1.2.2 对工具钢的工艺性能要求

1.可加工性

工具钢可加工性的好坏，影响到工具制造的生产率和切削工具的消耗量，最终也会影响到工具制造的生产成本。工具钢的退火硬度过高，会使切削加工变得很困难；对碳素工具钢与合金工具钢来说，片状珠光体的退火组织比球状珠光体难加工。在国外为改善可加工性在高速钢中加入硫等元素，形成了易切削高速钢。

通常工具钢的硬度为200HBW左右时可加工性较好。当硬度达到270HBW以上时，材料的强度高，切削加工变困难。材料硬度在150HBW以下时，切削时发黏，不好加工，工件的表面质量变差。

各种工具钢的可加工性有较大差别，见表1-7。碳素工具钢具有很好的可加工性，其相对可加工性指数为9；合金工具钢的相对可加工性指数为7～8；高碳高铬工具钢的可加工性较差，相对可加工性指数仅为2～3；高速钢的可加工性也较差，相对可加工性指数仅为1～5。

2.塑性

为了提高生产率，有些工具需要采用冷成形或热成形的方法制造，这时要求工具钢必须有较高的冷塑性或热塑性。最典型的实例就是小规格钻头采用4辊轧机轧制成形，较大规格钻头采用轧扭成形，这要求用于轧制或轧扭钻头的高速钢必须有良好的热塑性。在高速钢中比较起来，W5Mo5Cr4V2高速钢有较好的热塑性，在国内通常都采用这种高速钢制造热成形钻头。

手用丝锥（滚牙丝锥）的螺纹采用冷滚压成形的方法制造，这需要材料有较好的冷塑性，9SiCr钢可以较好地满足冷塑性要求，因此通常采用这种材料制造滚牙丝锥。同时9SiCr钢的良好冷塑性也可以满足丝锥方尾用冷成形方法制造的塑性要求。

3.可磨削性

在工具制造过程中，通常热处理后工具表面要进行磨削，特别是齿轮刀具等有较大的磨削量，如果工具钢的可磨削性很差，必然会大大增加磨削工时，将大大降低生产率，增加生产成本。

碳素工具钢与合金工具钢可磨削性很好，不存在磨削困难的问题。高碳高铬工具钢和高速钢的可磨削性较差。在高速钢中有些牌号高速钢可磨削性很差，因此在选择高速钢牌号时，必须注意不同牌号高速钢在可磨削性方面的差异。W18Cr4V高速钢可磨削削性最好，W6MoCr4V2高速钢的可磨削性不如W18Cr4V高速钢，W12Cr4V5Co5（T15）和W6Mo5Cr4V4（M4）高碳高钒高速钢的可磨削性差。

高速钢中的高碳高钒高速钢可磨削性较差，主要是由于大块的VC型碳化物的存在。氮含量高的高速钢可磨削性较差，W6Mo5Cr4V2Al高速钢的可磨削性较差，因此这两类高速钢一般只用于制作车刀、铣刀等热处理后磨削量不大、形状简单的刀具，不太适用于制作齿轮刀具等热处理后磨削量较大的切削工具。

粉末高速钢由于碳化物颗粒均匀细小，所以可磨削性很好，即使钒含量和碳含量很高的高碳高钒的粉末高速钢，仍然有很好的可磨削性。因此，粉末高速钢很适于制作齿轮刀具等磨削量较大的形状复杂的切削工具。

4.淬透性

对工具钢来说，淬透性的影响主要是针对碳素工具钢，因为碳素工具钢的淬硬深度较浅，有时会产生废品。合金工具钢的淬透性比碳素工具钢好得多，因此为避免淬透性问题，很多手用工具常常选择合金工具钢制造。碳素工具钢制造的工具淬火时必须采用盐水冷却等急冷方法冷却，因此产生开裂的概率较大，同时淬火畸变也较大。如果采用合金工具钢制造，则可以采用油冷或硝盐熔液冷却，可以大大减少畸变和产生淬火开裂的概率。

高碳高铬工具钢和高速钢的淬透性很好，采用油冷、盐浴冷却都不存在淬透性问题，对小规格工具甚至可以采用空冷淬火。高速钢的淬透性很好，通常小规格的高速钢工具可以采用空冷淬火。近些年来，由于气冷真空淬火的发展，淬透性的问题变得很重要。Cr12MoV型高铬钢在真空炉中淬火时采用氮气冷却，为提高淬透性和淬硬能力，有时氮气的压力必须达到2bar[1]以上。高速钢工具在真空气淬时，大尺寸的工具为提高淬透性和淬硬能力，常常采用5bar以上的高压气淬。

5.淬火开裂敏感性

工具钢的淬火开裂敏感性是工具钢的重要工艺性能之一。碳素工具钢的淬火开裂敏感性最大，因为碳素工具钢制造的工具，除很小规格工具外，一般必须在水溶介质中淬火，淬火开裂的倾向很大。合金工具钢淬火开裂敏感性较小，因为合金工具钢制造的工具可以采用油冷淬火或硝盐熔液冷却淬火，大大减少了淬火开裂倾向。在制造同一种工具时，高速钢制造的工具淬火开裂敏感性较小，因为高速钢工具可以采用分级冷却淬火，大大降低了淬火冷却速度，因此可以减少淬火开裂倾向。对于某些形状复杂的切削工具，还可以采用等温淬火，可以有效地避免淬火开裂。