碳素工具鋼

用途

　　用於制作刃具、模具和量具的碳素鋼。與合金工具鋼相比，其加工性良好，價格低廉，使用范圍廣泛，所以它在工具生產中用量較大。碳素工具鋼分為碳素刃具鋼、碳素模具鋼和碳素量具鋼。碳素刃具鋼指用於制作切削工具的碳素工具鋼，碳素模具鋼指用於制作冷、熱加工模具的碳素工具鋼，碳素量具鋼指用於制作測量工具的碳素工具鋼。 此類鋼一般以退火狀態交貨，根據需方要求也可以不退火狀態交貨。退火鋼材的硬度、斷口組織、網狀碳化物、珠光體組織、試樣淬火硬度、淬透性深度和鋼材表面脫碳層深度應符合中國國傢標準GB1298規定。此類鋼中存在網狀碳化物和層片狀珠光體時，容易產生淬火變形、開裂和硬度不均勻，並降低刃具耐磨性，容易引起刃具崩刃，降低刃具壽命。為瞭防止網狀碳化物的產生，鋼材要反復鍛造，鍛後要快速冷卻。通過球化退火可使層片狀珠光體中的滲碳體球化。此類鋼淬火加熱一般用鹽浴爐，它可防止或減輕工具表層脫碳。在淬火冷卻時要註意防止變形和開裂，為此一般采用分級淬火或等溫淬火，有的采用高頻淬火。淬火後應及時回火，以防停放時發生變形或開裂。

品性

　　碳素工具鋼生產成本較低，原材料來源方便；易於冷、熱加工，在熱處理後可獲得相當高的硬度；在工作受熱不高的情況下，耐磨性也較好，因而得到廣泛應用。其中，高級優質碳素工具鋼韌度較高，磨削時可獲得較高的光潔度，適宜制造形狀復雜、精度較高的工具。但是，這類鋼紅硬性較差，工作溫度超過250℃以後，硬度和耐磨性迅速下降。這類鋼淬透性低，工具斷面尺寸大於15mm時，水淬後隻有表面層得到高的硬度，故不能做大尺寸的工具。這類鋼淬火溫度范圍窄，易過熱，淬火時畸變、開裂傾向性大，且易產生軟點。與合金工具鋼相比，此類鋼淬透性低，在水中淬透直徑為15mm，而在油中淬透直徑僅為5mm。另外，此類鋼的熱硬性低，工作溫度高於250℃時鋼的硬度和耐磨性急劇下降，從而鋼的切削能力顯著降低，所以此類鋼隻適於制作尺寸小、形狀簡單、切削速度低、進刀量小、工作溫度不高的工具。　　此類鋼的碳含量范圍為0.65%～1.35%。在中國國傢標準GB1298—77中共有8個牌號碳素工具鋼。其中碳含量較低的T7鋼具有良好的韌性，但耐磨性不高，適於制作切削軟材料的刃具和承受沖擊負荷的工具，如木工工具、鐮刀、鑿子、睡子等。T8鋼具有較好的韌性和較高的硬度，適於制作沖頭、剪刀，也可制作木工工具。錳含量較高的T8Mn鋼淬透性較好，適於制作斷口較大的木工工具、煤礦用鑿、石工鑿和要求變形小的手鋸條、橫紋銼刀。T10鋼耐磨性較好，應用范圍較廣，適於制作切削條件較差、耐磨性要求較高的金屬切削工具，以及冷沖模具和測量工具，如車刀、刨刀、銑刀、搓絲板、拉絲模、刻紋鑿子、卡尺和塞規等。T12鋼硬度高、耐磨性好，但是韌性低，可以用於制作不受沖擊的，要求硬度高、耐磨性好的切削工具和測量工具，如刮刀、鑽頭、鉸刀、擴孔鑽、絲錐、板牙和千分尺等。T13鋼是碳素工具鋼中碳含量最高的鋼種，其硬度極高，但韌性低，不能承受沖擊載荷，隻適於制作切削高硬度材料的刃具和加工堅硬巖石的工具，如銼刀、刻刀、拉絲模具、雕刻工具等。

