1.一般工程钢（淬火和回火钢）
经过简单正火处理后的碳素钢（碳含量0.25—0.60％，最大含mn量1.
0％），广泛应用于棒条、一般工程锻件、落垂锻件中。对于给定的材料的最佳性质组合只体现在不超过一定尺寸的组件中，对于碳钢来说，这个尺寸很小（低限制的最大截面）。
这些碳素钢经过淬火和回火后可以获得优良的拉伸强度、屈服强度、延伸性和抗冲击性。任何一种钢都有一个最小的冷却速度以产生有效硬化。同样，热量被淬火介质吸收的速度也会受到最大截面的影响。
虽然有可能通过淬火来硬化特定钢材的小截面，但对于同一钢材的大截面，就不一定了。这种质量效应和尺寸效应深深地影响着用于淬火和回火的钢的选择。对于碳素钢来说，要达到满意的硬化效果，冷却速度必须很大，因此，能进行理想热处理的钢材，截面尺寸是有限制的。
而且，在金属中发生相变的参数是其均匀性质是不能赋予给超过一定厚度的工件，因为中心和截面表面之间出在不同的冷却速度。更进一步说，具有高拉伸强度的普通钢，通常带有相对低的屈服点，并且延展性和韧性都低。因此，普通碳素钢仅仅可能获得中等的拉伸强度水平与合理的延展性和韧度。
因此，想获得大尺寸和高的拉伸强度的要求，就需要用一种即使在低的淬火热吸收率下也能得到有效硬化的钢。通过使用合金钢，这些难题便迎刃而解。
通过加入合金元素，如锰、镍、铬、钼、钒，降低了使钢有效硬化的最低冷却速度，这取决于添加元素的含量或元素的组合。此外，组件的畸变和裂纹也减少了。多种合金元素总和的应用比单一元素更为广泛。
这是由于有很多种元素同时存在的任一截面起的效果比起有等值的单一元素存在的截面起的效果要大。此外，某些元素具有的缺点会抵消它们的优点，这就有必要限制它们在金属中的量。我们也能发现，某些元素组合各自所具有的优点抵消各自的缺点，同时其他优点共同起作用。
铬的单一使用会使晶粒粗化，而镍在长时间加热时也能使含碳量高的钢产生碳化。铬能够稳定碳化物的出现，而镍帮助晶粒优化。因此，二者组合使得钢在两种观点中得以应用。
再者，铬和镍有助于强化金属，提高硬度和韧性。
通过选择合适的合金元素，并加以恰当的热处理，便可以得到大的拉伸强度，同时还具有高的屈服系数，出色的延伸性与韧性，改良的耐磨性能和其它特殊性能。
在某些特定钢中能获得的最大硬度是碳含量的一个函数，而能否产生此硬度所需的冷却速度则取决于合金的含量。淬火时，当横截面增大，内部冷却率减小，因此，截面越厚，用于产生任一特性的合金的量也要增多。因此，钢的应用不仅受热处理中要求的机械性能的影响，也受到热处理的最大截面的影响。
合金钢的有限数量使得特殊应用中钢的选择极其困难，而且，事实上，在大多数情况下，有相当多的钢表现出同样优良的性能。钢的应用主要取决于相关的优点，除了硬度外，还应考虑成本与不同材料是否具有相似的可利用性。表16.
