工具钢的双重性格

粗加工 H13 工具钢。

工具钢车削指南包括工具和零件制造应用。

金属切削应被视为一个综合系统，它包括三个同等重要的要素：工件、刀具和机床。传统上，最终用户更多地关注切削刀具，而不是机床（假设它有足够的动力来完成工作），不幸的是，对工件的关注太少。工件的信息往往仅限于工件材料的类型，如钢、铸铁、铝合金等。工件材料最重要的机械性能，如硬度和极限抗拉强度，有时不提供或不提供客户要求。如果缺少这些数据，金属切削的集成系统就会变得不完整。在这种情况下，无法计算最大切割生产率。

工具钢是能够淬火和回火的高碳钢、合金钢和高速钢。传统上，它们用于制造用于切割、成型和成型的工具。其他应用包括制造耐磨性、强度、韧性和硬度对特定性能至关重要的零件，而碳钢、合金或不锈钢无法实现。

工具钢的分类基于美国钢铁协会 (AISI) 开发的系统。该系统根据热处理、应用或主要合金元素将工具钢分类。有六个主要类别和 10 个子类别，由字母后跟一位或两位数字标识。

除了 AISI 分类外，工具钢还通过金属和合金统一编号系统 (UNS) 中的名称进行标识，该系统由汽车工程师协会和美国测试与材料协会建立。UNS 标识系统由字母 T 和五个数字组成：前三个标识工具钢类别，后两个标识工具钢类别的等级。
 

水硬化工具钢

水硬化工具钢基本上是含 0.6% 至 1.40% 碳的碳钢。它们是最便宜的工具钢。

正在生产三种标准 AISI (UNS) 类型的水硬化钢：W1 (T72301)、W2 (T72302) 和 W5 (T72305)。W3、W4、W6 和 W7 型钢不再普遍使用。

水硬化工具钢具有 100% 的可加工性等级，作为与其他工具钢组比较的基础。与易切削 AISI 1212 钢相比，水硬化钢的切削性能等级为 40%。

水硬化工具钢在退火状态下的硬度为 150 至 200 HB。

水硬化钢用于切削工具（剪切刀片、铰刀、丝锥和麻花钻）、夹具和用于下料、压印和螺纹加工的模具。
 

抗震工具钢

已开发出抗震工具钢以提供高硬度、高强度和高韧性或抗冲击断裂性的有效组合。这些钢最初是为弹簧开发的，现在仍广泛用于需要良好抗疲劳性的弹簧应用。

有五种标准AISI (UNS) 类型的抗震工具钢：S1 (T41901)、S2 (T41902)、S5 (T41905)、S6 (T41906) 和S7 (T41907)。S3 和 S4 不再常用。

主要的合金元素是硅，其含量从 1.0% 到 2.5% 不等，具体取决于 S 型钢。硅在回火过程中提供抗软化能力，以保持抗断裂的微观结构。

AISI S1 钢是唯一含有钨（1.5% 至 3.0%）的牌号。这种钢也被称为钨凿钢，因为它用于制造抗震工具。

抗震工具钢的可加工性等级约为 75%，而水硬化工具钢的可加工性等级为 100%。

退火状态的抗震工具钢的硬度为175至225 HB。

这些工具钢的应用包括重型冲裁和成型模具、冲头、凿子、剪切刀片、纵切刀、印章、头、穿孔机和成型工具。
 

冷作工具钢

冷作工具钢不具有抗高温软化所需的合金含量。它们仅限于需要在 400° 至 500° F（200° 至 260° C）范围内长时间或重复加热的应用。该类别分为三个子类别（表 1）。

油硬化工具钢的高硬度和耐磨性源于其 0.85% 至 1.55% 的高碳含量和中等含量的铬、钼、钒、钨和硅。

有四种标准的 AISI (UNS) 类型：O1 (T31501)、O2 (T31502)、O6 (T31506) 和 O7 (T31507)。

最受欢迎的油硬化钢是O1。具有足够的淬透性，产生足够的淬硬和表面硬度深度，从而延长使用寿命。O1钢的韧性比其他油硬化钢略高，是应用最广泛的O型钢。在 22 HRC 下，O1 钢的抗拉强度为 112 ksi，而 O2 钢的抗拉强度为 108 ksi。在 31 HRC 下，O1 钢的抗拉强度为 133 ksi，而 O7 钢的抗拉强度为 128 ksi。O2 钢在热处理时表现出最低的尺寸变化。O6 钢在微观结构中含有游离石墨，以提高制造复杂模具时的可加工性。O7 是最耐磨的油硬化钢，可能是工具制造应用的首选。

O6 的可加工性等级为 125%，这意味着 O6 钢比水硬化工具钢更容易加工。其他 O 型钢的切削加工性等级约为 65% 至 90%。

油淬工具钢在退火状态下的硬度为 200 至 250 HB。

所有油硬化工具钢都用于类似的应用，包括冲裁、成型、滚丝、压印、成型、冷修边和拉丝模具。这些钢还用于制造铰刀、丝锥、钻头、小剪切刀片、纵切锯、圆形刀具和滚刀、主轴、量规、夹头、拉刀、抛光工具、滚花工具和冲头。

空气硬化、中等硬化工具钢

由于高碳（0.55% 至 2.85%）和中等高含量的其他合金元素（如铬、钼、钒和镍）的组合，空气硬化钢可实现其性能特征。

这些钢有八种标准 AISI (UNS) 类型：A2 (T30102)、A3 (T30103)、A4 (T30104)、A6 (30106)、A7 (30107)、A8 (30108)、A9 (30109) 和 A10 ( 30110）。A5工具钢不再常用。

空气硬化工具钢在热处理过程中具有高淬透性和高度的尺寸稳定性。它们具有良好的耐磨性、疲劳寿命、韧性和深度硬化特性。

空气硬化工具钢可分为含 4.75% 至 5.75% 铬和最多 1.0% 锰的铬牌号（A2、A3、A7、A8 和 A9 型），以及含 1.60% 至 2.50% 锰和 0.90% 至 2.20% 锰的锰牌号铬（A4、A6 和 A10 型）。

铬空气硬化类型更容易获得并且应用更广泛。铬类型比锰类型具有更高的耐磨性（在同等碳含量下）和更高的热硬度。与其他 A 型钢相比，A9 钢最坚韧，但耐磨性也最差。然而，锰类型的耐磨性较差且更难加工。

中等合金、空气硬化钢的可加工性等级约为 65%。

退火状态下空气硬化工具钢的硬度为200至250 HB。

空气硬化工具钢的应用包括冷成型模具、落料模具、弯曲模具、成型辊、钻套、滚花工具、集合模具和量具，以及其他需要低热处理变形和耐磨性的用途。

高碳、高铬

高碳、高铬工具钢是合金含量最高的钢。

这些钢有五种标准的 AISI (UNS) 类型：D2 (T30402)、D3 (T30403)、D4 (T30404)、D5 (T30405) 和 D7 (T30407)。D1 和 D6 不再常用。

每种类型都含有 11% 到 13% 的铬作为主要合金元素。所有等级的特点是碳含量高，为 1.40% 至 2.60%。

高碳、高铬工具钢的可加工性等级为 40% 至 60%。

高碳、高铬工具钢在退火状态下的硬度为200～250HB。

这些钢材的应用包括主轴、滚刀、冷轧辊、纵切刀、冲裁模、成型模、压印模、衬套、丝锥、拉刀、喷砂喷嘴以及塞规和环规。
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