1-4 合金元素在工具钢中的作用

由于工具钢基本上要求具有高硬度，因此总是添加碳（C）。此外，合金工具钢和高速工具钢中总是添加碳以外的合金元素，添加的种类和添加量对决定耐磨性和韧性有重要作用。...

如表1所示，主要合金元素是铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）等与碳结合形成硬质碳化物的元素，还有镍。 (Ni) 和钴 (Co) 溶解在面团中。一般而言，碳化物形成元素对提高耐磨性有很大贡献，固溶元素对提高韧性和耐热性有很大贡献。

所有钢都需要碳的存在才能获得高硬度。也就是说，每个钢种所能获得的更大淬火硬度是由碳含量决定的，如图1所示。此外，如图1所示，机械结构钢、工具钢、马氏体不锈钢等根据JIS的钢种的符号在相应的碳含量下，使用碳以外的合金元素进行更大淬火硬度。很少参与。

由于需要高硬度来提高耐磨性，自然要选择含碳量大的钢种，但硬质碳化物的存在也是一个重要因素。通过淬火，碳在生面团中溶解并增加马氏体的硬度，但硬度更大为70HRC以下。碳化物形成元素与碳结合形成每种元素特有的碳化物，从而产生织物硬度+碳化物硬度，进一步提高耐磨性。特别是，W、Mo、V的碳化物的硬度为2000HV以上，因此可知大量含有这些的高速工具钢与其他钢种相比具有优异的耐磨耗性。下面将介绍工具钢中所含碳化物的种类和特点，请大家参考。

在使用过程中承受高负荷的模具的情况下，不仅需要对表面进行淬火和硬化，而且还需要尽可能地对型芯进行淬火硬化。此外，当应用于大型模具和工具时，需要减少质量效应。为此，含有大量提高淬透性的Cr、Mo等合金元素的钢种更为有利。

由于Cr、W、Mo、V是提高回火软化阻力的合金元素，对高温硬度也有有效的作用，因此含有大量这些元素的钢种在高温环境和使用中会升高。在温暖的地方。例如上一节介绍的压铸模具中常用的SKD61，其碳含量约为0.4%，但由于添加了约5%的Cr和约1%的Mo和V，因此温度升高了。随之而来的软化是缓慢的。此外，负责提高高温硬度的元素是钴，它不会产生硬质碳化物，但会溶解在面团中并有效地发挥作用。因此，在高速工具钢中，用于高速重切削或难切削材料的切削时，使用含有大量Co的钢种是有效的。

如上所述，W、Mo和V产生2000HV以上的硬质碳化物，因此它们是提高耐磨性更有效的元素。然而，由于这些碳化物在热方面极其稳定，因此很难通过淬火和加热来分解和溶解它们。因此，如表2所示，含有大量这些元素的高速工具钢的淬火温度需要显着高于其他钢种。特别是作为MC型碳化物的VC，在淬火加热时完全不溶解，因此作为合金元素的V对马氏体组织的硬度完全没有贡献。即，即使单独大量添加V，也仅生成硬质碳化物，即使淬火不引起马氏体相变，也难以制造出V含量为3％以上的工具钢。

由于Cr是高速工具钢中形成硬化马氏体更有效的元素，所以在所有高速工具钢中无一例外地添加了4%左右的Cr。也就是说，Cr在高速工具钢中的作用是将其与碳一起溶解在面团中，得到硬质马氏体，而没有Cr，高速工具钢就不能通过淬火来硬化。