1给出不同的国际标准钢的种类，而且数据单给出了相应的应用。
2、冷作合金工具钢。
冷作钢获得广泛的应用。为了满足这样大的需求，不同的成分构成是必需的。它们被加入合金元素铬、钒、铬-钨、铬-钒等等。
对耐磨性要求非常重要的全部冷加工的应用，这组钢构成了最重要的合金钢类型。使用冷作钢制造的工具应用在表面温度不超过200'c的地方。在这个温度范围，它们必需拥有以下性能来保证抵抗来自众多加工和整型过程的高应力。
它们应该拥有较高的硬度、耐磨性、韧性、耐压性和抗冲击性，还要在淬火和回火时拥有高的尺寸稳定性。
这些钢能够分成明显的3类：
1.低合金工具钢。
2.高碳高铬模具钢。
3.特别耐磨冷作钢。
与碳素工具钢相比，低合金钢能够获得高度的硬度，耐磨性和尺寸稳定性。与高碳高铬模具钢相比，它们以耐磨性为代价提高了机械加工性能和韧性。因此这种钢被推荐使用在高的碳含量会显得太脆的应用上。
要兼具不错的耐磨性和优越的韧性，这种钢是合适的。对于经过淬火和回火后必须保持形状的复杂的模具，这种钢也是非常有用的。因此它们广泛使用在木工工具，耕作和冲裁模，冲床，拉深模等切削和冲压工具。
它们在高温下比碳素钢或者其他低合金钢具有更高程度的抗氧化性。
高碳高铬冷作钢。这种钢的耐磨性比低合金淬火钢更高。在不含有钒或其他特别的碳化物的情况下，全部高碳高铬类型的钢的耐磨性大约是普通碳素钢的8倍。
高碳高铬钢中也有不同的耐磨性。然而，这主要产生于碳含量的变化。当大比例的铬的存在时，即使在较大的截面上也会产生高的淬透性和硬度。
这种钢拥有最好的尺寸稳定性。
特别耐磨冷作钢。由于存在更高比例的钒，这种钢比高碳高铬钢具有更高的耐磨性。碳化钒的存在是尺寸稳定性好而机械加工性能差的主要原因。
这些钢使用在要求最大的耐磨性和生产成本是次要的地方。特别地推荐为它们为不锈钢制造中使用的拉拔模和成型模。
使用的不同类型的国际标准的钢在**20.1给出了。特定类型的钢的应用、性能、化学成分和热处理方法在数据表20.1-20.22给出了。
4、热作工具钢。
热作钢构成一种特殊类型的钢，主要用于在高温下金属成型操作的工业应用中。术语热加工覆盖了所有的应用，除了操作温度高于200℃的切削工具。在更高温度下，这种钢除了具有良好的热导性，还应该具有高度的硬度、红硬度、耐磨性、韧性。
只有由这种钢材形成的工具才允许在高温下经济地形成铁和有色金属。用热作工具钢做成的模具主要用于压铸和挤压铝和铜合金。它们还用于铜合金和成型钢热挤压的工具。
因此这种加工工具要暴露出严格的热应力和机械应力必须要求有几种特殊性质的工具材料。从实际经验发现，热作钢是暴露在室温至800℃之间，因为热加工操作工具不保持在一个稳定的温度，但都暴露在相当大的热量波动范围内。这可能增加众所周知的“热开裂”。
热开裂出现在工具表面上是由于重复的接触热金属以及被强加到工具上的温度波动。这工具或其表面接触到被加工的热金属，是由于受到热震动。结果这受热层的体积增大了。
这层表面膨胀度的变化及下面较少的受热层，由于后续冷却形成了颠倒的压缩压力。因此一个持续循环的交流应力就产生了。一旦超过容许的拉应力，这种循环压力就会带来塑性变形，甚至是材料的断裂。
热作工具**现的热烈纹通常以网状“龟裂纹”的形式被命名为“热开裂”。它是最常见的热裂形式。因此它是必要的。
为了延误出现在表面上的激冷裂纹组成物，热作工具钢应当具备良好的抗热烈性，结果在表面区域出现频繁的温度变化。为了避免出现在边缘或者凹陷里的裂纹，它应该有一个好的热强度。工具受到大的影响，或者拉应力在高温下，应该具备高强度，高红硬性。
除了上述要求，它还应该具有低零件加工倾向，高的耐腐蚀性，高温腐蚀和抗氧化性，宽度稳定性等。
因此一个适当的热作工具钢应当具有高的屈服强度，耐腐蚀性，良好的延展性和韧性。要实现上述特性必须添加合金元素，例如钨，钼，鉻，钴，钒等，并保持所需的韧性，在这些等级的钢中碳含量维持在0.3%-0.
