ASTM A681合金工具钢标准规范(确认版)

ASTM编号：A681-2008

合金工具钢的标准规范

本标准以固定编号A681发布。紧跟在该编号之后的数字表示最初批准的年份，如有修订，则表示最近修订的年份。圆括号的数字表示最近重新确认的年份。上标（ ）表示最近修订或重新确认以来编辑上的变化。

1 范围

1.1 本规范适用于各种可加工合金工具钢产品的化学成分、机械性能和物理性能要求。1.2 包括热精整或冷精整的棒材、中厚板、薄板、带材、线材、丝材和锻件的这些产品，

通常都制成工具、模具或夹具。特殊用途材料的选择取决于设计、使用条件和所要求的性能。

1.3 以英寸-磅单位表示的数值作为标准。括号中所给出的数值仅供参考。

2 引用标准

2.1 ASTM标准：

A370 钢产品的力学试验方法和定义

A561 工具钢棒材的低倍浸蚀试验规程

A600 高速工具钢规范

A700 钢产品的国内运输包装、标志和装载方式规程

E3 金相试样的制备方法

E30 钢、铸铁、平炉铁和熟铁的化学分析方法

E45 钢中夹杂物含量的测定方法

E59 钢和铁化学成分测定的取样规程

E527 金属和合金的统一编号系统（UNS）

2.2 军用标准：

MIL-STD-163 钢轧制产品的运输和贮存准备

2.3 联邦标准：

Fed. Std. No. 123 标志和装运（民用部门）

Fed. Std. No. 183 钢铁产品的连续识别标志

3 分类

3.1 符合本规范的材料按化学成分分类。类型分别对应于AISI牌号。

3.1.1 热作工具钢，以H表示：

3.1.1.1 牌号H10到H19的特点在于控制铬和其它合金元素的含量。含钼的头四个钢具有

良好的韧性和高的淬透性，常用于在较高硬度水平下要求韧性的冷作用途。

3.1.1.2 牌号H21到H26的特点在于控制钨和其它合金元素的含量。这些钢在高温使用条

件下具有较大的抗软化作用的能力，但韧性较低。

3.1.1.3 H41到H43是钼系高速钢的低碳改进型，具有类似于钨系钢的特点。

注1：高速工具钢包括在规范A600之中。

3.1.2 冷作工具钢，用A表示—牌号A2到A10的碳及合金含量范围很宽，但全都具有高

的淬透性，并可以空淬。低碳型A8和A9的耐磨性较低，但比这一组中其它钢的韧性都高。高碳高钒型A7具有极高的耐磨性，但是韧性水平非常低。

3.1.3 冷作工具钢，用D表示—牌号D2到D7的特点在于高碳高铬含量，并显示出高的耐

磨性。含钼型可以空淬，在热处理时具有高度的尺寸稳定性。

3.1.4 冷作工具钢，用O表示—牌号O1到O7是必须以油淬硬的低合金型，横截面大于2

英寸（50mm）尺寸时，通常显示出较低的内部硬度。

3.1.5 耐冲击钢，用S表示—牌号S1到S7的合金含量各有不同，但都用于耐冲击用途。

3.1.6 特殊用途工具钢，用L表示—牌号L2到L6都是碳含量范围宽的低合金钢。低碳型

通常作为要求有良好韧性水平的结构用途，而高碳型用于短期使用的工具。

3.1.7 特殊用途钢，用F表示—牌号F1到F2是具有不同钨含量的高碳钢，主要用于较短

期使用的锋利切削工具。

3.1.8 模具钢，用P表示：

3.1.8.1 牌号P2到P6是碳含量很低的钢，在机加工或压制成阴模后必须渗碳。

3.1.8.2 牌号P20到P21通常以预硬状态供货，经机加工后可直接使用。

4 订货内容

4.1 按本规范订货的材料的订单应包括下列内容，按要求适当说明所需要的材料：

4.1.1 材料类别（如热作工具钢等），

4.1.2 牌号（如H11，D2等），

4.1.3 形状（薄板、带材、中厚板、扁棒、圆棒、方棒、六角棒、八角钢、特殊形状），4.1.4 尺寸（厚度、宽度、直径、长度），

