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工具鋼（以制造切削刀具、耐磨工具的鋼）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-20

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工具鋼

本詞條是多義詞，共2個義項

以制造切削刀具、耐磨工具的鋼

工具鋼（Tool steel），是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。工具鋼具有較高的硬度和在高溫下能保持高硬度和紅硬性，以及高的耐磨性和適當(dāng)?shù)捻g性。工具鋼一般分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。

基本信息

中文名	工具鋼
外文名	Tool steel
拼音	gongjugang
定義	用以制造切削刀具耐磨工具的鋼
特點(diǎn)	較高的硬度和較好紅硬性
分類	碳素工具鋼合金工具鋼
學(xué)科	金屬材料

收起

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(qiáng)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(jī)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)臒崽幚砉に噥磉_(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WCrVCo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(jī)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(jī)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。

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。或形成裂紋此外，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(qiáng)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(kuò)孔鉆、鋼印、木工工具、風(fēng)動工具、機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)切割零件、鑿巖工具和鑄模的分流釘?shù)取?/span>

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(jī)用細(xì)木工具、麻花鉆、拉絲模、沖模、冷鐓模、螺絲錐、擴(kuò)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。

工具鋼

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(kuò)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(kuò)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。

特性

高速工具鋼

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(qiáng)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(diǎn)，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(qiáng)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(jī)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(diǎn)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(qiáng)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。

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(diǎn)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(jī)械性能。

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