4%。因此这些钢被高度合金化，它们具有足够高的可硬性和取决于工具大小的淬火介质的选择。
含钨量高的钢具有较高的红硬性，加上优良的抗热裂性，高的耐腐蚀性。因此它们被推荐用于在高温操作下要求有最大周期寿命的工具，如挤压模具，热锻模具，压铸模具等等，这些地方都是工具不断地在接触热金属。然而，它们有最小的抗热应力和机械冲击的性能，不提倡用于在形成过程中服从间歇水冷或是遭遇强烈的震动影响。
对于这样的条件，必须在钼和鉻的钢或者含钨量较低的钢之间选择。含有钼的热作钢具有较高的韧性和抗疲劳强度。
含鉻5%的钢容易被空气硬化，它具有优良的抗热开裂性和有高度的韧性。它们被推荐用于各种操作温度不是很高或者有水冷却或者工作表面是值得的的工具中。这些工具可能比含钨10%和钼的钢在较低温度被空气硬化，由于热处理，随之发生的变形和破裂危险能够被控制在最低限度。
表21.1给出了国际标准钢和数据表21.1到21.
9给出了化学成分，应用及热处理不同类型的国际标准钢。
6、不锈钢。
合金钢是一种耐腐蚀的合金钢。这种钢铬含量多于12％，含有或不含有其它合金元素。顾名思义，不锈钢比碳钢和低合金钢的抗腐蚀性更好。
这种优良的抗腐蚀性归功于铬在铁中作为一种合金元素的影响，它导致钢的表面形成薄的氧化层cr2o3。它还能提高高温下的抗氧化性，一般来说与使用的合金含量成比例。它们显示了非凡的强度和韧性。
一般来说，钢中添加一个或一个以上的以下合金元素：钼、镍、钛、钶、铝、磷、硫、硒。这些合金元素改良了不锈钢，使其可以用在特殊的用途。
根据其化学成分和热处理工艺，这些钢可分为以下几类：1、马氏体不锈钢。2、铁素体不锈钢。
3、奥氏体不锈钢。
1、 马氏体不锈钢。
马氏体不锈钢的主要特性是其可淬硬性。它具有高硬度和高强度，但一般不适用于焊接。与其它碳钢相比它们的腐蚀最慢。
它获得的硬度取决于碳含量，其范围在0.1％到最大0.8％之间。钢中碳含量的增加导致抗腐蚀性的降低，因为碳化物的形成是与固溶体中的铬含量的消耗有关。
当制造加工要求可塑性和柔韧性，以及部件使用于非高压状态时，通常使用含c量为0.12％的钢。在淬火和回火时，c含量的进一步增加会使抗拉强度在60～90kmf/m㎡范围内变化，并生成合理的韧性和延展性。
在这种情况下，钢在那些要求轻微的抗腐蚀性的地方具有很多有用的一般应用。在淬火和轻度回火情况下，随着c含量的增加，可以得到160kgf/m㎡的拉伸强度和较低的延展性。
当要求材料要有优良的机械加工性能或自由切削性能，可采用与锆和铜有关的含s量高的钢。这些钢可淬火和回火。在腐蚀不严重的环境中，可使用含铬12％～14％的钢。
例如，在液压传动装置、蒸汽和油泵汽阀门和其它工程零件中。
由于它们的空气硬化倾向，这些钢不适于焊接，也不适于与有色金属（黄铜、青铜、炮铜、轴承）和有石墨表面相接触的曲轴和工作部件的制造。在400～500℃温度范围内对这种钢进行回火是不可取的，因为它们会导致冲击强度的降低，也会显著减少一般的抗腐蚀性。
2、 铁素体不锈钢。
铁素体不锈钢含17％～20％铬，比马氏体不锈钢的抗腐蚀性稍好一些。这些钢一般都不适合通过热处理来硬化。但在软化的条件下，它们具有优良的抗腐蚀性和可塑性。
它们主要用于连续压延、轧制成型的冷轧板和带材。它们可以冷加工或是热加工，并具有铁磁性。它们可以焊接，但某些钢的焊接区会变脆。
比起马氏体，高温下这种钢的强度要低些。但是抗腐蚀性和抗氧化性通常更胜一筹。
铁素体不适合用于零度以下的操作加工，因为在这种条件下，它们容易造成脆化失效。
3、奥氏体不锈钢。
顾名思义，奥氏体不锈钢在试问下具有奥氏体的显微组织）（虽然它们可以通过冷加工被稍微强化，但不能通过热处理得到更大程度的淬硬。它们可以通过从大约1000℃快速冷却而被软化。它们是完全或基本上无磁性的，除此之外，它们具有显著的抗腐蚀性和抗氧化切削性能，以及高温下，优良的机械加工性能。
它们还具有优良的可焊接性，特别是对于碳含量低的变体。
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