合金工具鋼，是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。

應(yīng)用廣泛

　　合金工具鋼廣泛用作刃具、冷、熱變形和量具，也可用于制作采油機(jī)燃料泵的活塞、閥門、閥座以及燃料閥噴嘴等。

按用途分類

　　合金工具鋼的淬硬性、淬透性耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0080%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.35%~0.70%）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC50~55,但韌性良好。

（一）刃具用鋼

　　 刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱，還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。刃具用鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度，滿足形成合金碳化物的需要，   

     鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.80%~1.45%。鉻是這類鋼的主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.50%~1.70%，有的鋼還含有鎢，以提高切削金屬的性能。這類工具鋼因含有合金元素，因此淬透性比碳素工具鋼好，產(chǎn)生的變形小，具有高的硬度和耐磨性。常用的鋼類有鉻鋼、硅鉻鋼和鉻鎢錳鋼等?！　?/p>

[應(yīng)用場(chǎng)合]：主要用于制造低速切削刃具（如木工工具、鉗工工具、鉆頭、銑刀、拉刀等）及測(cè)量工具（如卡尺、千分尺、塊規(guī)、樣板等）。量具刃具鋼要求具有高硬度（62～65HRC）、高耐磨性、足夠的強(qiáng)韌性、高的熱硬性（即刃具在高溫時(shí)仍能保持高的硬度）；為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，要求量具刃具鋼具有良好的尺寸穩(wěn)定性?！　?/p>

[化學(xué)成分]： 量具刃具鋼具有高碳成分，wC=0.8%～1.50%，以保證高的硬度和耐磨性。加入的合金元素有Cr、Si、Mn、W等，用以提高鋼的淬透性、耐回火性、熱硬性和耐磨性?！　?/p>

[常用刃具鋼]： 9SiCr是應(yīng)用廣泛的刃具鋼，用于制作要求變形小的各種薄刃低速切削刃具，如板牙、絲錐、鉸刀等?！　?/p>

[常用量具鋼]：高精度量具（如塊規(guī)）可采用Cr2、CrWMn等量具刃具鋼制造，也可用軸承鋼（如GCr15）制造；簡單量具(如卡尺、樣板、直尺、量規(guī)等)多用碳素工具鋼（如T10A）；要求精密并須防止腐蝕的量具，采用不銹鋼3Cr13、9Cr18?！　?/p>

[熱處理]：量具刃具鋼的預(yù)先熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火加低溫回火，熱處理后硬度達(dá)60～65HRC。高精度量具在淬火后可進(jìn)行冷處理，以減少殘余奧氏體量，從而增加其尺寸穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性，淬火回火后，還可進(jìn)行時(shí)效處理。

（二）模具鋼

模具大致可分為冷作模具、熱作模具和塑料模具3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。　　

冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

[應(yīng)用場(chǎng)合]：冷作模具用于冷態(tài)下（工作溫度低于200～300℃）金屬的成形加工，如冷沖模、冷擠壓模、剪切模等。這類模具承受很大的壓力、強(qiáng)烈的摩擦和一定的沖擊，因此，要求具有高硬度、耐磨性和足夠的韌性。此外，形狀復(fù)雜、精密、大型的模具還要求具有較高的淬透性和小的熱處理變形?！　?/p>

[化學(xué)成分]：冷作模具鋼一般具有高的含碳量，wC=1.0%～2.0%，以獲得高硬度和高耐磨性。加入合金元素Cr、Mo、W、V等，以提高耐磨性、淬透性和耐回火性。　　

[常用冷作模具鋼]：Crl2型鋼包括Cr12、Cr12MoV等，這類鋼的淬透性及耐磨性好，熱處理變形小，常用于大型冷作模具。其中Crl2MoV鋼除耐磨性不及Cr12鋼外，強(qiáng)度、韌性都較好，應(yīng)用最廣。尺寸較小的冷作模具可選用低合金冷作模具鋼CrWMn等，也可采用刃具鋼9SiCr或軸承鋼GCr15?！　?/p>

[熱處理]：Crl2型鋼屬于萊氏體鋼，加工前應(yīng)進(jìn)行反復(fù)鍛打并退火。Cr12型鋼的最終熱處理一般為淬火和回火，獲回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體組織，硬度為 60～64HRC?！　?/p>

熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30% ~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。

[應(yīng)用場(chǎng)合]：熱作模具用于熱態(tài)金屬的成形式加工，如熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模等。熱作模具工作時(shí)受到比較高的沖擊載荷，同時(shí)模腔表面要與熾熱金屬接觸并發(fā)生摩擦，局部溫度可達(dá)500℃以上，并且還要不斷反復(fù)受熱與冷卻，常因熱疲勞而使模腔表面龜裂，故要求熱作模具鋼在高溫下具有較高的綜合力學(xué)性能及良好的耐熱疲勞性。此外，必須具有足夠的淬透性?！　?/p>

[化學(xué)成分]：熱作模具鋼為中碳成分，wC=0.3%～0.6%，以獲得綜合力學(xué)性能；合金元素有Cr、Mn、Ni、Mo、W、Si等，其中Cr、Mn、Ni主要作用是提高淬透性； W、Mo提高耐回火性并防止回火脆性； Cr、W、Mo、Si還提高鋼的耐熱疲勞性?！　?/p>

[常用熱作模具鋼]：5CrMnMo和5CrNiMo是最常用的熱鍛模具鋼，其中5CrMnMo常用來制造中小型熱鍛模，5CrNiMo常用于制造大中型熱鍛模；對(duì)于受靜壓力作用的模具（如壓鑄模、擠壓模等），應(yīng)選用3Cr2W8V或4Cr5W2VSi鋼?！　?/p>

[熱處理]：熱鍛模坯料鍛造后需進(jìn)行退火，以消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，利于切削加工；最終熱處理為淬火、高溫（或中溫）回火，回火后獲得均勻的回火索氏體或回火托氏體，硬度約為40HRC左右?！　?/p>

塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。

[性能要求]：塑料模具所受的應(yīng)力和磨損較小，主要失效形式為模具表面質(zhì)量下降，因此應(yīng)具備以下性能：①良好的加工性能，在較高預(yù)硬硬度（28～35HRC），便于進(jìn)行切削加工或電火花加工，易于蝕刻各種圖案、文字和符號(hào)；②良好的拋光性，模具拋光后表面達(dá)到高鏡面度(一般Ra值為0.1～0.012μm)；③較高的硬度（熱處理后硬度應(yīng)超過45~55HRC），良好的耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性；④熱處理變形小（保證精度）、良好的焊接性（便于進(jìn)行模具焊補(bǔ)）等?！　?/p>

[常用塑料模具鋼]：由于塑料模對(duì)力學(xué)性能的要求不高，所以材料選擇有較大的機(jī)動(dòng)性。常用塑料模具鋼的牌號(hào)、性能及用途見下表。表中所列鋼號(hào)大多為國產(chǎn)塑料模具鋼號(hào)，現(xiàn)階段仍有許多塑料模采用國外鋼號(hào)（如日本、美國、德國、瑞典等）或根據(jù)國外鋼號(hào)生產(chǎn)的改良鋼種。

（三）量具用鋼

　　量具應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性、高耐磨性、高硬度和一定的韌性。因此，量具用鋼

  慶應(yīng)具有硬度高、組織穩(wěn)定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、熱處理變形小、膨脹系數(shù)小和耐蝕性好。這類鋼一般屬于過共析鋼，加入的合金元素有鉻、錳、鎢、鉬等。常用的鋼類有鉻鋼、鉻鎢錳鋼、錳釩鋼等。

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