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工具钢分类及化学成分

1、工具钢的分类

在工业生产中，对所使用的各种材料要进行加工、成形，这就需要采用各种不同的工具。用来制造刃具、模具和量具的钢统称为工具钢。由于各种工具使用的场合不同，对它们的性能要求也不同。
工具钢按用途不同可分为刃具钢、模具钢和量具钢；按化学成分可分为碳素工具钢和合金工具钢。
用来进行切削加工的工具用钢，其工作部分主要在切削刃部，称为刃具钢。刃具钢在切削过程中受到弯曲、剪切、冲击、振动、摩擦等高应力的作用，在工作部位将产生热量，使刃部温度升高，有可能升高到500~600℃甚至更高，同时刃部也发生磨损。因此，要求刃具钢具有高的硬度和耐磨性、一定的韧性和塑性，有的刃具钢还要求具有一定的热硬性。

用于金属成形加工的工具钢称为模具钢，根据其工作状态可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。冷作模具在室温下工作，如冲模、冷镦模、冷挤压模、切边模、精整模等，要求高硬度、高耐磨性和一定的韧性。热作模具用于加工赤热金属或液态金属，使之成形，模具温度周期升降，受到“热疲劳”作用，还受到很大的压力、冲击、磨损和冲蚀，要求在高温下具有高的硬度和强度、抗热疲劳性和良好的韧性。塑料制品大部分用模压成形，塑料模具钢也因此逐渐发展成为专用钢系列。

量具钢用来制作量规、塞规、卡尺、样板等用以测量工件尺寸和形状的刀具，为了保证测量的准确性，要求其具有高的硬度、高的耐磨性和良好的尺寸稳定性。

2、工具钢的化学成分特点

大多数工具是在承受很大局部压力和强烈磨损的条件下工作的，所以工具钢的主要矛盾是强度、韧性和耐磨性之间的合理平衡，而影响这个主要矛盾的因素主要有基体的成分、性能以及第二相碳化物的性质、数量、形态和分布。

为了使工具钢获得高的硬度、耐磨性、热稳定性以及足够的强度和韧性，在化学成分上要求具有高的含碳量，碳的质量分数通常为0.6%~1.3%。高的含碳量可以保证钢淬火后得到高碳马氏体，从而得到高的硬度和变形抗力;同时，高的含碳量可以形成足够数量的碳化物，以保证高的耐磨性。为了保证工具钢具有足够的淬透性以及合金碳化物的形成，需要加入一定的合金元素。所加入的合金元素主要是使钢具有高的硬度和耐磨性的碳化物形成元素，如Cr、W、Mo、V等。在低合金工具钢中，也辅助加入一些Mn和Si，主要是减少工具在热处理时的变形，并增加钢的淬透性和耐回火性。
由于工具钢的含碳量较高，其塑性和韧性较结构钢为差。为了改善工具钢的塑韧性，减小热处理时淬裂的可能性，工具钢对钢材的纯洁度要求较高，对硫、磷的质量分数一般均限制在0.02%~0.03%以下。

3、工具钢的化学成分

以下列出国内主要工具钢牌号及元素范围。

3.1刃具模具用非合金钢/碳素工具钢

3.2量具刃具用钢

3.3耐冲击工具用钢

3.4轧辊用钢

3.5冷作模具用钢

3.6热作模具用钢

3.7塑料模具用钢

3.8特殊用途模具用钢

3.9钢中残余元素含量

另外，如果用户有更高要求，还可对铅、砷、锡、锑、铋、氢、氧、氮等元素限值进行确定。

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