特點

　　碳素工具鋼價廉易得，易於鍛造成形，切削加工性也比較好。碳素工具鋼的主要缺點是淬透性差，需要用水、鹽水或堿水淬火，畸變和開裂傾向性大，耐磨性和熱強度都很低。因此，碳素工具鋼隻能用來制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高、形狀簡單、尺寸小、負荷輕的小型冷作模具，如用來制造小沖頭、剪刀、冷沖模、冷鐓模等。特別需要指出的是，碳素工具鋼適於做冷鐓模，根據冷鐓的工作條件，模具材料除瞭應有足夠的強度以及模具工作表面和型腔要有足夠的硬度和硬化層外，還需要有足夠的韌度，故這類模具熱處理後要求內孔有一定的淬硬層而外部不能淬硬，從而可保持有較高的韌度。如果淬硬層過深，會因工作中承受大的沖擊而迅速開裂。但對尺寸較大、負荷較重的冷鐓模，也會因淬硬層薄和基體太軟而壓陷。　　用作冷作模具的碳素工具鋼主要有T7A、T10A、T11A等，其中，又以T10A鋼應用最為普遍。冷作模具較少采用T8鋼，主要有兩方面原因：一是T8鋼淬火加熱過熱敏感性大，甚至在加熱溫度比較低(780~790℃)的條件下，T8鋼的晶粒也容易長大，韌度較差；二是T8鋼淬火後組織中沒有過剩的碳化物，因而耐磨性差。而過共析鋼T10A、T11A在加熱時能獲得比較細的晶粒，淬火過熱敏感性小，經適當熱處理後可獲得較高的強度和一定的韌度。另外，T10A、T11A鋼在淬火後組織中還保留一些剩碳化物，可提高模具的耐磨性，這是T10A鋼應用比較普遍的原因。　　碳含量超過1.1%的過共析鋼T12A，過剩碳化物較多，並且顆粒較粗大，碳化物在組織中的分佈也不均勻，容易形成網狀或斷續網狀，使鋼的力學性能變壞。但是，對於韌度要求不高，隻要求高硬度和耐磨性的切邊模和剪刀，T12A鋼還是可以采用的。亞共析鋼T7、T7A的耐磨性不及T10A，但T7、T7A鋼有較好的韌度，所以，在制作韌度要求較高的模具時，可采用T7或T7A。　　碳素工具鋼如用水(或鹽水、堿水)淬火會引起較大的畸變。堿浴分級淬火是解決其冷作模具淬火畸變的有效措施，又可基本上消除開裂現象。采用160~180℃堿浴分級淬火特別適合於不需要磨刃的成形模具，或隻需要表面硬度，中心有一定強度、高韌度的塑料壓模、冷鐓模等，或小型的刃口模具(如沖頭、落料模等)。　　當要求有較深的淬硬層時，為瞭彌補其淬透性不足的弱點，一般將淬火溫度提高20~40℃，適當增加保溫時間。另一種辦法是先在150~170℃堿浴中分級淬火，再在200~220℃硝鹽中等溫停留一段時間或先選用鹽水冷卻一段時間再放入硝鹽中等溫，其目的都是為瞭增加淬硬層深度。

處理

　　T10是最常見的一種碳素工具鋼，韌度適中，生產成本低，經熱處理後硬度能達到60HRC以上，但是，此鋼淬透性低，且耐熱性差（250℃），多用於制造手用刀具等簡單工具。下面就簡單地介紹一下T10的熱處理工藝：

設備

　　熱電式溫度計、中溫箱式電阻爐。

退火

　　加熱溫度760~780℃，爐冷。退火後，鋼的硬度大為降低。

正火

　　加熱溫度820~840℃，空冷。

回火

　　加熱溫度650~700℃。

淬火

　　淬火介質：油，加熱溫度：790℃，淬火方式：對於小型直條式刀條一般垂直緩下。

回火

　　溫度150℃，硬度62HRC，但易崩口；一般采用溫度200~250℃~，硬度55~60HRC。　　以上是一般工廠對T10進行熱處理的工藝情況。因為保安腰刀一般隻在傢庭作坊中進行，基本沒有什麼機表設備，主要還得靠刀匠目測和經驗。