合金工具和模具钢

标准 BS 4659:1971 将工具钢分为六类：

1.高速，
2.热作，
3.冷作，
4.抗震，
5.特殊用途，
6.水硬化。

这些名称在 AISI 之后添加了 B。因此 BTI 和 BMI 分别表示钨和钼等级的高速钢。

不收缩钢

该术语指的是在低温下淬火和回火时，从退火状态的体积变化很小的钢。通常会发生以下音量变化。

在非收缩钢中，体积变化相互抵消，并且此类钢要求在退火条件下加工硬化后不得改变尺寸的主工具、量规和模具。更便宜的非收缩钢含有 0.9% 的碳和约 1.7% 的锰。更好的钢材是，

C，1.0；锰，0.95；W，0.5；铬，0.75；V, 0.2

两种钢都经过 780° 至 800°C 的油淬和 224-245°C 的回火处理。高碳 5% 和 12% 铬钢也用于不变形。

精加工工具钢

虽然高速钢在重切削和高速切削时非常有效，但在低速和轻切削时，它们不能保持锋利的边缘，从而在某些物品上获得非常光滑的光洁度。为此目的生产了特殊钢，称为精加工钢，与在类似条件下使用的碳钢相比，它能够长时间保持锋利的切削刃。通常的类型具有大致的组成：

C, 1.1 至 1.4; W, 4; 铬，0.7 至 1.5；五，0.3

预热至 650°C 后，在 820-840°C 水硬化并立即在 150-180°C 回火。在 750°C 退火。含有 1 至 5.5% 和 1 至 1.3% 碳的钨钢用于麻花钻、丝锥、铣刀、拉丝模具以及用于膛线枪管、镗缸和膨胀管的工具，这些工具需要长时间连续切削，无需中断重磨。它们在 200-230°C 温度下回火。

冷作模具钢

标准油硬化模具钢含有 1 C、1 Mn、0,3-1,6 W、0,5 Cr，从 800°C 硬化并在 170-250°C 立即回火。对于冷挤压冲头，高速钢是令人满意的，例如 6W6 Mo。

高碳铬（A）

高钨铬钢

这是用于热加工的更佳钢材类型，除非抗氧化皮或抗氧化性很重要。用于热拉、热锻、挤压模具和压铸铝、黄铜和锌合金的模具。压铸模具钢经常因循环膨胀和收缩引起的表面开裂而掉落，并因熔融金属的侵蚀作用而加剧。延长模具寿命需要定期维护并在使用前仔细预热。

模具钢在热处理过程中对变形的敏感性很大程度上受微观结构中碳化物的方向性和粒度的影响。硬质合金纵梁方向的膨胀更大。因此需要碳化物的精细随机分布。对于压铸和挤压模具，含 0.5 Ti + 0.08 Zr 的钼可用于关键应用。导热性、抗热冲击性和熔融金属侵蚀性高，无需热处理。Nimonic 80(a) 和 90 也已令人满意地用于模具和刀片。落锻模块钢已标准化为四种类型。它们是：
1) 0,6 碳钢，
2) 1% 镍，0,6 C，
3) 1,5 Ni，0,7 Cr，0,6 C，
4) 1,5 Ni，0,7 Cr，0,6 C，0,25 Mo。

硬度范围从浅印模的 425/455 到非常大的锻件的 298/355。

利刃之刃

表 3 给出了用于剪切的合金钢的一些示例。

高速钢

高速切削工具的发展始于 1860 年 Mushet 的自硬化钨锰钢的生产。直到 1900 年，泰勒和怀特开发出这种钢的先驱者才充分认识到这种钢提高加工速度的可能性现代高速钢。除钨外，还发现铬是必需的，高硬化温度是有益的。钢可抵抗高达 600°C 的回火。这使得该工具能够以每分钟 80-50 米的速度进行切割，其鼻子处于暗红色的温度下，它是 1900 年巴黎展览会上令人惊叹的展品之一。

表 3. 剪切刀片钢

高速钢的主要成分是 14% 或 18% 的钨、3% 到 5% 的铬和 0.6% 的碳。现代钢中经常添加其他元素，这些元素的成分和成本差异很大。有时会添加 0.09-0.15% 的硫以对未磨削的工具进行自由加工，例如 6.5×2 M 2 S的齿轮滚刀。

钒提高了刀具的切削质量并增加了空气硬化的趋势。钴，通常添加到“超高速”钢中，提高了固相线的温度，并能够使用更高的硬化温度，从而产生更多的碳溶液。此类钢中标有二级硬度，这允许在高速下使用深切。钼钢易脱碳。高钒钢有点脆，但非常适合切割非常耐磨的材料。

这种高合金钢的结构研究很复杂，但可以通过将各种元素的量转换为钨的等效百分比来简化对闭环g环的影响：

因此 18 W、4 Cr、1 V 相当于 25% 的钨，FE-WC 平衡图的截面如图 1 所示。

图 1. 钨含量为 25% 时的 Fe-WC 平衡图截面

铸锭中的组织与铸铁相似，但渗碳体由混合碳化物（Fe、W、Cr、V）、C 组成，其余元素溶解在铁素体中。在这种情况下，钢非常脆，必须将共晶网络分解成小球，通过仔细退火均匀分布，然后进行锻造。应避免碳化物“串”或叠层，否则在硬化过程中容易形成裂纹。

退火

高速钢通过在 850°C 下退火约 4 小时软化，然后缓慢冷却。钢必须防止氧化。锻造后，工具应加热至 680°C 1 小时，并在硬化前进行空气冷却，以降低断裂的风险。退火组织由细珠光体基体中的碳化物球组成。

硬化

从图 1 可以看出，加热时，奥氏体在 800°C 左右形成，但仅含有 0-2% 的碳（共析 E）。淬火产生马氏体，它易于回火并且与碳工具相比没有优势。更多的碳化物在加热时溶解，如线 EB 所示，并且由于溶液中大量合金元素的影响，淬火产生了增加红硬性的组织，这使得钢对回火反应迟缓。即使在 1300°C 下，发生熔化时，也只有 0.4% 的碳 (B) 溶解，其余的以复合碳化物的形式存在。因此，可以看出，

在这样的温度下，晶粒生长和氧化迅速发生。因此，工具被小心地预热到 850°C，然后迅速加热到硬化温度并在油中淬火或在不浸泡的情况下在鼓风中冷却。为了减少淬火产生的严重应力，可以使用以下修改来减少奥氏体-马氏体转变之前从外部到中心的温度梯度：
a) 在 600°C 的盐浴中冷却直到温度均匀；然后在油中淬火，或
b) 油淬至 425°C，然后空冷至室温。

回火

从高温淬火时，高速钢含有大量比马氏体软的残余奥氏体。这通过回火或通过低于零冷却至 -80°C 来分解。多次回火通常比相同持续时间的单一回火更有效。
在 350-400°C 回火会略微降低硬度，但会增加韧性。在 400-600°C 回火会增加硬度，通常高于淬火产生的硬度值。这种现象称为二次硬化。硬化高速钢的结构由嵌入奥氏体-马氏体基体中的孤立球形碳化物组成。
深色蚀刻晶界经常很明显。回火使基体普遍变暗。“Stellite”型合金由钴基和大约 Cr, 30 组成；W, 15 和其他添加物，包括碳。该结构由钴基体和复杂的钨铬碳化物组成。它具有很高的耐腐蚀性和耐回火性，可用于工具、仪表、阀座和硬面处理。