、農(nóng)機切割零件、鑿巖工具和鑄模的分流釘?shù)取?/p>

T10、T10A過共析鋼：晶粒細(xì)，在淬火加熱時（溫度達(dá)800℃）不致過熱，仍能保持細(xì)品粒組織；淬火后鋼中有未溶的過剩碳化物，所以具有比T8、T8A鋼更高的耐磨性，但韌性較低。

用于制造切削刃口在工作時不變熱的工具，不承受沖擊負(fù)荷而具有鋒利刃口和少許韌性的工具，如加工木材用工具、手用橫鋸、手用細(xì)木工具、機用細(xì)木工具、麻花鉆、拉絲模、沖模、冷鐓模、螺絲錐、擴孔刀具、搓絲板、車刀、刨刀、銑刀、貨幣壓模、小尺寸斷面均勻的冷切邊及沖孔模、低精度形狀簡單的卡板、鉗工刮刀、硬巖石鉆子、制鉚釘和釘子用工具、螺絲刀、銼刀、刻紋用鑿子、切紙和煙葉用刀具等。

T11、T11A 過共析鋼：具有較好的綜合力學(xué)性能（如硬度、耐磨性和韌性等），晶粒更細(xì)，在加熱時對晶粒長大和形成碳化物網(wǎng)的敏感性小。用于制造在工作時切削刃口不變熱的工具，如鋸、鏨刀、絲錐、銼刀、刮刀、發(fā)條、儀規(guī)、擴孔鉆、板牙、切煙葉用刀具、尺寸不大和斷面無急劇變化的冷沖模及木工刀具等。 T12、T12A 過共析鋼。由于碳含量高。淬火后仍有較多的過剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韌性低，且淬火變形大。不適于制造切削速度高和受沖擊負(fù)荷的工具。用于制造不受沖擊負(fù)荷，切削速度不高，切削刃口不變熱的工具，如車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、擴孔鉆、絲錐、板牙、刮刀、量規(guī)、刀片、小型沖頭、鋼銼、鋸、發(fā)條、切煙葉用刀具，及斷面尺寸小的冷切邊模和沖口模等。

用于制造不受沖擊負(fù)荷，但要求極高硬度的金屬切削工具，如剃刀、刮刀、拉絲工具、銼刀、刻紋用工具、鉆子，以及堅硬巖石加工用工具和雕刻用工具等。

工具鋼的特性高速工具鋼主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達(dá)HRC63以上，在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。

鑄態(tài)高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物，經(jīng)熱壓力加工后破碎成顆粒狀分布在鋼中，稱為一次碳化物；從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。這些碳化物對高速工具鋼的性能影響很大，特別是二次碳化物，其對鋼的奧氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數(shù)量、類型與鋼的化學(xué)成分有關(guān)，而碳化物的顆粒度和分布則與鋼的變形量有關(guān)。鎢、鉬是高速工具鋼的主要合金元素，對鋼的二次硬化和其他性能起重要作用。鉻對鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，對二次硬化也有一定的作用。釩對鋼的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。

高速工具鋼的淬火溫度很高，接近熔點，其目的是使合金碳化物更多的溶入基體中，使鋼具有更好的二次硬化能力。高速工具鋼淬火后硬度升高，此為第一次硬化，但淬火溫度越高，則回火后的強度和韌性越低。淬火后在350℃以下低溫回火硬度下降在350℃以上溫度回火硬度逐漸提高，至520~580℃范圍內(nèi)回火（化學(xué)成分不同，回火溫度不同）出現(xiàn)第二次硬度高峰，并超過淬火硬度，此為二次硬化。這是高速工具鋼的重要特性。

高速工具鋼除了具有高的硬度、耐磨性、紅硬性等使用性能外，還具有一定的熱塑性、可磨削性等工藝性能。多系高速工具鋼主要合金元素是鎢，不含鉬或含少量鉬。其主要特性是過熱敏感性小，脫碳敏感性小、熱處理和熱加工溫度范圍較寬，但碳化物顆粒粗大，分布均勻性差，影響鋼的韌性和塑性。

鎢鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鎢和鉬。其主要特性是碳化物的顆粒度和分布均優(yōu)于鎢系高速工具鋼，脫碳敏感性和過熱敏感性低于鉬系高速工具鋼，使用性能和工藝性能均較好。

鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鉬，不含鎢或含少量鎢。其主要特性是碳化物顆粒細(xì)，分布均勻、韌性好，但脫碳敏感性和過熱敏感性大、熱加工和熱處理范圍窄。

含鈷高速工具鋼是在通用高速工具鋼的基礎(chǔ)上加入一定量的鈷，可顯著提高鋼的硬度、耐磨性和韌性。

粉末高速工具鋼是用粉末冶金方法產(chǎn)生的。首先用霧化法制取低氧高速工具鋼預(yù)合金粉末，然后用冷、熱靜壓機將粉末壓實成全致密的鋼坯，再經(jīng)鍛、軋成材。粉末高速工具鋼的碳化物細(xì)小、分布均勻，韌性、可磨削性和尺寸穩(wěn)定性等均很好，可生產(chǎn)用鑄錠法個可能產(chǎn)生更高合金元素含量的超硬高速工具鋼。

粉末高速工具鋼可分為3類，第一類是含鈷高速工具鋼，其特點是具有接近硬質(zhì)合金的硬度，而且還具有良好的可鍛性、可加工性、可磨性和強韌性。第二類是無鈷高鎢、鉬、釩超硬高速工具鋼。第三類是超級耐磨高速工具鋼。其硬度不太高，但耐磨性極好，主要用于要求高耐磨并承受沖擊負(fù)荷的工作條件。

工具鋼的熱處理工具鋼的使用壽命與其熱處理的質(zhì)量密切相關(guān)，工具鋼的熱處理特點是預(yù)先熱處理多為球化退火，以 獲得均勻并且粒度適中的球化組織，最終熱 處理則是淬火加低溫回火（高速鋼為淬火加 560℃回火三次），以獲得在回火馬氏體基體 上分布著均勻細(xì)小碳化物的高硬度組織，保 證工具的耐磨性。熱鍛模鋼的熱處理則有所 不同，其預(yù)先熱處理為一段退火，最終熱處 理為淬火加中溫回火或高溫回火，以獲得良 好的綜合機械性能。2