锻造钢类型、应用和锻造优势的评估——工具钢

工具钢的用途可以从它们的名字推断出来。它们主要用于制造切割或形成其他金属产品的工具。工具钢必须坚韧、耐热和耐磨，因为它们的应用要求很高。工具钢是碳钢和合金钢的组合。它们可能含有钼、钴、钨或钒作为合金元素，以提高工具材料的耐用性。

工具钢有六种不同类别：水硬化工具钢、冷作工具钢、热作工具钢、抗震工具钢、高速工具钢和特殊用途工具钢。

水硬化工具钢是最基本的工具钢：非常高的碳钢，几乎没有其他添加物。不出所料，这类工具钢之所以如此命名是因为它可以简单地用水淬火，尽管这会使材料在淬火过程中容易翘曲和开裂。它的另一个主要缺点是耐高温性低，使用这种材料制成的任何物品在 300° F 以上可能会开始软化。 然而，这也意味着水硬化工具钢可以在相对较低的温度范围内手工锻造，理想的温度窗口范围为 1550° F 至 1900° F。

作为额外的好处，与其他类型的工具钢相比，水硬化工具钢相对便宜。与其他工具钢一样，它们很难在一般零售商处找到，通常必须在金属零售商或工业供应仓库中找到。它们最常用于餐具、压花水龙头和各种手动金属切削工具。

冷作工具钢于 1860 年代首次推出，是最早开发的工具钢形式，是著名冶金学家 Robert Mushet 努力创造无需在水中淬火即可硬化的钢的成果。Mushet 最初的产品只是通过空气进行淬火，但后来的冷作工具钢在油中淬火，这两种方法都降低了水淬工具钢常见的开裂风险。少量添加钨、铬、锰或钼可提高这些材料的硬度、耐磨性和耐高温能力。

冷作工具钢应在 1575 ° F 和 2000°F之间的温度下锻造，空气硬化品种需要比油硬化品种略高的温度。这类钢具有广泛的商业应用，包括冲头、模具和机械零件，如凸轮轴和衬套，但在业余爱好者的环境中，它们也常用于刀片和木工工具

与许多其他类别的工具钢一样，抗震工具钢含有钼、铬和锰元素，可提供额外的强度和硬度。然而，这种钢的不同之处在于它含有硅​​，这使材料具有高度的抗冲击力变形能力。它们还具有很强的耐磨性，使其成为用于凿子、冲头甚至弹簧的理想选择。

对于手工锻造，此类材料的理想温度范围介于 1800 ° F 和 2000°F 之间，并且必须逐渐升温。此外，锻造不应在低于 1600° F 的任何地方进行。锻造过程完成后，抗冲击工具钢必须相当缓慢且均匀地冷却，以尽量减少金属所承受的应力程度。出于这个原因，使用这种材料制成的物品通常允许在熔炉的范围内冷却。

高速工具钢的发明源于 Robert Mushet 早期对冷作工具钢的研究。大约在 20 世纪之交，伯利恒钢铁公司的冶金学家对现有类型的优质钢（包括 Mushet 的工具钢）进行了艰苦彻底的实验，并在比普遍接受的标准高得多的温度下对它们进行热处理。最终的结果是一种具有非常高的耐高温性的材料，现在被称为高速工具钢。

这类工具钢的属性来自钨和钼的组合，总含量约为 10%。它们主要用于切削工具，如钻头、丝锥、铣刀、齿轮刀具和锯片，它们承受摩擦产生的热量的能力使刀具能够承受高速切削，因此得名这一类工具钢。其他常见应用包括木工车削工具和高品质手动工具。作为权衡，高速钢可以锻造的温度范围很窄，因为它在 1900° F 和 2050° F 之间最容易。与抗冲击钢一样，它必须缓慢而均匀地加热到这个范围，并且不能在低于 1600° F 的温度下工作。锻造过程完成后逐渐冷却也是一个要求。

最后但并非最不重要的是热作工具钢。顾名思义，这种材料主要用于形成用于非常高温应用的工具。由这种弹性金属制成的工具以其在工业应用中的使用而闻名，例如压铸，以及更随意的应用，例如玻璃加工和金属锻造。

热作工具钢的耐高温特性源自其低碳含量，通常不超过 0.6%，再加上极高的铬、钨或钼含量，高达 6% 至 25%。但是请注意，某些等级的热作工具钢如果在高温下接触水，很容易开裂，尤其是那些钨含量高的品种。然而，一般来说，大多数热作工具钢显示出优异的抗热冲击和高温变形和磨损能力。不出所料，他们还需要非常高的手工锻造温度，在 1700° F 到 2100° F 的范围内。

专用工具钢通常具有较高的合金含量。与水硬化工具钢相比，这种更高的合金含量提高了它们的耐磨性和淬透性。由于工具钢种类繁多，选择用于特定应用的工具钢类型非常重要。温度、硬度、电阻和成本等因素都应考虑在内。
好处：高硬度，韧性，耐磨性
有效切割和塑造金属件
在高温下保持硬度
可以抗震

坏处：
难以塑造
容易折断
水淬工具钢可能会在水淬过程中翘曲

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