工具钢:完成任务的钢

工具钢的金属成分和生产

工具钢是什么?

工具钢是非常坚硬、坚韧或耐磨的合金。它们的性质来自于它们的化学性质和生产过程。正如它们的名字所暗示的那样，这些钢材可以用于切割、研磨、钻孔、冲孔、打击或做其他艰苦的工作。工具钢必须具有适合其应用的材料性能。例如，钻头和冲头都需要硬度和耐磨性。然而，冲头经历更多的冲击，而钻头经历更多的剪切。工程师和冶金学家根据工具的用途来选择工具钢的类型。

工具钢都含有能产生碳化物的合金元素，碳化物是一种密集排列的金属晶格，其中包含一种金属和碳。碳化物是一种耐火材料，这意味着它们在压力、化学物质或热的作用下不会分解。

然而，制造工具钢不只是化学作用。工具钢的硬度还来自于精确控制的热处理和淬火。

淬火淬火工具钢

淬火是一种通过改变钢的组织使钢淬火的工艺。

首先,钢加热．合金钢被加热到不同的温度，这取决于混合物中碳的含量。铁和碳通过不同的阶段，其中分子具有不同的形状，这些相取决于整体的化学性质。

一旦达到并保持了合适的温度，合金就会通过暴露在更冷的气体或液体中淬火或冷却。这种淬火使金属迅速凝固。当金属像这样被冲击冻结时，许多微小的金属晶体颗粒都开始同时冻结，每个颗粒中以及它们之间都有很大的位移。相比之下，这是一个非常缓慢的冷却过程，谷物随着时间的推移慢慢冷却，形成更大的圆形花朵。当金属受到撞击时，缓慢冷却的金属颗粒可以相互移动，使金属凹陷但不会断裂。冲击冻结使分子结构在受到冲击时移动的空间更小，使其更坚硬，更不容易凹陷。这些结构中的金属晶格被称为马氏体，正是马氏体的冲击状、锯齿状分子结构赋予了淬火金属特有的硬度。

水淬是最快的淬火方法，空气淬是最慢的方法。这种合金能处理什么取决于它的化学性质。有些合金如果冷却过快可能会开裂或变形，但在温和的空气淬火中会硬化得很好。其他的不会产生坚硬的马氏体层，除非它们受到像在水中那样的巨大温度变化的冲击。

工具钢种类

工具钢有六大类。最常见的四种钢是水淬钢、冷加工钢、热加工钢和高速工具钢。特殊应用中也使用防震和特殊用途的工具钢。

1. Water-hardened

   这组工具钢基本上是碳钢这是经过热处理的。它们有0.5-1.5%的碳。其他合金元素可能因其不同的质量而存在，但它们通常在0.5%以下。这些金属，如镍、钨或钼，都很昂贵。使用更少的昂贵金属为轻型应用提供了价值。

   对于这组钢来说，要获得坚硬的外表面，必须经过极端的水淬冲击。轻型工具、弹簧之类的小零件和小紧固件可能是最终产品。亚博账号审核不过它们不能在极端环境中使用，因为w系列钢比其他工具钢更脆一些。w系列钢更容易开裂，只能承受302°F(150°C)的连续温度。

2. 冷作工具钢

   冷加工工具钢是用来在“冷”温度下使用的——它们坚硬、坚韧、耐磨，但不能在高温环境下使用。由于切削冷态材料比切削热态材料需要更大的力，因此，在切削冷态工具钢中，抗压强度是必须的。

   在这种情况下，寒冷并不意味着是时候让金属工人穿上毛衣了。392°F(200°C)以下被认为是这些工具的冷工作环境。与许多类型的钢不同，石墨通常是在冷加工钢中形成的。这种石墨使许多合金可加工:石墨提供润滑。

   冷作工具钢的子类有:

   • 油淬(O系列):在生产过程中，这些合金在油中淬火。它们的碳含量为0.85 - 2.00%，彼此的合金元素含量通常不到1%。这些元素可能包括锰、硅、钨、铬、钒和钼。
   • 空气淬火(A系列):在生产过程中，这些合金在空气中淬火。它们含有0.05-2.85%的碳。这些钢的铬含量可达5%。高铬意味着在热处理过程中，A系列不会发生尺寸变形。铬产生更紧密的公差。
   • 高碳铬(D系列):这些冷工作钢的功能高达797°F(425°C)。它们含有1.4-2.5%的碳和11-13%的铬。它们可以是空气淬火或油淬火，这取决于合金，并且在任何一种冷却方法中都几乎没有变形。这些合金通常具有非常高的耐磨性。

