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。
合金工具钢的分类
合金工具钢的分类
合金工具钢根据化学成分、用途和工艺性能等因素可以进行不同的分类。
下面是一些常见的合金工具钢分类：
1. 碳工具钢：主要是由碳作为合金元素，含有较高的碳含量，一般在0.60%至1.50%之间。
碳工具钢具有较高的硬度和强度，适用于制造切削工具、冲模和冷模等。
2. 高速工具钢：主要含有较高的碳和钨、钼、钴等合金元素。
高速工具钢具有优异的耐高温、耐磨损性能，适用于制造高速切削工具，如铣刀、麻花钻等。
3. 高硬度合金工具钢：主要含有较高的碳、铬和钼等合金元素。
高硬度合金工具钢具有较高的硬度和耐热性能，适用于制造切削刃和热作模具等。
4. 高温合金工具钢：主要含有较高的铼、钼、钨等合金元素。
高温合金工具钢具有较高的抗高温强度和耐热性能，适用于制造耐高温切削工具和模具等。
5. 不锈钢工具钢：由于不锈钢添加了铬元素，具有良好的耐腐蚀性能，适用于制造一些特殊用途的工具，如医疗器械、食品加工工具等。
需要注意的是，以上仅是合金工具钢的一些常见分类，实际上根据具体的需求和应用场景，合金工具钢可以有更多的分类方式。
合金工具钢
5.4 .1 合金刃具钢
合金刃具钢根据化学成分的不同可 分为低合金工具钢和高速钢。
低合金工具钢 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上 加入少量合金元素以改进其有关性能的 一类钢。
5.4 .1 合金刃具钢
低合金工具钢
成分：钢中加入的合金元素多为铬、锰、
硅、钨、钒等。
铬、锰、硅主要是提高钢的淬透性，同时还 可提高钢的强度 强碳化物形成元素钨、钒加入钢中后，将形 成加热时不溶入奥氏体中的碳化物，因而不能 提高钢的淬透性，而是提高其耐磨性和硬度， 并防止钢在加热时的过热，保持晶粒细化 硅还能提高钢的回火稳定性，使钢淬火后加 热到250~300℃时仍能保持60HRC以上硬度
5.4 .1 合金刃具钢
高速钢
热处理：
高速钢的热处理包括加工前的退火和成形后的淬火回火。
退火工艺有普通退火和等温退火两种，目的不仅是 消除应力、降低硬度，以利于切削加工，同时也为以 后的淬火准备较好的组织。 高速钢刃具所要求的红硬性、硬度、强度及耐磨性 等，只有在正确的淬火及回火后才能获得。
5.4 .1 合金刃具钢
在使用过程中经常与被测工件接，受到 磨损及碰撞，因此，量具应具有高的尺寸稳 定性，其工作部分应有高硬度和耐磨性及足 够的韧性 对于特别精密的量具还要求有良好的耐蚀 性。
1.2 量具钢
量具没有专用钢，一般选用含碳量为0.9％～ 1.5％的过共析钢。 钢中还加入铬、钨、锰等合金元素以提高奥 氏体的稳定性，从而可采用较缓和的冷却介质， 减少热应力引起的变形，同时，它们还降低Ms 点，使残余奥氏体量增加，使钢淬火前后的尺 寸变化减小。 另外，铬、钨、锰为碳化物形成元素，在钢 中形成一定数量的碳化物，可提高钢的耐磨性
5.4 .1 合金刃具钢
第二节 合金工具钢
3、热处理 1）预先热处理—球化退火
由于合金元素高使 临界点升高
T或S
莱氏体（碳化物呈 鱼骨状分布）
M+A'
高速钢铸态组织
S
K
高速钢锻造退火后组织
2）最终热处理 工艺非常特殊——加热温度最高、回火温度最高 （在高硬度范围内）、回火次数最多（三次）。
（1）加热温度
加热温度范围很宽 1000℃~1300℃
热作模具反复受热和冷却，易发生热疲劳而龟裂
2、热作模具的化学成分
碳含量≤0.5%
含碳量较低，保证足够的韧性
常含有Cr、Ni、Mo、Mn等合金元素 增加淬透性，强化铁素体 常用钢号：5CrMnMo（中小型热锻模具）、 5CrNiMo（大型热锻模具）
3、热作模具的热处理 锻造后退火 消除锻造应力； 降低硬度，利于切削加工； 为随后的淬火作组织准备。
3)加工路线
下料→锻造→球化退火 →机加工→淬火+ 低温回火 热处理 淬火加热温度：760℃~780 ℃ 回火温度：180 ℃ ~200 ℃
2、低合金刃具钢 1）含碳量：1%左右 2）合金元素： Cr、Mn、W、V、Si等 提高淬透性和耐磨性（合金渗碳体更耐磨） 3）常用低合金刃具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn
3、冷作模具的热处理 锻造后退火 消除锻造应力； 降低硬度，利于切削加工； 为随后的淬火作组织准备。
淬火及回火
根据使用条件和硬度范围选择回火种类
960~1050
800~830
油淬 250~275 空冷 回火
Cr12MoV的淬火及回火工艺
为了提高模具的耐磨性、抗疲劳能力及减小
变形，延长模具的使用寿命，也可采用渗氮、氮
7．板牙、长丝锥、长铰刀以及一些精密量具（如游标 卡尺、块规等）和形状复杂的冷作模具可以选用（ ） （a）CrWMn （b）T7 （c）45 （d）60Si2Mn
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。
金属材料及热处理：合金工具钢
二、工具钢
工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为 碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。按用途分为刃具 钢、模具钢和量具钢。
刃具钢
（1）切削刃具的工作条件及对性能的要求 车刀工作时主要是承受压应力和弯曲应力，受到很大的机械 磨损。机床的震动，要求刀具有一定的耐冲击性能。连续低速切 削时，要求车刀有高的硬度、耐磨性和适当的弯曲强度，防止刃 部磨钝。连续高速切削时，由于车刀与工件接触，刃部温度会迅 速升高，这就要求车刀有较高的热稳定性（又称热硬性或红硬 性）。
