合金刃具钢及其性能、热处理与用途

合金刃具钢是在碳素刃具钢的基础上加入某些合金元素而发展起来的。其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、热硬性差、耐磨性不足的缺点。合金刃具钢的碳质量分数在0.75%～1.5%，合金元素总质量分数则在5%以下，所以又称为低合金刃具钢。加入的合金元素为Cr、Mn、Si、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，同时强化马氏体基体，提高回火稳定性；W和V还可以细化晶粒；Cr、Mn等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于钢耐磨性的提高。

另外，Si容易使钢在加热时脱碳和石墨化，使用中应注意。如钢中同时加入Si、Cr，则能降低钢的脱碳和石墨化倾向。

合金刃具钢淬透性较碳素刃具钢好，淬火冷却可在油中进行，且热处理变形和开裂倾向小，耐磨性和热硬性也有所提高。但合金元素的加入，提高了钢的临界点，故一般淬火温度较高，使脱碳倾向增大。

合金刃具钢主要用于制作：截面尺寸较大且形状复杂的刃具；精密刃具；切削刃在心部的刃具，此时要求钢的组织均匀性要好；切削速度较大的刃具等。

表9-2列出了最常用的合金刃具钢的成分、热处理工艺、性能和用途。

表9-2 常用的合金刃具钢的成分、热处理工艺、性能和用途

由表9-2可见，合金刃具钢分为两个体系：(www.xing528.com)

1）针对提高钢淬透性的要求，发展了Cr、Cr2、9SiCr和CrWMn等钢。其中9SiCr钢淬火临界直径可达40～50mm，适宜制造薄刃或切削刃在心部的工具，如板牙、滚丝轮、丝锥等。

CrWMn钢是最常用的合金刃具钢。经热处理后硬度可达64～66HRC，且有较高耐磨性。CrWMn钢淬火后，有较多残留奥氏体，使其淬火变形小，故有低变形钢之称。生产中常用调整淬火温度和冷却介质配合，使形状复杂的薄壁工具达到低变形或不变形。这种钢适于做截面尺寸较大、要求耐磨性高、淬火变形小，但工作温度不高的拉刀、长丝锥等；也可作量具、冷变形模具和高压油泵的精密部件，如柱塞等。

2）针对提高耐磨性的要求，发展了Cr06、W、W2及CrW5等钢。其中CrW5又称钻石钢，在水中冷却时，硬度可达67～68HRC。主要用于制作截面尺寸不大（5～15mm²）、形状简单又要求高硬度、高耐磨性的刃具，如雕刻工具及切削硬材料的刃具。

合金刃具钢的热处理与碳素刃具钢基本相同，也包括加工前的球化退火和成形后的淬火与低温回火。回火温度一般为160～200℃，合金刃具钢为过共析钢，一般采用不完全淬火。淬火加热温度要根据工件形状、尺寸及性能要求等选定并严格控制，以保证工件质量。另外，合金刃具钢导热性较差。对于形状复杂、截面尺寸大的工件，在淬火加热前往往先在600～650℃进行预热，然后再淬火，一般采用油淬、分级淬火或等温淬火。少数淬透性较低的钢（如Cr06、CrW5等钢）采用水淬。

合金刃具钢解决了淬透性低、耐磨性不足等缺点，但由于合金刃具钢所加合金元素数量不多，仍属于低合金范围，故其热硬性虽比碳素刃具钢高，但仍满足不了生产要求。要想大幅度提高刃具钢的热硬性，必须采用高速钢。

有关高速钢的详细内容详见第12章。