1.3 其他工具用钢

1.3.1 量具用钢

量具是用来度量尺寸的工具，如千分尺、卡尺、块规、卡规等。量具在使用中经常与工件接触、摩擦、碰撞，量具本身也必须有高的尺寸精度和尺寸稳定性。量具在长期的使用过程会产生磨损、锈蚀、尺寸精度超差三种主要失效形式。

量具没有专门用钢，根据情况，可用渗碳钢、碳素工具钢、低合金工具钢、轴承钢、模具钢、弹簧钢，以及高碳铬不锈钢，甚至用高速工具钢。

1.量具用钢的要求

选择量具用钢时，应根据各种量具的不同特点、精度等级和制造方法、生产特点（单件或批量）等因素综合考虑。量具用钢应符合以下要求。

（1）耐磨性 量具的工作面必须有很高的耐磨性，才能在长期的使用过程中始终保持很高的精度。一般希望金相组织是在马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物或合金渗碳体，硬度>60HRC。

（2）尺寸稳定性 量具在使用和存放过程中应保持最小的尺寸变化，因而要求热处理后的量具残留奥氏体越少越好，残余应力越小越好。

（3）工艺性 良好的工艺性可以保证高的生产率，减少和避免磨削烧伤和磨削裂纹，同时在精研时可以得到理想的表面粗糙度。

（4）耐蚀性 量具在空气中保存，而且在使用过程中又经常接触手汗，因此要求具有较高的耐蚀性。除用不锈钢制作外，还可以采用镀铬等防蚀处理。

（5）热处理性 对于形状复杂、加工余量小或热处理后直接研磨的量具，常选用热处理后变形小的钢种，也可采取等温淬火或分级淬火，减少畸变。

（6）淬透性 尺寸较大或厚的量具，应选用淬透性高的钢种，以保证获得均匀一致的高硬度。

（7）对冶金质量的要求 由于量具的工作面要求有较高的精度和较低的表面粗糙度值，所以当钢中的非金属夹杂物、碳化物偏析等缺陷暴露在有表面粗糙度要求的表面时，就会给淬火后的研磨带来困难，并使量具在使用过程中易生锈。此外，非金属夹杂物还可能产生区域性的残余应力分布、碳化物偏析、带状组织等，从而导致物理性能和力学性能的各向异性，在热处理时就容易引起不均匀的变形。严重的碳化物偏析和带状组织也会造成难以清除的残留奥氏体不均匀分布，影响尺寸的稳定性。因此，量具用钢对退火组织、残留碳化物网、非金属夹杂物都有一定的技术要求，与钢厂订货时应考虑周到。

2.量具用钢的大致分类

（1）碳钢及低合金工具钢 这两类钢多用于制作低档次的通用量具。碳钢的淬透性差，当直径或厚度稍大时需水淬，畸变大，甚至淬裂，故仅适用于制作尺寸小、形状简单、精度低的样板、塞规等易于精加工的量具。用于制造量具的低合金工具钢有9SiCr、CrWMn、GCr15、9Mn2V。在我国，精度要求较高、尺寸要求稳定的量具，如块规、螺纹塞规、千分尺螺杆及其他量具的测头等，多采用GCr15SiMn钢制造。对于精密量具，为使其尺寸稳定，淬火后应作冷处理。

（2）渗氮钢 用渗氮钢38CrMoAlA钢主要制造花键环规之类形状复杂量具。先调质再精加工，可消除畸变。渗氮后只需精磨细研。经这样工艺处理的量具尺寸稳定性好，耐磨性高，并在潮湿空气中能防腐蚀。

（3）马氏体型不锈钢 常用的牌号有95Cr18、90Cr18MoV、30Cr13、40Cr13等，用于制造耐磨及不锈蚀的量具零件，如百分表量杆、卡尺尺身及尺框等。

（4）高合金工具钢 常用的牌号有Cr12、Cr12MoV等，用于制造使用频繁的量具或塞规、块规等基准量具。此类钢淬透性很高，热处理畸变小，尺寸大时也能获得均匀的淬火硬度，可用于制造形状复杂、尺寸较大的量具。

