工具钢

工具钢是指特别适合制成工具的各种碳钢和合金钢。它们的适用性源于其独特的硬度、耐磨性和抗变形性，以及在高温下保持切削刃的能力。因此，工具钢适用于其他材料的成型。碳含量在0.5%到1.5%之间的工具钢是在严格控制的条件下制造的，以达到所需的质量。其基体中碳化物的存在对工具钢的质量起着主导作用。在工具钢中形成碳化物的四种主要合金元素是：钨、铬、钒和钼。不同碳化物溶解成铁的奥氏体形式的速度决定了钢的高温性能（越慢越好，适合耐热钢）。对这些钢进行适当的热处理对于获得足够的性能很重要。所述的锰含量通常保持较低以最小化水时的裂纹的可能性淬火。

工具钢有六组：水硬化、冷作、抗震、高速、热作和特殊用途。选择组的选择取决于成本、工作温度、所需的表面硬度、强度、抗震性和韧性要求。使用条件越苛刻（温度、磨损性、腐蚀性、载荷），工具钢所需的合金含量和随之而来的碳化物量就越高。

工具钢用于切割、压制、挤压和冲压金属和其他材料。它们在工具中的使用是必不可少的；例如，注塑模具需要工具钢的耐磨性-这是模具耐用性的重要标准，可在其整个生命周期内进行数十万次成型操作。

该AISI-SAE工具钢牌号是用来识别各种档次的工具钢最常见的规模。一个等级内的各个合金都有一个编号；例如：A2、O1等。

W组工具钢因其必须进行水淬的定义特性而得名。W级钢本质上是高碳素碳钢。这组工具钢是最常用的工具钢，因为它的成本比其他工具钢低。它们适用于不会遇到高温的零件和应用；高于150°C(302°F)，它开始明显软化。其淬透性低，因此W组工具钢必须进行快速淬火，需要使用水。这些钢可以获得高硬度（高于HRC66)并且与其他工具钢相比相当脆。W钢仍在销售，特别是用于弹簧，但其使用范围远不如19世纪和20世纪初。这部分是因为W钢在淬火过程中比油淬或空气硬化钢更容易翘曲和开裂。

W组工具钢的韧性通过与锰、硅和钼合金化而增加。高达0.20%的钒用于在热处理过程中保持细晶粒尺寸。

各种碳成分的典型应用是W钢：

• 0.60–0.75%碳：机器零件、凿子、固定螺丝；性能包括中等硬度，具有良好的韧性和抗震性。
• 0.76–0.90%碳：锻造模具、锤子和雪橇。
• 0.91–1.10%碳：需要耐磨性和韧性之间良好平衡的通用工具应用，例如锉刀、钻头、刀具和剪切刀片。
• 1.11-1.30%的碳：锉刀、小钻头、车床工具、剃须刀片和其他需要更高耐磨性但韧性不足的轻型应用。碳含量约为0.8%的钢与碳含量较高的钢一样硬，但1%或1.25%碳钢中的游离碳化铁颗粒使其保持更好的边缘。但是，如果用于切割酸性或咸性材料，细刃生锈的速度可能比磨损的快。

冷作工具钢包括O系列（油硬化）、A系列（空气硬化）和D系列（高碳铬）。这些是用于切割或形成低温材料的钢材。该组具有较高的淬透性和耐磨性，以及平均的韧性和耐热软化性。它们用于生产较大的零件或在硬化过程中需要最小变形的零件。油淬和空气淬火的使用有助于减少变形，避免因更快的水淬而引起的更高应力。与水硬化等级相比，这些钢中使用了更多的合金元素。这些合金提高了钢的淬透性，因此需要不太严格的淬火过程，因此不太可能开裂。它们具有高表面硬度，常用于制造刀片。油硬化等级的可加工性高，但高碳铬类型的可加工性低。

• P型工具钢是塑料模具钢的简称。它们旨在满足锌压铸和塑料注射成型模具的要求。
• L型工具钢是低合金专用工具钢的简称。L6非常强悍。
• F型工具钢经过水硬化处理，比W型工具钢更耐磨。