工具钢的化学热处理与表面强化工具钢耐磨性能 工具钢韧性 工具钢寿命提高 工具钢加工性能
化学热处理与表面涂层的作用
工具对材料表面性能和内部性能有不同的要求。单纯着眼于改变工具材料的成分或整体热处理，往往顾此失彼，针对不同工具的使用情况，把材料的选择、整体强韧化和表面强化合理结合起来，则有望取得较佳效果。因此，工具钢化学热处理和各种硬质涂层技术，日益为人们所重视，其作用大致如下：
（1）大幅度提高工具表面耐磨性
工具钢的耐磨性与钢中碳化物的类型及数量密切相关，在各种合金工具钢中以Cr12钢的含碳量最高，在淬火回火状态下碳化物的数量最多，成为现有工具钢中耐磨性最好的钢种。如果进一步提高高碳高铬钢中碳的含量，将使强韧性显著下降，而且难以锻造，所以通过改变钢的成分来提高耐磨性的潜力是有限的。而常用的化学热处理和硬质涂层方法提高耐磨性的潜力则大得多，应用于以磨损方式失效的工具，能大幅度提高工具使用寿命和适应更严酷的使用条件（例如高速切削、磨粒磨损、干摩擦等）。
（2）解决耐磨性与韧性之间的矛盾
耐磨性与韧性的矛盾常常是决定工具使用寿命的关键，就整体合金化和整体热处理而言，提高表面耐磨性的各种措施常常伴随韧度下降。化学热处理和表面超硬涂层技术，则可以在大幅度提高表面耐磨性的同时保持基体材料的强韧性，进而还可以根据使用特点适当降低钢的含碳量或调整淬火温度以提高基体的强韧性，制造出具有优异的综合性能和高寿命的工具。
（3）提高工具表面耐高温性能
热挤压模、压铸模等热作模具，要求工作面有高的热强度、高温耐磨性和热疲劳强度。提高钢中合金元素或碳的含量，或提高淬火温度使更多的合金元素和碳溶入基体，固然可以提高热强度，但往往使钢的韧性下降。影响热疲劳抗力的因素则比较复杂，提高热强度有利于提高热疲劳抗力，但是基体中合金元素含量增加会降低钢的热导率，则是促进热疲劳裂纹形成的因素之一，所以通过调整钢的成分和整体热处理的途径提高工模具的高温性能，也有一定局限性。在合理选择钢的成分和整体热处理工艺的基础上，采用渗氮、渗硼、表面硬质涂层或碳氮共渗后淬火等工艺，可以显著提高热作模具钢高温耐磨性和抗咬合能力，降低摩擦系数，同时保持基体的韧性和导热性，可望收到提高热作模具寿命的效果。
（4）降低表面摩擦系数，改善模具受力状况。
化学热处理和表面硬质涂层降低了表面摩擦系数，从而降低成形阻力，改善模具受力状况，有利于提高工具的使用寿命，尤其是所承受的应力已接近抗压屈服强度的黑色金属冷挤压模和冷锻模等，效果更明显。
（5）解决工具钢的使用性能与可加工性的矛盾
提高钢中合金元素和碳的含量可以提高工具钢的硬度、耐磨性或高温强度等使用性能，但常常导致锻造和可切削性能下降，增加了工具制造的难度和成本。用化学热处理或表面涂层的方法提高工具的使用性能，就有可能适当降低钢的合金元素或碳的含量，是解决工具使用性能与可加工性之间的矛盾的合理途径。
渗氮、物理气相沉积、离子注入、化学镀等表面强化方法，处理温度比较低，畸变很小，在工具加工成形之后进行处理即可投入使用，从而简化了制造流程，降低了制造成本。
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