非合金工具鋼也稱碳素工具鋼。碳素工具鋼系列的幾個鋼號(T7~T13)用作小型、簡單的冷作模具零件非常普遍,應用最多的是T8A或T10A。
雖然研制、開發了許多各具特性的合金模具鋼,使模具鋼的性能愈來愈好,但由于冶煉技術的提高、良好加工性能和經濟性而成為模具零件的重要材料之一,非合金工具鋼仍然在模具制造中保持著應有地位。
碳素工具鋼的淬透性很差。為了避免在馬氏體形成之前發生非馬氏體轉變,需要較高的臨界冷卻速度,為了達到完全淬硬,需要用劇烈的冷卻劑,一般是水和水溶液。稍大的工件馬氏體淬硬層比較淺,僅有2~3mm,對要求淬透的工件來說是明顯的不足。但對于心部要求一定塑性、韌性的工件來說,由于心部區域冷速低于臨界冷卻速度,轉變在珠光體、貝氏體區域進行,反而使碳素工具鋼淬火后具有表面高硬度、心部有良好的韌性的優點。
碳素工具鋼在800~1050℃之間進行熱加工變形,如果溫度過高,則產生粗晶粒組織,過共析鋼還形成粗的滲碳體。此時,可進行一次正火或調質處理加以改善。鍛造以后,為了改善可加工性,進行退火是必要的。這種退火組織是淬火的最佳原始組織。有時為了消除加工應力,要進行消除應力退火。
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