工具钢
工具钢化学成分
工具钢化学成分一、工具钢化学成分的含义工具钢是一种具有较高硬度、耐磨性和强度的钢材，适用于制造各种切削工具、冲压模具和机械零部件等。
工具钢的化学成分是指其合金元素的含量，包括碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、钛(Ti)等。
二、常见元素及其影响1. 碳(C)：碳是工具钢中最重要的元素之一，它能够增加钢的硬度和强度。
适量的碳含量可以提高工具钢的切削性和耐磨性，但过高的碳含量会导致脆性增加，影响钢的韧性。
2. 硅(Si)：硅是一种强化元素，能够提高工具钢的强度和硬度。
适量的硅含量可以改善工具钢的热加工性能和耐热性能，但过高的硅含量会降低钢的塑性和韧性。
3. 锰(Mn)：锰是一种强化元素，能够增加工具钢的强度和韧性。
适量的锰含量可以提高工具钢的耐磨性和冲击韧性，但过高的锰含量会降低钢的切削性能。
4. 硫(S)：硫是一种有害元素，会增加工具钢的脆性和热裂敏感性。
因此，工具钢中通常要求硫含量较低，以提高钢的塑性和韧性。
5. 磷(P)：磷是一种杂质元素，会降低工具钢的塑性和韧性。
因此，工具钢中通常要求磷含量较低，以提高钢的强度和韧性。
6. 铬(Cr)：铬是一种重要的合金元素，能够提高工具钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
适量的铬含量可以提高工具钢的切削性能和耐磨性，但过高的铬含量会降低钢的韧性。
7. 钼(Mo)：钼是一种重要的合金元素，能够提高工具钢的硬度、强度和耐磨性。
适量的钼含量可以改善工具钢的高温强度和热稳定性，但过高的钼含量会增加工具钢的成本。
8. 钒(V)：钒是一种重要的合金元素，能够提高工具钢的硬度和强度。
适量的钒含量可以改善工具钢的切削性能和耐磨性，但过高的钒含量会降低钢的冲击韧性。
9. 钛(Ti)：钛是一种强化元素，能够提高工具钢的硬度和强度。
适量的钛含量可以改善工具钢的切削性能和耐蚀性，但过高的钛含量会降低钢的韧性。
三、合理的化学成分设计工具钢的化学成分需要根据具体应用来进行设计。
第五节 合金工具钢与高速工具钢
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。
目前国内最常用的工具钢型号
目前国内最常用的工具钢型号工具钢是一类用于制造各种工具的特殊钢材。
它具有高硬度、高强度、良好的耐磨性和耐蚀性等优点，被广泛应用于制造切削工具、冲压模具、测量工具、装配工具等各种工具中。
在国内，有许多不同的工具钢型号被广泛使用，下面将介绍几种目前国内最常用的工具钢型号。
1. Cr12MoVCr12MoV是一种具有优良切削性、高硬度和良好的耐磨性的高碳高铬不锈工具钢。
它具有很好的冷热工作硬化能力和高耐磨性，适用于制造各种冷冲模具、热冲模具、冷切削模具等工具。
Cr12MoV工具钢具有较高的耐磨性和硬度，能够适应高负荷和高强度工作环境。
2. 9CrWMn9CrWMn是一种具有高硬度、高强度、高耐磨性和高韧性的工具钢。
它具有良好的耐蚀性和切削性能，适用于制造冷切削刀具、弯刀、冲头等工具。
9CrWMn工具钢具有较好的切削性能和耐磨性，能够在高速切削和高负荷切削中保持稳定的性能。
3. 4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV1是一种具有优异的耐磨性、高硬度和高温强度的冷作模具钢。
它具有良好的耐热性和耐蚀性，适用于制造冷压模具、热压模具、挤压模具等工具。
4Cr5MoSiV1工具钢具有较高的硬度和热稳定性，能够在高温和高压力环境下保持稳定的性能。
4. 5CrMnMo5CrMnMo是一种具有高硬度、高韧性和高耐磨性的热作模具钢。
它具有良好的热稳定性和耐蚀性，适用于制造热切削刀具、热冲模具、热冲压模具等工具。
5CrMnMo工具钢具有较高的强度和耐磨性，能够在高温和高压力环境下保持稳定的性能。
5. 3Cr2W8V3Cr2W8V是一种具有高硬度、高强度和高耐磨性的冷作模具钢。
它具有良好的耐热性和耐蚀性，适用于制造冷压模具、冲头、冷切削刀具等工具。
3Cr2W8V 工具钢具有较高的硬度和切削性能，能够在冷切削和冲压中保持稳定的性能。
以上是目前国内最常用的几种工具钢型号，它们具有不同的优点和适用范围，能够满足各种不同工具的制造需求。
简述合金工具钢的定义及分类
简述合金工具钢的定义及分类
合金工具钢是一种通过在普通碳钢中添加合金元素来提高其硬度、韧性和耐磨性的特殊钢材。
它广泛应用于切削、冲击、形成、挤压等工具制造领域。
根据合金元素的不同，合金工具钢可以分为以下几类：
1. 碳钢合金工具钢
碳钢合金工具钢是通过在普通碳钢中添加少量合金元素（如硅、锰、铬等）来提高其性能的钢材。
这类工具钢具有较好的强度和韧性，适用于制作一些不要求太高硬度的切削工具。
2. 高速钢
高速钢是一种通过添加合金元素（如钨、钼、钴等）来提高其耐热性和硬度的工具钢。
它具有良好的切削性能和耐磨性，适用于制作高速切削工具，如铣刀、钻头等。
3. 热工具钢
热工具钢是一种通过在普通碳钢中添加合金元素（如钼、钴、钛等）来提高其高温强度和耐热性的工具钢。