第八章 工业用钢
Industry Steels
在工业用钢中除铁、碳之外，还含有其它元素。分 常存元素；偶存元素；隐存元素和合金元素。常存 元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地 不同（有与铁共存的共生矿混入）及以废钢为原料， 在冶炼及工艺操作时带入钢中，如铜、钛、钒、稀 土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元 素，如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添 加的元素，如铬、镍、钨、钼、钒等。
b）冷作模具钢的成分特点和钢种 高碳高铬模具钢
这类钢主要是指Cr12型冷作模具钢。这类钢由于淬透性好， 淬火变形小，耐磨性好，广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状 复杂的模具。钢号有Cr12、Cr12MoV等。
c）冷作模具钢的热处理 Cr12型钢的预备热处理是球化退火。球化退火的目的是消除 应力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度为HB207~255。退 火组织为球状珠光体+均匀分布的碳化物。 最终热处理：淬火+低温回火
Cr元素在钢中的作用：Cr的加入可提高钢的淬透性，并能形 成碳化物强化相。
V元素在钢中的作用：V与C的亲和力很强，在高速钢中形成碳 化物（VC），它有很高的稳定性，即使淬火温度在1260~1280℃ 时，VC也不会全部溶于奥氏体中。在高温多次回火过程中VC呈弥 散状析出，进一步提高了高速钢的硬度、强度和耐磨性。
合金工具钢、结构钢
华夏模具网——诠释通俗地说，合金工具钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分合金工具钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
合金工具钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
合金工具钢的分合金结构钢方法很多。
按室温下的组织结构分合金结构钢，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相合金工具钢；按主要化学成分分合金结构钢，基本上可分为铬合金工具钢和铬镍合金工具钢两大系统；按用途分则有耐硝酸合金工具钢、耐硫酸合金工具钢、耐海水合金工具钢等等，按耐蚀合金结构钢型分可分为耐点蚀合金工具钢、耐应力腐蚀合金工具钢/o1835.html 合金结构钢、耐晶间腐蚀合金工具钢等；按功能特点分合金结构钢又可分为无磁合金工具钢、易切削合金工具钢、低温合金工具钢、高强度合金工具钢等等。
由于合金工具钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重合金结构钢、轻、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
奥氏体合金工具钢：在常温下具有奥氏体组织的合金工具钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
合金工具钢奥氏体铬镍合金工具钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。
奥氏体合金工具钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。
如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
此合金结构钢钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。
此合金结构钢钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。
高三复习合金工具钢知识点
合金工具钢
【知识要点】
一、合金工具钢的性能与分类
1.合金工具钢的性能特点：硬度、耐磨性、韧性和淬硬性、淬透性比碳素工具钢高。
2.合金工具钢的分类：合金刃（刀）具钢、合金量具钢和合金模具钢
二、合金工具钢种类
【例一】填空题：合金工具钢按用途分为、、。
【解析】此题属于记忆题，旨在考查学生对合金工具钢分类是否熟悉。
【答案】合金刃具钢合金模具钢合金量具钢
【例二】填空题：W18C r4V是钢，当其切削温度高达650℃时，仍能使硬度保持在以上，即具有高的，主要用于制造。
【解析】此题属于理解题，旨在考查学生对高速钢相关知识是否掌握。
【答案】高速钢50HRC 红硬性钻头和车刀。
第4章工具钢
第四章合金工具钢工具钢主要用于制造各种加工工具的钢种。
国家标准〔GB/T221-2000〕把工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。
其中合金工具钢是在碳素工具钢的根底上开展起来的，根据合金元素的多少又可进一步分为低合金工具钢和高合金工具钢。
工具钢在使用性能和工艺性能上也有许多共同的要求。
如高硬度、高耐磨性，刃具假设没有足够的硬度便不能进行切削加工；刃具、模具在应力的作用下，其形状和尺寸都会发生变化而使成形零件的形状和尺寸不符合设计要求；工具钢假设没有良好的耐磨性会使其使用寿命大为下降，并且使加工或成形的零件精度的稳定性降低。
当然不同用途的工具钢也有各自的特殊性能要求。
