工具钢

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第1页（1333字）

工具钢是一种用于切削、成形等各种工具的钢材，或把它制作成适应于一定用途的零部件。最早的工具钢是简单的碳素钢，但从1868年开始，就发展了多种复杂的高合金的工具钢，并在20世纪初就有很大程度的发展。这些复杂的合金工具钢，由于含有较多的钨、钼、锰和铬等其他元素，就使其有可能满足日益增长的使用要求，并在热处理时能更好的控制尺寸及避免裂纹的形成。许多合金工具钢也广泛地被用于机器零件及构件，以满足一些特别苛刻的使用条件的要求，如高温弹簧、超高强度紧固件、特殊性能要求的阀以及较高温度下工作的各种轴承。

在使用中，大多数工具受到极高的、快速作用的负荷。它们必须经受住这些外加负荷的多次重复作用，不发生断裂，不产生过量的磨损和变形。许多应用场合中，工具钢必须在高温下具备上述能力。但没有一种工具材料可同时既具有最高的耐磨性、韧性，又有高温下最高的抗软化能力。通常在选择工具材料时，对有些性能需要作某些取舍，才能达到使用性能的最佳配合。

大多数工具钢是锻轧的，但也有用精密铸造的。粉末冶金(P／M)法也被用于制造工具钢，并能提供：①在大截面钢材中碳化物的大小及分布更加均匀；②用冶炼、铸造、然后机械加工铸件的方法很难，甚至不可能获得的特殊成分的材料。

对常用的锻轧工具钢，为了保证合金含量和成品的纯净度及均匀性，要精心地选用好的原料(包括废料残渣)，工具钢一般在小吨位的电弧炉中冶炼，以便经济地控制成分范围、纯净度及精确地控制冶炼条件。特殊精炼法及二次重熔法也被推荐用于工具钢，以满足对质量和性能提出的特殊要求。中到高合金含量的许多工具钢在锻轧加工过程中会经常发生大量的生产废料，因此，需要小心地控制锻造和轧制。对棒材半成品和成品，要进行严格的检验。包括：对每根棒料的两端进行宏观组织(酸浸)、纯净度及硬度、晶粒尺寸，退火组织及淬透性等的检验，还要用磁性和超声波法检查棒材表面及内部的缺陷。此外，工具钢棒材的退火要求在密封的条件下进行，以减少脱碳。

工具钢由于生产操作精细和质量控制严格，再加上它们的合金元素价值昂贵，因此，工具钢的成本是很高的。制造者对这类专业用钢在质量方面的高要求是有理由的，因为工具钢钢材所制切削和成形工具的价值，一般为钢材成本的好几倍。虽然某些合金结构钢在成分上与工具钢相似，但很少用作贵重的工具，因为它们的质量控制并不像工具钢那样严格。

工具的使用性能取决于工具的设计、制造精度、钢种选用及热处理。只有在上述四方面的要求都得到满足时，工具才能有良好的使用性能。

除少数外，所有工具钢必须经过热处理，以获得耐磨性，高负荷下抗变形和抗断裂的能力，以及在高温下抗软化的能力等综合性能。有些形状简单的模块可由生产厂进行热处理。总之，大多数工具钢首先要经过成形或切削加工，达到要求的形状，然后由生产厂或使用厂再进行热处理。