它具有较高的硬度和耐磨性，在高温下仍能保持较好的刚性，适用于制作热模具、压铸模具等。
4. 特殊合金工具钢
特殊合金工具钢是指通过添加特殊的合金元素来满足特定工具制造需
求的工具钢。
它们具有特殊的性能特点，适用于特定的工具制造领域，如不锈钢刀具、冷作模具等。
工具钢
工具钢基本概念：工具钢是指用于制造切削工具、量具、模具及抗高温软化弹簧、各类轴承和一些耐磨零件等的钢。
通常分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。
工具钢的特性工具钢具有良好的强度、韧性、硬度、耐磨性和回火稳定性等性能。
主要用于制造各种切削刀具、成形工具和测量工具。
(1)硬度工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度，如用于金属切削加工的工具一般在HRC60以上，工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
碳素工具钢和合金工具钢一般在180℃-250℃、高速工具钢在600℃左右的工作温度下，仍能保持较高的硬度。
红硬性对热变形模具和高速切削刀具用钢是非常重要的性能。
(2)耐磨性工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。
工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变。
(3)强度和韧性工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
(4)其他性能由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性能、导热性和耐腐蚀性能等。
工具钢除了具有上述使用性能外，还应具有良好的工艺性能。
(1)加工性工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造和使用。
钢的加工性取决于化学成分、组织和质量。
(2)淬火温度范围工具钢的淬火温度范围应足够宽，以减少过热的可能性。
(3)淬硬性和淬透性淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。
淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。
淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。
淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求。
(4)脱碳敏感性工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。
在相同的加热条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
适合做刀具的钢材型号
适合做刀具的钢材型号很多，本文将为您详细介绍其中一些：1. AISI-1095：这是一种常用的中碳钢，拥有良好的耐磨性和韧性，常被用于制作各种切削刀具。
2. M2：这是一种高碳高速钢，具有很高的硬度和耐磨性，同时保持了良好的韧性，常被用于制作精密切削刀具。
3. 65Mn：这是一种弹簧钢，具有出色的韧性和耐磨性，常被用于制作切削刃、刀具夹具、弹簧和轴等。
4. 440C：这是一种高碳钢，具有优良的耐磨性和韧性，常被用于制作各种切割工具。
5. D2：这是一种高硬度的工具钢，具有很高的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高精度的模具和刀具。
6. Crucible CPM-10V：这是一种高硬度的工具钢，具有出色的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高强度的刀具和模具。
7. Crucible CPM-3V：这是一种高硬度的工具钢，具有出色的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高强度的刀具和模具。
8. Crucible CPM-4V：这是一种高硬度的工具钢，具有出色的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高强度的刀具和模具。
9. Crucible CPM-15V：这是一种高硬度的工具钢，具有出色的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高强度的刀具和模具。
10. Crucible CPM-30V：这是一种高硬度的工具钢，具有出色的耐磨性和韧性，常被用于制作各种高强度的刀具和模具。
除了上述钢材，还有一些特殊的钢材型号也常被用于制作刀具，比如不锈钢和大马士革钢等。
其中，不锈钢是用碳钢添加铬以抵抗腐蚀，常用的有400、154CM、AUS、VG、CTS、MoV、Sandvik和CrucibleSxxV 系列等；大马士革钢则是一种极其耐用和美观的钢材，常被用于制作高级刀具。