例如，刃具钢除要求高硬度、高耐磨性外，还要求红硬性及一定的强度和韧性；冷作模具钢在要求高硬度、高耐磨性的同时，还要求有较高的强度和一定的韧性；热作模具钢那么要求高的韧性和耐热疲劳性及一定的硬度和耐磨性；对于量具钢，在要求高硬度、高耐磨性的根底上，还要求高的尺寸稳定性。
工具钢对钢材的纯度要求较高，S、P含量一般严格限制在0.02%~0.03%以下，属于优质钢或高级优质钢。
钢材出厂时，其化学成分、脱碳层、碳化物不均匀程度等均应符合国家标准的有关规定，否那么会影响工具的使用寿命。
必须指出的是，和结构钢一样，一种工具钢也可以兼有几种用途，如T8钢既可以用来制造简单模具，也可以制造量具、木工工具、钳工工具等；9Mn2V既可以用于制作小型冷作模具，也可以制作量规、铰刀等；4Cr5MoSiV既可以用作铝合金压铸模、塑压模，也可以用于制造飞机、火箭等耐400℃~500℃工作温度的结构零件，等等。
4.1 量具刃具用钢合金工具钢按用途可细分为量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、热作模具钢、冷作模具钢、无磁模具钢和塑料模具钢。
本节主要介绍量具刃具用钢。
量具是用来度量工件尺寸的工具，如游标卡尺、块规、塞规及千分尺等。
由于量具在使用过程中经常受到工件的磨擦与碰撞，而量具本身又必须具备非常高的尺寸精确性和恒定性，因此要求量具材料具有高的硬度和高的耐磨性，以保证在长期使用过程中不致被很快磨损而失去其精度；具有高的尺寸稳定性，以保证量具在使用和存放过程中保持其形状和尺寸的恒定；具有一定的抗腐蚀性能和一定的韧性。
合金钢及合金工具钢
有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。
如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低
2、 按钢的金相组织
铁素体钢 Cr17、Cr25、Cr28 奥氏体钢 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13 马氏体钢 3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、
1Cr12WmoV
珠光体钢 15CrMo、12CrMoV
贝氏体钢 12MoVWBSiRE
3、 按钢中S、P杂质含量
a、普通合金钢 S≤0.050% P≤0.045% b、优质合金钢 S≤0.035% P≤0.035% c、高级优质合金钢 S≤0.025% P≤0.025% d、特级优质合金钢 S≤0.015% P≤0.020%
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相 区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着 合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。
如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素
Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3 上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。
如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温
到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
工具钢介绍
工具钢按钢用途的不同可将其分为结构钢、工具钢和特殊性能钢，工具钢均为优质钢，它包括碳素工具钢和合金工具钢两类。
工具钢是专门用于制造各种刃具、模具、量具和手工工具的钢种，它以高硬度、高耐磨性为性能特征。
碳素工具钢的牌号是用汉语拼音“T”代表“碳”加数字表示，数字代表钢平均含碳量的千分之几，如T8，T10，T12分别表示平均含碳量为0.8%，1.0%，1.2%的碳素工具钢。
合金工具钢用一位数字加化学元素符号再加数字的方法表示。
最前面的一位数字代表钢平均含碳量的千分之几，若平均含碳量大于1%则不予标出，合金元素的表示方法与合金结构钢相同。
如9SiCr表示该合金工具钢各元素的平均含量为：0.9%C、1%Si、1%Cr；CrWMn表示该钢含：大于1%C、1%Cr，1%W，1%Mn。
合金结构钢是用两位数字加化学元素符号再加数字的方法表示，最前面的一位数字代表钢平均含碳量的万分之几，元素符号后面的数字表示该元素的平均重量百分比含量，若合金元素的平均重量百分比含量低于1.5%则不予标出，大于1.5%则标为2，大于2.5%则标为3.一、碳素工具钢碳素工具钢的含碳量很高，通常0.65%~1.35%之间，磷、硫杂质的含量分别不得超过0.03%，0.035%，高级优质碳素工具钢的磷、硫杂质含量分别不得超过0.02%和0.03%。
碳素工具钢经淬火、低温回火后具备较高的硬度和耐磨性，但它的淬透性和热硬性比较差。
热硬性又称红硬性，是指工具钢在较高温度下保持高硬度、高耐磨性的能力。
因此，因此碳素工具钢通常只用于制作手工工具和小型、低速、小走刀量的机用工具。
二、合金工具钢合金工具钢是针对碳素工具钢在淬透性和热硬性方面的不足而产生和发展起来的，主要用于制造大型或者高速度切削的刃具、模具、量具等。
合金工具钢的用途和性能要求使得它在成分设计、热处理工艺以及组织结构上都与结构钢截然不同。
（一）刃具钢刃具钢是用于制造各种，比如车车刀、铣刀、钻头等切削工具的钢种。