4.1.5 精整（热轧、锻造、喷丸或酸洗、冷拔、机加工、研磨、精密研磨和抛光），

4.1.6 状态（退火、淬火和回火等），

4.1.7 ASTM编号和发布年份。

4.1.8 特殊要求

5 材料和制造

除另有规定外，本规范所包括的材料应采用电炉冶炼方法生产。这些材料应由具有确保适当细化铸锭组织的那种方式和那样的程度的压下量的钢锭生产。

6 化学成分

6.1 生产厂应对每炉钢进行分析，测定所规定的元素百分比，并且这些数值应符合表1中

所规定的化学成分要求。如有需要或要求，应将化学成分报告买方或其代理人。

6.2 分析也可由买方按照最近发布的E59方法，通过车削全截面或在心部与表面之间中点

的任意点上平行于棒材或锻件轴线钻取的方法，在成品棒材或锻件上进行。钻屑的化学成分应按最近发布的E30方法测定。这样测定的化学成分应不超过表1中规定的范围。

7 硬度要求

7.1 退火硬度值应按照最近发布的A370试验方法和说明测得，硬度值不超过表2中规定的

布氏硬度值（或等效洛氏硬度值）。

7.2 测定最低淬火硬度的试样应是能代表全截面或材料心部和外表面之间部位1/2处的1/4

英寸（6.4mm）厚的圆切片。如果材料的形状或尺寸不适合于在1/4英寸厚的横截面圆片上测定精确的硬度，也可以采用纵向试样来做硬度试验。例如直径小于1/2英寸

(12.7mm)的圆棒或薄板。在这种情况下，试样应具有不小于3英寸(76mm)的长度，并

且平行平面应在原始轧制表面上研磨而成。试样应按表3中的规定热处理。

7.2.1 在规定的热处理之后试样硬度应满足表3中特定类型的钢的最小硬度值。在有可能的

条件下，应采用洛氏硬度试验，但在薄试样上可以采用轻载荷试验。这些试验应由供需双方协商确定。硬度值应按最新发布的A370方法和说明测得，并且应是取自横截面试样最大尺寸处中心和外表面之间部分，或沿纵向试样平行表面上的至少5个读数的平均值。

8 低倍组织

8.1 检查低倍组织用的试样应代表退火态全横截面区域，并应按最近发布的A561方法制

备。按本规范提供材料的组织应无严重疏松、偏析、夹渣、非金属夹杂物、缩孔、发纹、裂纹和其它有害缺陷。

8.2 按A561方法用图片显示的中心疏松和锭型偏析的低倍浸蚀严重程度，应不超过表4

中相应材料尺寸和成分的评级范围。要求更严格时可由供需双方协商确定。

9 脱碳

9.1 用于检查脱碳的试样应代表材料的横截面，并按最近发布的E3方法制备。按本规范提

供的材料，在放大20倍或更大倍数时，应不超出表5到8中给出的材料相应尺寸和形状的数值。脱碳的下限可由供需双方协商规定。

9.2 按磨削和抛光或精磨或精车订货的材料，应无氧化皮和脱碳层。

10 允许尺寸偏差

允许尺寸偏差应不超过表9到28中所规定的适用范围。

11 工艺质量、表面光洁度和外观

所有合金工具钢都应无严重氧化皮、深的凹坑、折叠、疏松、有害的偏析、过多的非金属夹杂物、接缝、裂纹、发纹、划伤、氧化皮痕迹、结疤、软点和硬点、缩孔或对去除推荐的毛坯公差后的材料的适用性可能有不利影响的任何缺陷。

12 取样

按类型、尺寸和形状装货的一炉钢的每次交货应作为一批考虑，且必须符合本规范的规定。

13 检验

13.1 除非在合同或订单中另有规定，供方要负责进行这里规定的所有检验要求。供方可利

用自己的设备或买方认可的任何其他设备。

13.2 当订单中有规定时，代表需方的检验人员可进入待检验材料的现场，以便目睹试料选

择、试片制备和这些试验的进行。对于这样的试验，该检验员有权从将要选取的试样上指定试片。另外，供方应向需方或其代表报告按本规范所做的化学分析、物理和力学性能试验结果。