3. 热加工工具钢

   热加工工具钢的合金元素比例都更高，从而产生更多的碳化物，并能承受更高的工作温度。热加工工具钢可以在高达1004°F(540°C)的温度下工作。作为一个整体，大多数国家的碳排放量都很低，低于0.6%。

   热工工具钢常与金属和玻璃等可锻铸热材料一起用于高温制造。模具、印章、挤压机和压缩机都可以用热工钢制成。该工具必须在长时间的热暴露下继续工作。

   根据主要的合金元素，有三种主要类型的热加工工具钢:铬、钨或钼。一些有高水平的铬和钨，因此被分类为钨或铬取决于制造商。主要的合金元素产生钢中的碳化物类型，而每种碳化物具有不同的优点。

   热加工工具钢的子类有:

   • 铬:铬热加工工具钢的铬含量为3-5%。其他合金元素如钨、钒或钼的含量低于5%。钒通常用于制造用于切割工具的钢。这组合金(特别是AISI H13)是最常用的热加工工具。
   • 钨这些合金通常不含任何钼或钒。相反，它们含有9-18%的钨。大多数钨钢热加工工具钢的铬含量在2-4%之间。这并不是普遍正确的:例如，AISI H23合金含有12%的铬和12%的钨。H23有时被称为铬钢，有时被称为钨钢，有时两者兼而有之。钨钢具有优良的耐热性，但也可能很脆;这是通过在使用前预热到操作温度来实现的。
   • 钼当前位置许多铬热工工具钢中都含有少量的钼。用于非常恶劣环境的优质热工钢有很多。钼在苛刻的热加工应用中具有更高的热稳定性和耐磨性。aisih42和H43钼合金常被用作金属磨床的模具或刀具，以处理切削和锻造的热量和力。

4. 高速工具钢

   现代生产工艺得以实现，部分原因是这类工具钢的发明。高速运转的切削工具和机器钻头由于摩擦而发热。高速的材料创新使机械师能够提高他们的生产速度。

   1900年，高速工具钢在巴黎展览会上首次亮相。一群制造商喘着气看到一个前沿开始发光炽热由于摩擦仍在继续工作。在19世纪90年代，切割速度是5-30英尺每分钟，到1905年，机器的移动速度是每分钟150英尺．

   高速工具钢有14-18%的钨，3-5%的铬，0.6%的碳，以及其他根据应用而定的元素。

5. 抗冲击工具钢

   S组抗冲击工具钢非常坚固，具有很高的抗冲击能力。它们的强度并不仅仅在于工具的表面或“冲击”层。它们可用于弹簧、凿子、冲压模和冲床。这类合金通常含有许多合金元素，其中大多数见于其他工具钢中。然而，在这类钢中，硅含量在0.15-3%之间。

6. 专用工具钢

   这一组合金是奇怪的鸭子栖息的地方;这些金属用于特定的应用，甚至可能由冶金学家为特定的制造商制造。这一类包括低合金高铁钢，其他合金元素很少使用。这是最像便宜的w钢，也是水淬。其他元素的微小添加增加了机械性能，但降低了成本。低碳模具钢也属于这一类特殊用途的合金。这些是用于热塑性成型，必须耐热和耐磨，但不需要高的抗冲击。

选择工具钢

如果设计一台工业机器，或者购买一台用于工业或制造目的的机器，使用的工具钢的类型是很重要的，应该由工程师指定。

购买手工工具的人需要知道的是不同的。通常，手工工具制造商会提供“淬硬钢”，然后根据工具的预期用途选择钢材。然而，对于每个工具制造商来说，使用何种等级的钢材是一个行业秘密。制造商在一个零件的基础上平衡价值和工作压力。选择工具的最佳方法是获得推荐专业人士，朋友和网上评论，而不是担心合金本身。如果制造商有冶金方面的能力，而且不抄近路，那么手工工具的设计就比合金更重要。

铁匠、创始人和其他冶金学家会更好奇，即使是在家庭业余水平。寻找资源和论坛在这些组中提供了关于什么可以预期和什么类型的金属可能最适合使用的丰富信息。

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