（5）渗碳钢 常用的钢有10、15、20、15Cr、20Cr、20CrMnTiA等。

渗碳层深度根据量具尺寸、形状及具体要求而定，一般为0.3～1.20mm。渗碳淬火后低温回火，表面硬度为60～63HRC。

也有采用45、50、55、60钢高频感应淬火的，为获得良好的基体组织及高的强度，高频淬火前往往先进行调质处理。

量具钢的选用应根据量具的不同特点和精度等级予以综合考虑。此外，还要酌情考虑钢的过热敏感性、强度、韧性，以及热膨胀系数等情况，以便合理选材和制订热处理工艺。

1.3.2 夹具用钢

夹具在不同的领域和行业有不同的分类方法和用途。本书所讲的夹具泛指机械行业冷、热加工所用的各种夹具，如各种切削机床所用的夹具，以及铸、锻、焊、热处理所用的夹具等。

1.夹具的种类及失效形式

机械制造所用夹具的零件结构特点及功能各有不同，主要有以下几类：

（1）夹具的轴类零件 规格小至销轴和销钉，大至传动轴及镗刀杆，其结构形式有曲轴、花键轴、丝杆和阶梯轴等。夹具轴类零件与机械设备的轴类零件使用情况不同，一般转速较低且不受大的冲击作用。因此，主要的失效形式是弯曲或扭曲而失去几何精度，以及因磨损而失去尺寸精度。

（2）夹具的支撑类零件 主要包括垫板、垫圈和支撑架及其夹具体等。其失效形式常因强度不够而发生压缩变形或弯曲、扭曲变形等。

（3）夹具的紧固类零件 紧固类零件主要包括螺栓、压板和各种形式的夹头、夹爪等。其失效形式常因发生塑性变形而报废。

（4）夹具的弹性零件 主要包括各种不同规格的螺旋弹簧、弹簧片和弹性夹头等。其主要失效形式是弹性松弛、因屈服强度低发生塑性变形，以及因有效截面小而引起的弹力不足等，有时也因弹性夹头的夹口被磨损或弹性段硬度过高而发生脆性断裂。

（5）夹具的传动零件 除包括前述的各种轴类外，还包括不同规格和形式的齿轮和带轮及棘轮等。夹具所用的齿轮一般转速低，所承受冲击力不大，失效的主要形式是磨损。

（6）夹具的定位零件 夹具的定位零件是其关键元件之一，主要是轴类中的销轴和销钉。失效的形式一般为硬度过低而发生剪切断裂或硬度过高而产生定位不紧、发生松动等现象。

由以上分析可以看出，夹具的性能与使用寿命是由组成它的各种零部件的性能和寿命共同决定的。夹具所需要的主要功能，通过其受力分析和常见的失效形式可以判断，是以适当的强度，即合适的硬度为基础，通过选材和热处理将弹性、韧性及其他性能调整到最佳状态。

2.夹具用钢

机床及工程上所用的各种夹具，对硬度、强度、弹性、韧性等均有严格的要求，所用的材料主要有9SiCr、65Mn、GCr15、60Si2MnA等。

1.3.3 五金工具和木工工具用钢

这两类工具用碳钢制作较多，规格品种上千，用材各异。下面列举几例。

1）用45、50钢制作的工具有：活扳手、呆扳手、鲤鱼钳、螺钉旋具等。

2）用T7、T8钢制作的工具有：中心冲子、钢丝钳、钳工錾子、钳工锤、大锤、铁皮剪、木工刨刀、木工圆锯片、木工斧头、手工锯、木工麻花钻等。

3）用T10A、T12A钢制作工具有：各类锉刀、手用锯条等。

1.3.4 农机具用钢

农机具是指除拖拉机、内燃机之外的一切农机具。农机具用钢比较复杂，很多是因地制宜，就地取材，在引进、消化改进、创新方面做了不少工作，使农机具的寿命不断提高。下面列举几例农机具用材，仅供参考。

1）犁铧用材：65Mn、65MnSiRE、85MnTiRE、稀土镁球墨铸铁，也有用低合金工具钢的。

2）犁壁用材：65Mn、35、Q275等。

3）耕耘机圆盘用材：65Mn、Q275等。

4）锄铲用材：65Mn、60Si2MnA、45、Q215等。

5）旋耕刀用材：65Mn、60Si2MnA、50CrVA等。

6）对剪毛机刀片：T12A、CrO6等。

7）秸秆与根茬切碎刀片用材：T8Mn、65Mn、GCr15、T9等。

8）筛片用材：20钢低碳马氏体、20或Q275钢氮碳处理。

9）轧棉花机用材：65Mn、55、08钢氮碳共渗。

10）小农机具（锄头、镐头、铁锹、镰刀等）用材：Q235、45、50、65、65Mn等，也有用夹钢的（工具本体用Q235，刀刃部分用65Mn）。

1.3.5 耐冲击工具用钢

开山辟路用的风镐、风凿及风铲等工具，在工作时受到较大的振动。常用钢的牌号有T7、T8、6CrSi、4CrSiV、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、6CrMnSi2Mo1、5Cr3Mn1SiMo1V、27SiMnNi2CrMoA等。

1.3.6 园林工具用钢

园林工具的种类不算多，它们用钢大都为结构钢，如45、50、60、65Mn，很少用合金工具钢。国外有一家除草机刀片用40MnVB钢制作，寿命比较高。