合金工具钢介绍

1、合金工具钢介绍能够使用于制造工具、切削刀具或模具的材料大致包括：高碳工 具钢、合金工具钢、高速钢、工具用非铁硬质合金等。除硬质合金之 外，其它都是属于钢料，而在一般工具用钢中，以高碳工具钢的合金 量少，价钱比较便宜，高合金量的工具钢或高速钢，价钱则较昂贵。工具钢必须强韧、耐磨耗、且具有常温及高温硬度等特性，以其 合金成份和构造用合金钢相较，则除了含碳量增加之外，Cr、Mo、 Ni等仍然为基本元素(或是增加其含量)，另外必要时在添加耐高温的 W、V及Co等。工具钢是属于高级钢料，因此必须是由全静钢锭制造，同时要特 别要求合金元素在熔炼过程中的均质化，以使后续锻造及热加工能得 到良好的质量。由于工

2、具钢多需利用热处理以达到材料的最佳性质， 因此尺寸要求精密的机件，必须先实施半加工成形(semifinished),经 热处理，再完成加工(finished)。1、高碳工具钢高碳工具钢的成份为含碳量0.6%1.5%,另外含有0.5%以下的 Mn以提高其硬化能力。高碳工具钢价格便宜，其机械性质主要是以 含碳量多少来决定，由于一般淬火于水中，因此属于水硬性钢，其缺 点则是硬化深度较浅，在高温时强度较差。由于仅经淬火的麻田散铁组织太脆，耐磨性不佳，为了增加耐磨 性，高碳工具钢在淬火前必须实施球化处理，淬火至室温之后，再加 以150C200的低温回火，其结果可以得到球状雪明碳铁散布于低 温回火麻田散铁

3、，硬度够而且耐磨耗的组织。高碳工具钢使用于刀具、工具或冲模，但因合金工具钢的发展, 使用场合己较少。2、合金工具钢高碳工具钢由于硬化能较差，因此必须以水淬急冷的方式得到较 高的硬度，但因水淬容易变形和产生裂痕，因此高碳工具钢就有其使 用上的限制，为了改善其硬化能并增进其硬度，因此加入如W、Cr V、Mn、Ni等合金元素，而形成合金工具钢。合金工具钢主要藉热处理所得到的麻田散铁组织保持工具钢必 要的硬度，另外以合金元素与碳结合所形成的碳化物增加耐磨耗性。 合金工具钢依其用途可分为下列四类：.切削用合金工具钢为了切削用途，因此这类合金钢通常含碳量较高，并增加W、 Cr、V以增大硬度及耐磨耗性，适合

4、作为螺丝攻、车刀、铳刀等用途。.耐冲击用合金工具钢此类合金钢为增加冲击韧性，因此含碳量稍低，所以切削性及耐 磨耗性也稍差。.冷间模具用合金工具钢此类工具钢由于用于常温(又称为冷间，cold work),且要求减少 尺寸及形状的变化，因此在高碳钢中添加Mn、Cr、Mo、W、V等元 素，以改善淬火性，并藉生成之硬质碳化物以增加其耐磨性。.热间模具用合金工具钢此类工具钢由于多使用于热加工(热作)模具，因此必须具有高温 硬度(红热硬度)，不至因温度升高而变形或软化。此类工具钢含多量 Cr、W、Mo、V等元素，可以耐压铸、模锻等压力。3、高速钢高速钢(high speed steel)是用于切削工具，在

5、高速切削之红热状态 时仍能保持其硬度而称之。除此之外，高速钢机械性质优良，因此也 用于模具等耐磨耗机件，如果用于切削刀具，其切削速率可达高碳工 具钢的三倍。高速钢除C外含有大量的合金元素，例如：W、Mo、Cr、V、 C。等，其主要功能整理如下：(1)C可与各元素形成碳化物，增加刀具的切削能力。W可以形成碳化鸨，除增加硬度外，也可以增加回火软化的抵抗 性。M。的性质与W相似，因此可以替代。(4)Cr可以改善硬化能，并防止W的碳化物被分解。(5)V可以使晶粒微细化，增加强度。(6)Co可以增加C的溶解度，并增加高温硬度。高速钢通常以主要元素W及M。区分，含W鸨量较多的高速钢 称为鸨系高速钢（T系高

6、速钢），含Mo铝量较多的高速钢称为铝系高 速钢（M系高速钢），其中含18%W4%Cr 1%V为最典型的高速钢， 称为18-4-1钢，另外含18%W、4%Cr、2%V则称为18-4-2钢。高速钢因为所含的合金元素量较多，所以导热度较不良，因此淬 火温度需较高，一般约在12001350之间，使合金元素充分固溶 于沃斯田铁，淬火之后可以得到洛氏硬度约Rc64以上。淬火后的高速钢约在400550间实施回火，在回火的过程中， 由于合金成份会产生碳化物析出的现象，会使得硬度再次提升，此种 特殊的现象称为二次硬化，有时为使钢中残留的沃斯田铁变态完成麻 田散铁以增加其硬度，还会实施二次回火或三次回火等。4、硬

7、质合金或超硬合金,硬质或超硬合金属于非铁合金工具材料，通常不含铁成分或是铁 仅占很少比例，有别于一般工具用钢料。这类材料有极高硬度及高温 强度，可以切削各种钢料甚至玻璃、陶瓷等。硬质合金是通常是以铸造或是粉末冶金的方式制造，它具高硬度 的原因，是由于大量增加合金中碳化物的量亦或是直接使用碳化物来 制成。硬质合金又分为：（1）工具用铸造合金这类硬质合金是以铸造方式成形，不经过热处理，就具有常温及 高温的极高硬度，并且耐磨耗，有时又称非铁铸造合金刀具或超硬铸 合金刀具。史斗刃钻(stellite)就是其中的代表,它含Co40%55%、 Crl5%33%、W10%18%、C2%4%、Fe5%以下、Mn 1%,其 组织与白铸铁相似，为碳化物分布致密的型态，因此硬度很高，但是 此种合金质脆，无法锻造。主要用于凿岩用钻头、切削刀具、热加工 用模具等。(2)烧结硬质合金碳化铝WC或碳化钛TiC等的粉状碳化物，加入黏结用金属钻Co(或 Ni、Mo),加压并烧结，就可以得到红热硬度很高的合金材料，如果 制成切削刀具，可以较一般工具钢