在选择制作刀具的钢材型号时，我们需要根据具体的应用需求来确定最适合的材料类型。
例如，如果需要制作耐磨性和韧性都很高的刀具，可以选择高硬度的高速钢；如果需要制作具有高硬度和优良边缘保持性的刀具，可以选择工具钢等。
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬1、碳素工具钢碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。
用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。
常温硬度60～64HRC。
当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。
碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。
2、合金工具钢为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。
常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。
合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。
但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。
因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。
3、高速钢高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。
高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。
高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。
高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。
拉刀、齿轮刀具等。
高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。
1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。
常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。
② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。
因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。
2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。
工具钢材料参数
工具钢材料参数
工具钢是一种用于制造工具、模具等工业用途的特种钢材。
与普通钢材相比，工具钢具有更高的硬度、韧性、耐磨性和耐热性，因此在工业生产中广泛应用。
工具钢的材料参数包括以下几个方面：
1. 化学成分：工具钢的化学成分对其性能有着重要的影响。
一般来说，工具钢的碳含量在0.5%~
2.5%之间，同时还含有其他合金元素，如钼、钴、镍、铬等。
2. 硬度：工具钢的硬度是其最主要的性能指标之一。
硬度越高，表明钢材的抗压强度越高，在使用中能更好地抵抗磨损和变形。
一般来说，工具钢的硬度在50~65 HRC之间。
3. 韧性：工具钢的韧性是指其抵抗断裂的能力。
由于工具钢在使用中经常受到冲击、振动等影响，因此其韧性也是一个非常重要的参数。
一般来说，工具钢的韧性指标为akv（吸收冲击功）值，其数值应在10~20J之间。
4. 耐磨性：工具钢的耐磨性是指其抵抗磨损的能力。
一般来说，工具钢的耐磨性与硬度密切相关，硬度越高，耐磨性越好。
5. 耐热性：工具钢的耐热性是指其在高温下的稳定性能。
由于工具钢在高温环境下容易发生变形或破裂，因此其耐热性也是一个非常重要的参数。
一般来说，工具钢的耐热性指标为高温下的硬度保持率，其数值应在50%以上。
以上是工具钢的一些重要材料参数，不同类型的工具钢在这些参
数上也会有所不同，根据具体使用需求选择合适的工具钢材料非常重要。
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高的含碳量保证了钢的高硬度及形成足够的合金 碳化物，耐磨性高。同时钢中常加入Cr、W、Si、Mn、 V等合金元素，大大提高了钢的淬透性和回火抗力，并 细化了晶粒。
板牙 丝锥 例：9SiCr相当于T9+1.2～1.6%Si+0.95～1.25%Cr,
其淬透性好，油淬透直径达40～50mm； 碳化物(Fe,Cr)3C使马氏体组织细化，使其强韧性 得到提高； 同时加入Si后其回火稳定性提高，钢在(250～ 300℃)仍能保持60HRC以上。
图片3
回火工艺曲线
2.模具钢
(1) 冷作模具钢
工作条件
