工具钢的金属成分和生产
什么是工具钢?
工具钢具有异常硬，坚韧或耐磨合金。他们的物业来自他们的化学和生产。随着他们的名字intimates，这些钢准备工作切割，磨削，钻孔，冲孔，打击或做其他艰难的工作。刀具钢必须具有适用于其应用的正确材料属性。例如，钻头和冲头各需要硬度和耐磨性。然而，钻头经历更多剪切时，冲头体验更多的冲击。工程师和冶金师根据工具使用挑选工具钢的类型。
工具钢都含有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，包含金属和碳。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，这不仅仅是制造工具钢的化学。工具钢也从精确控制的热处理和淬火中获得其硬度。
淬火工具钢
淬火是通过改变钢的组织使钢硬化的过程。
首先钢加热。根据混合物中的碳量加热到不同温度的钢合金。铁和碳的移动不同“阶段，其中分子有不同的形状，这些相依赖于整体化学。
一旦达到合适的温度，合金就会通过暴露在更冷的气体或液体中进行淬火或冷却。这种淬火使金属迅速冻结。当金属像这样被震动冻结时，许多细小的金属晶粒立刻开始冻结，每个晶粒和它们之间都有很大的位移。相比之下，在非常缓慢的冷却过程中，谷物会随着时间的推移慢慢冷却，形成更大的循环开花。当金属受到撞击时，缓慢冷却的金属颗粒可以相互移动，使金属产生凹陷但不会断裂。激波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称为马氏体，正是马氏体的冲击、锯齿状分子结构赋予淬火金属特有的硬度。
水淬是最快的淬火方式，气淬是最慢的。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很好地硬化。另一些则不会形成硬马氏体层，除非它们被像在水中那样的大温度变化所震动。
工具钢类别
工具钢主要有六大类。最常见的四种是水淬钢、冷加工钢、热加工钢和高速工具钢。特殊应用还包括抗冲击和特殊用途的工具钢。
Water-hardened
这组工具钢本质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，但一般都在0.5%以下。这些金属，如镍、钨、钼，都很昂贵。使用较少的昂贵金属提供价值较轻的应用。
对这组钢来说，要获得坚硬的外层，水淬的极端冲击是必要的。轻型工具、小零件如弹簧和小紧固件可能是最终产品。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。
冷作工具钢
冷加工工具钢应该在“冷”温度下使用——它们坚硬、坚韧、耐磨，但不能在高温环境下使用。由于切削冷材料比切削热材料需要更多的力，抗压强度是冷加工工具钢的一个必须条件。
冷，在这种情况下，并不意味着是金属工人穿上毛衣的时候了。392°F（200°C）和下方被认为是这些工具的冷工作环境。与许多类型的钢板不同，石墨经常在冷工作钢中形成。该石墨使许多合金可加工：石墨提供润滑。
冷作工具钢的子类别有:
- 油淬（O系列）：在生产过程中，这些合金在油中淬火。它们碳的0.85-2.00％，通常小于彼此合金元素的1％。这些元素可包括锰，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灭。它们有0。05 - 2。85%的碳。这些钢含有高达5%的铬。高铬意味着A系列在热处理过程中不会发生尺寸变形。铬产生更紧密的公差。
- 高碳铬(D系列):这些冷加工钢功能高达797°F(425°C)。它们含有1.4-2.5%的碳和11-13%的铬。根据合金的不同，它们可以采用空气淬火或油淬火，无论采用哪种冷却方法，变形都很小。这些合金通常具有很高的耐磨性。
热加工工具钢
热工作工具钢均具有更大的合金元素百分比，以创造更多的碳化物和处理更热的工作温度。热工作工具钢可以在高达1004°F（540°C）的温度下工作。作为一组，大多数碳百分比低，低于0.6％。
热工工具钢常用于金属、玻璃等可锻热材料的高温加工。模具、冲压件、挤出机和压缩机都可以用热加工钢制造。即使在长时间的高温下，工具也必须继续工作。
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。有一些含有高浓度的铬和钨，所以根据制造商的不同，它们被分为钨和铬。主要的合金元素产生钢中的各种碳化物，每种碳化物都有不同的优点。
热工作工具钢的子类别是：
- 铬:铬热加工工具钢含有3-5%的铬。钨、钒、钼等其他合金元素的含量低于5%。钒通常用于用于切削工具的钢中。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。大多数钨热工床钢的铬具有2-4％。这不是普遍的真面：例如，合金AISI H 2 3具有12％的铬和12％钨。H23有时称为铬钢，有时是钨，有时也是两者。钨钢提供优异的耐热性，但可以脆弱;这是通过在使用前预热到工作温度来管理。
- 钼：许多铬热工作工具钢在其中有一点点钼。非常艰难的环境的高级热工作钢有很多。钼在严重的热工作应用中产生更高的热稳定性和耐磨性。钼合金AISI H42和H43通常用作金属轧机的模具或切割器，以处理切割和锻造的热量和力量。
高速工具钢
在这类工具钢的发明中，现代生产工艺是可能的。由于摩擦，以高速运行的切割工具和机器位会变热。高速材料创新允许机械师提高其生产率。
1900年，高速工具钢在巴黎展览中首次亮相。由于摩擦而仍在继续工作，一群制造商喘息于看到切削刃开始发光的红热。如果在1890年代的切割速度为每分钟5-30英尺，到1905年，有机器移动每分钟150英尺。
高速工具钢含有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。
抗冲击工具钢
组的抗冲击工具钢非常坚固，构建为具有高抗冲击性。他们的力量并不简单地躺在工具的表面或“震动”层。它们可用于弹簧，凿子，冲压模具和冲头。这组合金通常具有许多合金元素 - 其中大部分都在其他工具钢中看到。然而，在这类钢中存在硅，在0.15-3％的范围内。
专用工具钢
这组合金是奇怪的鸭子栖息的地方;这些金属被用于特定的用途，甚至可能由冶金学家为特定的制造商创造。这一组包括所有其他合金元素很少使用的低合金、高铁钢。这些材料最像便宜的w钢，也是水淬的。其他元素的微小加入增加了机械性能，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，必须是耐热和耐磨，但不需要高的抗冲击性。
选择工具钢
如果设计一台工业机器，或购买一台用于工业或制造目的的机器，所用的工具钢类型很重要，应该由工程师指定。
对于购买手工工具的个人来说，需要知道的信息是不同的。通常，手工工具制造商会提供“淬火钢”，然后根据工具的预期用途选择钢。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。制造商们在部分的基础上平衡价值和工作压力。选择工具的最好方法是获得推荐该领域的专业人士而不是担心合金本身。如果制造商有任何冶金能力，但不切割边角，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，即使是在家庭爱好者的水平。寻找爱游戏首页和论坛在这些组提供了关于什么可以预期和什么类型的金属可能是最好的使用的丰富的信息。
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