碳素工具鋼的特點
碳素工具鋼價廉易得，易于鍛造成形，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，碳素工具鋼只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，碳素工具鋼適于做冷鐓模，根據冷鐓模的工作條件，模具材料除了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，故這類模具熱處理后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鋼淬火后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，經適當熱處理后可獲得較高的強度和一定的韌度。另外，T10A、T11A鋼在淬火后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，并且顆粒較粗大，碳化物在組織中的分布也不均勻，容易形成網狀或斷續網狀，使鋼的力學性能變壞。但是，對于韌度要求不高，只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于不需要磨刃的成形模具，或只需要表面硬度，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，為了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，其目的都是為了增加淬硬層深度。
表4-13中列出了T10A鋼淬火冷卻工藝對力學性能的影響，可以看出，堿浴分級淬火與鹽水淬火性能相差不多，而且堿浴淬火硬度還高一些，這是加熱溫度提高的緣故。從畸變效果來看，顯然堿浴分級淬火的模具的畸變大為減少。表中第二方案可以稱為分級-等溫淬火，這種處理提高了鋼的強度和韌度，適用于要求韌度較高的小沖頭。
表4-13   T10A鋼淬火冷卻工藝對性能的影響
熱處理工藝 彎曲強度(MN/m2) 撓度(mm) 沖擊韌度(J/cm2) 硬度(HRC)
820℃加熱，170℃堿浴分級，180℃回火 2800 3.18 34.5 64.7
820℃加熱，170℃堿浴數分鐘，再于220℃的硝鹽中停留15min 3350 5.97 82 61
780℃加熱，淬入鹽水，180℃回火 2750 3.11 31.5 61.7
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