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3.1 牌号与化学成份
3.1.1 合金工具钢大部分牌号是在碳素工具钢的基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素组成的 ,合金元素的加入量一方面考虑钢的用途 ,另一方面从本国的资源及经济角度考虑 ,随着合金工具钢用途的加宽 ,各国牌号比较多 ,但标准所列入的牌号大都是生产量较大或用途较为重要的。如美国《工具钢》一书中列入的合金工具钢牌号 141 个 ,而列入 ASTMA681— 91 标准仅有51个 ,占 36.73%。我国《合金钢钢种手册》收入的合金工具钢牌号有45个 ,列入 GBl299—85。标准的为33个 ,占73,33%,我国工具钢牌号与美国能对应的有10个 ,与日本牌号对应的12个 ,与西德对应的有 8 个 ,这说明我国合金工具钢在世界上通用性较差 ,中美两国合金工具钢相近牌号及化学成份对比见表1。
3.1.2 化学成份
化学成份是衡量合工钢的最主要指标。元素控制的范围越窄 ,冶炼难度越大 ,而不同生产炉号之间的元素差距越小 ,钢的成份均匀性越好 ,性能被动就越小。从表 1 中可以看到 ,美国与我国标准规定基本相当 ,但值得注意的是ASTMA681没有成品分析允许偏差:GBl299 允许有成份分析偏差存在(而且是采用优质碳结钢和合金钢成份偏差) 。合金工具钢对合金元素的具体控制理论上应该控制在中、下限、这样可以节约铁合金的加入量 ,降低钢的成本 ,但在实际生产中 ,我国很多生产厂家很难全部按此要求 ,生产从美国《工具钢》一书中试样成份的统计看 ,其合金元素实际控制的很低 ,如 D2,在 1989 年以前的标准版本中 ,规定 V ≤1.1%,但在《工具钢》中例举的试样V的平均含量仅为0.25%。
3.2 交货状态
美国的合金工具钢以退火、淬火或回火状态交货;中国的合金工具钢以退火或高温回火状态交货。
3.3 硬度
合金工具钢的硬度分为两类: (1) 为保证机械加工的退火硬度;很多合金工具钢是空淬钢或硬度较高的钢 ,退火状态是这种钢的基本交货状态、所以衡量退火效果的退火硬度对合金工具钢至关重要。(2) 为衡量钢的使用性能的淬火 ———回火硬度;当钢的化学成份与试样淬火 ———回火处理工艺不变 ,各国都将其作为基本保证条件列入标准。以上是反映合工钢特性的主要指标 ,中、美两国部分牌号的硬度值比较见表2。
从表 2 中可以看出: (1) 中国牌号退火布氏硬度大多规定有上下限 ,而美国牌号只规定有上限。(2) 美国大多数牌号退火布氏硬度值比中国牌号低 ,如 D3、 A2、 O2、 L6、 H11、 H2l 等、而淬火硬度估高于我国牌号的有 O2、 D3,这说明美国牌号加工性能及使用性能均优于中国相应牌号。美国标准试样淬火制度中对盐浴及控制气氛、炉中奥氏体化温度均作了不同的规定(注:表中带括号即为控制气氛炉温度) 。
3.4 脱碳
合金工具钢属易脱碳钢。脱碳会降低钢的表面硬度 ,降低耐磨性并直接影响到制作工具的使用寿命 ,各国合金工具钢标准均对脱碳层做了严格的限制。中美两国均规定脱碳为合金工具钢的必检项目。ASTMA681 标准对热轧圆钢、六角及八角钢、方钢、扁钢、锻造方钢和扁钢、冷拔方钢和扁钢脱碳层允许深度作了规定。对扁钢的宽面及窄面分别规定了不同的脱碳允许深度 ,对更严格的要求由双方协商 ,同时规定磨削、抛光、磨光或机械加工的材料不得有脱碳层。脱碳层检验用70倍或更大倍数的放大镜检验oGBl299标准采用线性公式规定了脱碳层深度 ,热轧材和锻材一边总脱碳层应不大于 0,(25+1%)Dmm( Ⅰ组)(0.20+2%)Dmm( Ⅱ组)(D为钢材截面公称尺寸) 。冷拔材除含硅合金钢外规定脱碳层不应大于其公称尺寸的 1.5%,含硅合金钢不应大于其公称尺寸的 2.0%,银亮钢不允许有脱碳层。扁钢及截面大于150mm 由供需双方协议。6W6Mo5Cr4V、4Cr3Mo3SiV、 3Cr3Mo3W2V 扁钢及7Mn15Cr2A13V2WMo 不检查脱碳层。中国、美国热轧圆钢脱碳层深度对比见表3。