碳素工具钢
特殊质量非合金钢
中文名碳素工具钢
外文名carbon tool steel
作 用制作刃具、模具和量具
碳含量0.65%～1.35%
特 点价廉易得 易于锻造 加工性好
所属分类非合金钢
用途品性
用于制作刃具、模具和量具的碳素钢。与合金工具钢相比，其加工性良好，价格低廉，使用范围广泛，所以它在工具生产中用量较大。碳素工具钢分为碳素刃具钢、碳素模具钢和碳素量具钢。碳素刃具钢指用于制作切削工具的碳素工具钢，碳素模具钢指用于制作冷、热加工模具的碳素工具钢，碳素量具钢指用于制作测量工具的碳素工具钢。此类钢一般以退火状态交货，根据需方要求也可以不退火状态交货。退火钢材的硬度、断口组织、网状碳化物、珠光体组织、试样淬火硬度、淬透性深度和钢材表面脱碳层深度应符合中国国家标准GB1298规定。此类钢中存在网状碳化物和层片状珠光体时，容易产生淬火变形、开裂和硬度不均匀，并降低刃具耐磨性，容易引起刃具崩刃，降低刃具寿命。为了防止网状碳化物的产生，钢材要反复锻造，锻后要快速冷却。通过球化退火可使层片状珠光体中的渗碳体球化。此类钢淬火加热一般用盐浴炉，它可防止或减轻工具表层脱碳。在淬火冷却时要注意防止变形和开裂，为此一般采用分级淬火或等温淬火，有的采用高频淬火。淬火后应及时回火，以防停放时发生变形或开裂。
碳素工具钢生产成本较低，原材料来源方便；易于冷、热加工，在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好，因而得到广泛应用。其中，高级优质碳素工具钢韧度较高，磨削时可获得较高的光洁度，适宜制造形状复杂、精度较高的工具。但是，这类钢红硬性较差，工作温度超过250℃以后，硬度和耐磨性迅速下降。这类钢淬透性低，工具断面尺寸大于15mm时，水淬后只有表面层得到高的硬度，故不能做大尺寸的工具。这类钢淬火温度范围窄，易过热，淬火时畸变、开裂倾向性大，且易产生软点。与合金工具钢相比，此类钢淬透性低，在水中淬透直径为15mm，而在油中淬透直径仅为5mm。另外，此类钢的热硬性低，工作温度高于250℃时钢的硬度和耐磨性急剧下降，从而钢的切削能力显著降低，所以此类钢只适于制作尺寸小、形状简单、切削速度低、进刀量小、工作温度不高的工具。
此类钢的碳含量范围为0.65%～1.35%。在中国国家标准GB1298—77中有8个牌号碳素工具钢。其中碳含量较低的T7钢具有良好的韧性，但耐磨性不高，适于制作切削软材料的刃具和承受冲击负荷的工具，如木工工具、镰刀、凿子、锤子等。T8钢具有较好的韧性和较高的硬度，适于制作冲头、剪刀，也可制作木工工具。锰含量较高的T8Mn钢淬透性较好，适于制作断口较大的木工工具、煤矿用凿、石工凿和要求变形小的手锯条、横纹锉刀。T10钢耐磨性较好，应用范围较广，适于制作切削条件较差、耐磨性要求较高的金属切削工具，以及冷冲模具和测量工具，如车刀、刨刀、铣刀、搓丝板、拉丝模、刻纹凿子、卡尺和塞规等。T12钢硬度高、耐磨性好，但是韧性低，可以用于制作不受冲击的，要求硬度高、耐磨性好的切削工具和测量工具，如刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙和千分尺等。T13钢是碳素工具钢中碳含量高的钢种，其硬度极高，但韧性低，不能承受冲击载荷，只适于制作切削高硬度材料的刃具和加工坚硬岩石的工具，如锉刀、刻刀、拉丝模具、雕刻工具等。
特点
碳素工具钢价廉易得，易于锻造成形，切削加工性也比较好。碳素工具钢的主要缺点是淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。因此，碳素工具钢只能用来制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高、形状简单、尺寸小、负荷轻的小型冷作模具，如用来制造小冲头、剪刀、冷冲模、冷镦模等。特别需要指出的是，碳素工具钢适于做冷镦模，根据冷镦模的工作条件，模具材料除了应有足够的强度以及模具工作表面和型腔要有足够的硬度和硬化层外，还需要有足够的韧度，故这类模具热处理后要求内孔有一定的淬硬层而外部不能淬硬，从而可保持有较高的韧度。如果淬硬层过深，会因工作中承受大的冲击而迅速开裂。但对尺寸较大、负荷较重的冷镦模，也会因淬硬层薄和基体太软而压陷。
用作冷作模具的碳素工具钢主要有T7A、T10A、T11A等，其中，又以T10A钢应用为普遍。冷作模具较少采用T8钢，主要有两方面原因：一是T8钢淬火加热过热敏感性大，甚至在加热温度比较低(780~790℃)的条件下，T8钢的晶粒也容易长大，韧度较差；二是T8钢淬火后组织中没有过剩的碳化物，因而耐磨性差。而过共析钢T10A、T11A在加热时能获得比较细的晶粒，淬火过热敏感性小，经适当热处理后可获得较高的强度和一定的韧度。另外，T10A、T11A钢在淬火后组织中还保留一些剩碳化物，可提高模具的耐磨性，这是T10A钢应用比较普遍的原因。
碳含量超过1.1%的过共析钢T12A，过剩碳化物较多，并且颗粒较粗大，碳化物在组织中的分布也不均匀，容易形成网状或断续网状，使钢的力学性能变坏。但是，对于韧度要求不高，只要求高硬度和耐磨性的切边模和剪刀，T12A钢还是可以采用的。亚共析钢T7、T7A的耐磨性不及T10A，但T7、T7A钢有较好的韧度，所以，在制作韧度要求较高的模具时，可采用T7或T7A。
碳素工具钢如用水(或盐水、碱水)淬火会引起较大的畸变。碱浴分级淬火是解决其冷作模具淬火畸变的有效措施，又可基本上消除开裂现象。采用160~180℃碱浴分级淬火特别适合于不需要磨刃的成形模具，或只需要表面硬度，中心有一定强度、高韧度的塑料压模、冷镦模等，或小型的刃口模具(如冲头、落料模等)。
当要求有较深的淬硬层时，为了弥补其淬透性不足的弱点，一般将淬火温度提高20~40℃，适当增加保温时间。另一种办法是先在150~170℃碱浴中分级淬火，再在200~220℃硝盐中等温停留一段时间或先选用盐水冷却一段时间再放入硝盐中等温，其目的都是为了增加淬硬层深度。
