工具用钢的冲击韧度及选择方法

工具用钢是一切用于制造各种工具的钢材总称。工具用钢的种类繁多，工作条件相差很大，对性能要求各异，同种钢材制作不同的工具，突出的性能要求也是不一样的，这里只对工具用钢的基本性能要求进行阐述，详细性能将在各章节中分别进行介绍。

1.工具用钢应具备的力学性能

（1）强度 强度是指工具、模具、量具、夹具在使用时，抵抗外力作用而不破坏的能力。由于受力的形式和状态不同，对抗拉强度、抗弯强度、抗压强度等的要求是不一样的。

（2）疲劳强度 疲劳强度是指工具在往复交变载荷长时间作用下不失效的能力。疲劳强度是模具、夹具寿命考核的重要指标。

（3）硬度 硬度是指工具在使用时抵抗比它更硬的物体压入其内部的能力。在保证韧性的前提下，应尽量提高工具的硬度。不过，对于刀具、模具等工具来说，并非硬度越高越好。在特定条件下服役的工具，理论上讲应该有一个最佳的硬度。很多人都有这样的切身体会，硬度过高或过低，刀具或模具的寿命都不高，只有在某一个很小的硬度范围内，工具才会有高寿命。

（4）塑性 塑性是指工具在使用过程中，偶然发生局部永久变形而不至于破断的能力。从工程应用的角度考虑，要保证批量生产的被加工零件的精度，刀具或模具除了要求本身有很高的尺寸精度外，使用中不允许发生过量的塑性变形。工具塑性的好坏对其使用的安全性有着重要意义。工具在较好塑性的情况下，使用过程中偶尔过载也可以避免突然断裂，在一定程度上可确保使用的安全性。

（5）韧性 对于工具用钢，尤其是在承受较大冲击载荷条件下工作的工具，韧性是一个较为重要的指标。韧性可用冲击韧度和断裂韧度来衡量。冲击韧度是原材料或工具在冲击载荷作用下，抵抗发生脆性破断的能力。断裂韧度是一种标志带有某种缺陷的材料所具有的实际承载能力，即试样的断裂韧度表示其本身所具有的对裂纹扩展的抵抗能力的大小。

2.工具用钢应具备的物理性能

（1）耐磨性 耐磨性是工具在工作过程中，其表面对外界磨损作用的抵抗能力。一般情况下，硬度越高，耐磨性越好；增加碳化物的数量可以提高耐磨性，但与碳化物在钢中的分布、大小、形态及碳化物本身的硬度有关。大量细小、均匀分布的坚硬碳化物可明显提高钢的耐磨性，而粗大、不均匀分布的碳化物则易剥落，反而会增加磨损；少量的残留奥氏体（体积分数<5%）对硬度和耐磨性影响不大，对韧性有点贡献，但影响尺寸稳定性。

（2）热硬性 热硬性是指工具在较高温度下工作时，仍能保持高硬度、高耐磨性的马氏体组织状态的能力。

（3）热疲劳性 热疲劳性是指工具在工作过程中因反复急剧受热、受冷而对产生表面裂纹的抵抗能力。一些热作模具反复地经受加热、冷却，迟早都会在表面产生龟裂，如何延迟龟裂是值得认真研究的问题。影响热疲劳性的主要因素之一是冲击韧度。实践证明，能提高冲击韧度的各种措施，均可以提高其热疲劳性。

（4）尺寸稳定性 尺寸稳定性是指工具在长期使用或放置过程中，保持尺寸精度和几何精度不发生变化的能力。影响尺寸稳定性的主要因素是金相组织和内应力。(www.xing528.com)

3.工具用钢应具备的化学性能

（1）耐蚀性 耐蚀性是指工具在长期的使用或放置过程中，对外部介质致使表面生锈和腐蚀的抵抗能力。耐蚀不耐蚀只是相对而言的，大部分工具用钢并不耐蚀。为了提高工模具钢的耐蚀性，可根据介质的锈蚀能力选择适当的材料制作，如医疗刀具大都选用不锈钢；也有些刀具进行表面强化处理，使其耐蚀性大大提高。

（2）抗氧化性 抗氧化性是指工具在较高温度下使用时，对外部介质致使表面被氧化的抵抗能力。热作模具钢必须具备此性能。

4.工具用钢应具备的工艺性能

（1）可加工性 可加工性是指工具在制作过程中被切削加工的难易程度。在工具钢中，过共析钢及莱氏体钢由于过剩碳化物的存在，其可加工性较亚共析钢差。为了获得好的可加工性，工具钢一般采用球化退火，以得到便于切削的粒状珠光体组织；也可采用正火或调质处理，目的是改善可加工性。

（2）铸造性 铸造性是指工具毛坯铸造的难易程度。铸造性包括熔融材料的流动性、可成形性、收缩率和产生裂纹的敏感性等。低熔点材料的铸造性好于高熔点材料；合金元素含量越高和收缩率越大的材料，铸造冷却过程中越易产生变形，甚至开裂，特别是高碳高合金钢，铸造时很容易产生铸造缺陷，应引起注意。

（3）锻、轧性能 锻、轧性能是指工具毛坯锻造、轧制的难易程度。影响锻轧性能的主要因素往往是钢的组织结构和允许的锻、轧温度区间。

（4）焊接性 焊接性是指工具在焊接过程中控制质量的难易程度。原材料的化学成分是影响焊接性的主要因素。

（5）可热处理性 可热处理性是指钢材制作各种工具时接受热处理的能力。一般是指其淬硬性和淬透性、脱碳敏感性、畸变和开裂倾向等。

（6）磨削性 大多数工具经淬火、回火后，还需进行磨削加工。磨削性是指材料的损耗、磨削后工件的表面质量和磨削时工件表面形成裂纹的倾向。

到目前为止，没有一种工具用钢能同时满足力学性能、物理性能、化学性能、可加工性的综合要求，我们只能根据工具服役的具体情况，扬长避短，有针对性地选用合适的材料，充分发挥钢材潜力，好钢用在刀刃上，做到物尽其用。