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碳素工具鋼簡介
碳素工具鋼依其雜質含量的不同，可分為優(yōu)質鋼（如T8、T12等）和高級優(yōu)質鋼(如T8A、T12A)兩大類。高級優(yōu)質鋼S、P含量較優(yōu)質鋼為低，Mn、Si含量范圍也較窄。所以鋼材具有較好的性能。
碳素工具鋼熱處理后具有較高的硬度和耐磨性，冶煉方法較合金鋼簡單，價格便宜，廣泛用于制造各種工具及零件。碳素工具鋼的主要特點是淬透性較小，因而其使用范圍受到一定限制。
一、性能及用途
1、性能
碳素工具鋼由于其含碳量高，具有較多的碳化物，經(jīng)熱處理后具有較高的硬度（HRC60～65）,制成的刀具具有較好的耐磨性和一定的切削能力。但與合金工具鋼相比，碳素工具鋼的熱硬性差，當工具相比，碳素工具鋼的熱硬性差，當工具的的切削溫度高于200～250℃時，其硬度和耐磨性即急劇下降，這是它的主要缺點。此外，熱處理的變形量較大及淬透性較小等也都是碳素工具鋼不足的地方。
2、用途
廣泛用于制造各種輕型切削工具，如操作時刀刃受熱程度較低的手用刀具、低速及小進刀量之機用工具等（表1-2）。此外也用于制造部分量具及模具。
表1-2碳素工具鋼的用途
| 鋼號 | 用途 |
| T7、T7A | 制造能承受震動與沖擊及需要在適當硬度下具有較大的韌性的工具，如鑿子、簡單膠木摸、鍛造用模、硬印、較鈍的外科醫(yī)術用具、各種錘子、木工工具等 |
| T8MnA | 制造銼刀、手鋸、鋸條等 |
| T8、T8A | 制造承受振動及需要足夠韌性下具有較高硬度的各種工具，如簡單模子、沖頭、剪切金屬用剪子或刀子、硬印、木工工具、鉆鑿工具、鋒利的刀具等 |
| T9、T9A | 制造具有定硬度及韌性之沖模、沖頭、木工工具等 |
| T10、T10A | 制造不受突然震動及在鋒利刀口上有少許韌性之工具，如刨刀、拉絲模、冷沖模、絲錐、板牙、手鋸鋸條、刀子等 |
| T12、T12A | 制造不受震動及需要極高硬度的各種工具，如鉆頭、絲錐、鋒利的外科刀具、銼刀、刮刀等 |
| T13、T13A | 制造不受震動及需要特別高硬度的各種工具，如切削工具、剃刀、銼刀、雕刻用工具等 |
二、組織及缺陷
1、退火狀態(tài)的組織及缺陷
退火狀態(tài)的正常組織為分布均勻的球狀珠光體。當鋼被加熱至稍高于Ac1溫度并緩慢冷卻時，奧氏體發(fā)生分解而形成球狀組織。所形成組織的彌散程度隨鋼的加熱溫度、停留時間和冷卻速度而不同。較慢的冷卻或在較高的溫度下的等溫停留，可獲得較粗大的球狀珠光體。
退火過程中所造成的缺陷，主要由以下幾點：
（1）片狀和點狀珠光體
片狀和點狀珠光體的產(chǎn)生，主要是由于退火不良。當退火加熱溫度較低或冷卻速度較大，則形成點狀珠光體。如退火加熱溫度過高，則由于溶解了大部分碳化物，減少了作為結晶核心的質點數(shù)量所以在冷卻過程中形成片狀組織，此時硬度較高，可切削性較差，淬火過熱敏感性大，工具熱處理后的變形量大。
（2）網(wǎng)狀碳化物
由于熱加工終止溫度過高，冷卻速度較小，或退火溫度過高，冷卻過于緩慢，則會引起鋼的晶粒長大。在冷卻過程中，一部分在高溫加熱時融入奧氏體中的二次碳化物將沿晶界析出而形成網(wǎng)狀碳化物。網(wǎng)狀碳化物降低鋼的機械性能，特別是沖擊韌性的顯著降低，使刀具在使用過程中易造成崩刃現(xiàn)象
（3）石墨碳
石墨碳系指在鋼的纖維組織中所出現(xiàn)的灰黑色點狀或片狀的石墨夾雜物，在鋼的斷口上表現(xiàn)為黑色或深灰色。石墨碳℃也可用化學分析方法作定性或定量的測定。
在下述情況下常會引起石墨碳的析出：熱壓力加工終止于高溫（約1000℃）而隨后又進行緩慢冷卻，在750~800℃進行長時間的停留；或在700~720間進行長時間的退火。此外，如退火工藝不正確、多次退修退火等也會產(chǎn)生石墨碳。
石墨碳的存在對鋼的基體起著分割的作用，降低了鋼的強度，增加了鋼的脆性。石墨碳出現(xiàn)在切削刃處會引起工具刃口的剝落，降低工具的耐用度。
（4）脫碳
鋼在退火過程中，由于加熱溫度過高和保溫時間過長，會引起表面的脫碳。脫碳層之嚴重部分為鐵素體組織；其次是鐵素體加片狀珠光體、片狀珠光體加球狀珠光體。當脫碳程度不很嚴重時，表面可能不出現(xiàn)單純的鐵素體組織。
2．淬火和回火狀態(tài)的組織及缺陷
碳素工具鋼由于淬透性較差，一般應在水中淬火才能保證工具獲得高的硬度和淬透深度。但為了減少工具淬火時的變形，也可采用先水后油的雙液淬火，或用低溫熔鹽（150~200℃）淬火。經(jīng)淬火的正常組織為針狀馬氏體、碳化物和殘留奧氏體。截面較大的工具，雖在水中冷卻，但只有表面層獲得馬氏體，而心部則為馬氏體—
屈氏體，有時為馬氏體。如果加熱保溫時間太短，有時還可能存在未轉變的原始珠光體組織。
碳素工具鋼在淬火和回火后所產(chǎn)生的缺陷主要有下列幾方面：
（1）過熱
過熱系由于淬火溫度過高或保溫時間過長，而導致鋼的組織粗大，工廠中判定淬火過熱的方法通常是觀察馬氏體針葉的長度。針葉越長則過熱程度越嚴重。一般鋼的過熱程度也可以從晶粒度的大小來衡量，但晶粒度的測定必須經(jīng)特殊處理，所以不適合生產(chǎn)中應用。過熱的工具，其物理性質和機械性能均較差。
（2）裂紋
裂紋大都發(fā)生在用水淬火的工具，出現(xiàn)裂紋的原因主要是淬火溫度選擇不當、加熱或冷卻速度過大、淬火時冷卻不均勻等。
（3）會火不足
由于回火（150~180℃）加熱時間不足，產(chǎn)生會火不足現(xiàn)象，其特征是磨面不易侵蝕，在顯微組織中存在有未回火的針狀馬氏體。
正?；鼗鸷蟮慕鹣嘟M織必須是回火馬氏體（黑色，看不見針狀）和碳化物。
（4）脫碳
淬火加熱時，由于周圍氧化氣氛的作用，或在脫氧不良的溶鹽中進行加熱，使鋼的表面含碳量較低。生產(chǎn)中所發(fā)現(xiàn)的脫碳現(xiàn)象一般均是部分脫碳；它的金相特征是表層過剩碳化物的減少。如果在刃磨時工具的切削面不經(jīng)磨削，致脫碳層被去除，則工具的切削性能降低，容易損壞。
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