在常温下工作，摩擦面大，摩擦力大同时还受 到弯曲力和冲击力的作用。主要的失效破坏形 式为磨损、变形和开裂。 性能要求 高的耐磨性，高的强韧性，淬透性高，热处 理变形应尽可能小。
钢种选择
1) 碳素工具钢和低合金工具钢 如T8A、T12A、9CrSi、Cr6WV等碳素和低合金 工具钢可用作尺寸较小，形状简单且工作负荷 不太大的模具
化学成分特点和热处理特点
碳含量：0.90～1.50% 合金元素：Cr、W、Mn 淬火回火后得到稳定均匀的马氏体组织
例CrWMn制作块规的工艺路线：
锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→ 回火→粗磨→低温时效→精磨→去应力回火 →研磨
时效处理：120～130℃，保温几～几十小时，使M、 A
残稳定，消除内应力。
第一节
工具钢
◆主要用于制造各种加工和测量工具的钢, 称工具钢。按其用途分为刃具、量具和模具用 钢，按成分不同也可分为碳素工具钢、低合金 工具钢及高合金工具钢。 ◆化学成分 较高的含碳量（0.7-1.3%）； 常加入合金元素Cr、W、Mo、V等。 ◆合金元素的主要作用
1、刃具钢
性能要求
(1)高硬度、高耐磨性：一般其硬度为60HRC，应 远远大于工件硬度并保证强化相数量多，分布均 匀且稳定。
常加入Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素。
热作模具钢的工艺特点
◆热作模具钢必须经过反复锻造使碳化物均匀分 布。 ◆锻后退火以消除应力，降低硬度（197～241） ＨＢ，以便于切削加工。 ◆ 最终热处理为：淬火+高温（或中温）回火 组织：回火索氏体（或回火屈氏体）。
具有良好的综合机械性能及热疲劳抗力。
碳素工具钢的热处理工艺
预备热处理：在机加工之前进行正火及球化 退火（T8钢则可完全退火） 组织为珠光体＋细小均布的粒状渗碳体Байду номын сангаас硬 度HB<217。 最终热处理：淬火（780℃）＋低温回火 （180℃） 组织为M回＋粒状渗碳体＋少量A残（2～8%）， 硬度达60～65HRC。
(2)
低合金工具钢
注意：回火温度应稍高于模面工作温度
3.量具钢
•用于测量工具的钢，如卡尺、千分尺、块规 及塞规等，主要性能要求如下： •高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性 常用的量具通常采用碳素工具钢，低合 金工具钢，轴承钢等制作。
简单量具 —— T10A、T12A 等。
高精度量具 —— GCr15、CrWMn 等。
（3）高速钢
例:盘形齿轮铣刀
选材: W18Cr4V
元素作用分析:碳(0.7-0.8%)，钨，铬，钒(1-1.4%) 工艺路线:下料→锻造→球化退火→机加工 →淬火+多次回火→喷丸→磨削 锻造工序分析: 球化退火作用分析: 淬火回火工艺分析:
图片1
图片2
500× W18cr4V球化退火后的组织
2)高碳高铬钢
指Cr12型冷作模具钢，如Cr12 、 Cr12MoV等。 其成分中含碳(1.4～2.3)%、含铬(11～12)%。 另外有些钢还加入少量的Mo(0.4-0.6%)、 V(0.15-0.3%)等合金元素。
Cr12MoV钢加工冲孔落料模的工艺路线：
下料→锻造→退火→机加工→淬火+回火→磨削
(2)高的红硬性：红硬性是指钢在高温仍能保 持足够高的硬度的特性。
(3)一定的强韧性：为保证刃具在工作中受到拉压 弯扭和冲击等作用时不折断，不崩刃，刃具具有 一定的韧性是必须的。
(1)
碳素工具钢
常用的碳素工具钢有T8、T10、T12、 T8A等。碳素工具钢满足一般工具加工条 件，其价格便宜，耐磨及加工性好。其中 含碳量越高，则碳化物越多，耐磨性越好， 但韧性变差。 碳素刃具钢红硬性差（刃部温度大于 250℃，其硬度耐磨性即显著降低），且 淬透性差。故其一般只用于手工工具，低 速或小走刀量的机用工具和小尺寸模具、 量具，也只能用于加工低硬度材料。
（2）热作模具钢
工作条件：
反复受热和冷却，热态下受到摩擦、冲击作 用。
性能要求： ①要求在较高的工作温度下具有良好的强韧 性； ②抗热疲劳性好； ③良好的导热性和淬透性。
常用热作模具钢
常用的热模钢有5CrMnMo及5CrNiMo；对 压铸模常用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等。
含碳量：(0.3～0.6)%，保证了淬火高温 回火后钢材的硬度和韧性；
热处理工艺：
（１）预备热处理：球化退火 •目的：消除应力，降低硬度以便于切削加工。退火硬度为 (207～255)ＨＢ • 组织：球状珠光体+均匀分布碳化物 （２）最终热处理：淬火+低温回火 •组织：M回＋弥散粒状碳化物＋少量A残。 •除此之外，高速钢由于其优异的工艺和使用性能，也是很好的 高档冷作模具用钢
最终组织 —— 回火M + 碳化物 +
少量A
残
淬火回火工艺
℃ 1100～1150℃
960～1050℃
800～830℃
油淬
510～520℃回火三次 250～275℃ 回火 60～62 HRC
空冷
58～60 HRC
Cr12MoV的淬火回火工艺
（h）