13.3 为确保供货和使用符合规定的要求，需方可以在已接收的材料上有必要检验的地方进

行本规范中所述的任何一项检验。

14 拒收和复审

14.1 除非另有规定，任何以按照本规范所做的试验为基础的拒收，都应在从收到材料之日

起的30天内报告供方。

14.2 由需方随后验收时显示出有害缺陷的材料应予拒收，并通知供方。

14.3 按本规范进行试验的代表拒收材料的试样，应从提出试验报告之日起保存30天。对

试验结果有争议时，在这段时间内供方可以提出复审要求。

15 包装、装货和包装标志

15.1 包装和装货

15.1.1 除非另有规定，装运应按A700方法进行包装和装货。

15.1.2 当合同或订单中有规定，且由政府直接采购或直接装运给政府时，如规定为A级，

则贮存、包装和装载应符合MIL-STD-163的A级要求。

15.2 标志

15.2.1 装运应正确标志出生产厂名称或商标、需方名称、订单号、规范编号（ASTM A681）、

炉号、钢种或牌号，并在合适的地方标出尺寸、长度和重量。除非另有规定，标志方法由生产厂任意选择。

15.2.2 当合同或订单中有规定时，且由政府直接采购或直接装运给政府时，除合同和订单

规定的任何要求外，装运标志对于军事部门应符合MIL-STD-163，对于民用部门应符合Fed. Std. No. 123的规定。

15.2.3 对于由国防部供应局为政府采购时，钢材应按Fed. Std. No. 183连续标志，以便识别。

16 关键词

合金冷作工具钢脱碳硬度热作工具钢低倍组织工具钢

补充要求

只有当需方在材料询单、合同和订单中有规定时，才应采用一项或多项下列补充要求。这些补充要求的细节应由供需双方协商决定。

S1 超声波检验质量

当供需双方协商一致时，材料应在合适的制造阶段进行超声波检验，以保证质量。

S2 纯洁度

S2.1 在某些特殊情况下，比如零件表面光洁度要求具有最佳抛光特性时，钢的纯洁度应按最近发布的E45方法判定。允许范围应由供需双方协定。

表1 化学成分要求，%A

化学成分范围包括产品分析偏差。除另有规定外，对于所有钢号，镍+铜含量最大为0.75%。B新编号按E527和SAEJ1086方法确定。

C对于加硫的H13钢，锰的范围最大为1.0%。

D有规定时，硫含量可以达到0.06-0.15%，以改善切削加工性。

E可以获得不同的碳范围。

F还含有1.05-1.25%铝。

表2 退火或冷拔状态退火硬度值

A

表3 热处理要求

注1—奥氏体化温度仅对淬火试验而规定，对特殊用途可采用其他奥氏体化温度和回火温度组合。

注2—预热温度范围可以为±25℉（±14℃），但奥氏体化和回火温度应为±10℉（±5.6℃）。如果试样在盐浴炉中奥氏体化，试样在奥氏体化温度下应取所给的最短时间。如果采用控制气氛炉，试样在奥氏体化温度下保持5-15分钟（对D类钢为10-20分钟）。时间是指试样达到奥氏体化温度之后保持的时间。之所以给出这个时间范围，是因为某类型的钢在控制气氛炉中难于测定试样达到的温度。

注3—这些钢在400℉（204℃）回火应一次回火2h；在950℉（510℃）、1025℉（552℃）或1200℉（649℃）回火时，应是每个周期2h的两次回火。

注4—P类钢号不应作热处理试验，因为P2到P6在渗碳状态下使用，而P20通常以预硬化状态供货。

注5—7.2中所述及的试样在采用所规定的热处理参数时，应达到最低硬度。

表4 低倍浸蚀标准

A

参照A561方法中的低倍照片。

B低合金工具钢包括H10-13、A2-6、A8-10、A11，O、S、L、F和P型钢。C高合金工具钢包括H14-43、D2-7和A7。

表5 最大脱碳层深度

（圆钢、六角钢和八角钢的每边最大脱碳层深度）

表8 最大脱碳层深度

（冷拉方钢和扁钢每边最大深度）

25%

注1—热处理前推荐的机加工余量比最大允许脱碳深度大

表10 锻棒

（圆钢、方钢、八角钢、倒圆八角钢、六角钢的尺寸公差）A

A

（尺寸公差）A

＞

～≤

＞～≤

＞

＞

～≤255.6)

B所有尺寸的大尺寸公差和脱碳层深度，请与生产厂协商。

表12 冷拔棒材

（圆钢、八角钢、倒圆八角钢、六角钢的尺寸公差）A

～≤

A

表13 无心研磨圆棒

A

～≤

＞～≤

A

表14 热轧扁钢

宽度和厚度公差

A

＞～≤

表15 锻造扁钢

表16 冷拔方钢和扁钢

＞

～≤

(>38.1)

表17 抛光或磨光圆钻杆

尺寸公差A

表18 冷拔非圆钻杆

A

＞～≤

～≤

A

表19 精密研磨方钢和扁钢

（厚度和宽度公差）

～≤

＞

表20 热轧或锻造棒材和钢坯