1. Značajke alatnog čelika za hladnu obradu
Najvažnija karakteristika alatnog čelika za hladnu obradu je njegova otpornost na trošenje. Osnovna metoda poboljšanja otpornosti na trošenje je povećanje tvrdoće čelika. Alatni čelik za hladnu obradu općenito se kali i popušta i koristi u stanju tvrdoće od oko 60HRC. Povećanje sadržaja C u čeliku može povećati tvrdoću. Osim toga, dodavanje Cr, Mo, V, W i drugih karbidnih elemenata, tako da čelik sadrži M7C3, M6C, MC i druge tvrde karbide, može dodatno poboljšati otpornost čelika na trošenje. Međutim, kada je količina karbida velika, žilavost i otpornost čelika na zamor se smanjuju. Stoga je potrebno odabrati odgovarajući alatni čelik za hladnu obradu prema namjeni.
2. Ugljični alatni čelik
Čelik s udjelom C od 0,55% ~ 1,50% i malo Si i Mn je ugljični alatni čelik. U JIS-u postoji 11 klasa ugljičnog alatnog čelika. Ugljični alatni čelik kaljen je na 750 ~ 840 stupnjeva i kaljen na 150 ~ 200 stupnjeva, a tvrdoća može doseći 54 ~ 63 HRC. Zbog malog broja legirajućih elemenata u ugljičnom alatnom čeliku, prokaljivost je loša, pa je potrebno provoditi kaljenje hlađenjem vodom. Čak i ako se voda ohladi, središte izratka se ne može očvrsnuti, samo je površina otvrdnuta, a tvrdoća središta je još uvijek niska. Najčešće korišten JIS ugljični alatni čelik je SK105 (1.05C-0.2Si-0.25Mn). SK105 se koristi za alate za rezanje, čelične šipke, šablone i matrice.
3. Legirani alatni čelik
JIS klasificira legirani alatni čelik u četiri kategorije: alatni čelik za rezanje, alatni čelik otporan na udarce, čelik za matricu za hladnu obradu, čelik za matricu za vruću obradu. Među njima postoji 10 razreda hladno obrađenog čelika za kalupe. Osim toga, postoje mnoge modificirane vrste čelika temeljene na JIS čeliku. Slijedi kratak opis karakteristika reprezentativnih vrsta legiranog alatnog čelika.
3.1 Niskolegirani alatni čelik
Sadržaj legiranih elemenata u čeliku za kalupe za hladnu obradu je relativno nisko legirani alatni čelik, a uobičajeno korištene kvalitete su SKS93 (1.05C-0.95Mn-0.4Cr) i SKS3 (0.95C{{10}}.05Mn-0.75Cr). Sadržaj Mn u ova dva razreda je oko 1%, SKS93 sadrži 0,4Cr, SKS3 sadrži 0,75Cr, što poboljšava prokaljivost čelika. Osim toga, SKS3 također sadrži 0,75% W za poboljšanje očvrsljivosti i žilavosti. Niskolegirani alatni čelik koristi se za oštricu, mjeru, matricu itd.
3.2 Alatni čelik za hladnu obradu s visokim C i Cr
Najpoznatija klasa alatnog čelika za rad u hladnom stanju s visokim C i Cr je SKD11 (1.5C-12Cr-1Mo serija). Najveća značajka SKD11 je njegova dobra otpornost na habanje. Zbog visokog sadržaja Cr, u matičnoj fazi nalazi se grubi Cr karbid (M7C3), koji poboljšava otpornost na trošenje. Prokaljivost SKD11 je dobra, a ravnomjerna tvrdoća jezgre može se postići hlađenjem zrakom. Temperatura gašenja SKD11 je 1000 ~ 1040 stupnjeva. Ovo je uobičajeno korištena temperatura kaljenja u pećima za vakuumsku toplinsku obradu. Alatni čelik za hladnu obradu s boljom otpornošću na trošenje od SKD11 je SKD1 (serija 2C-12Cr). Sadržaj C i Cr u SKD1 je veći nego u SKD11, tako da je količina grubih Cr karbida također veća, što SKD1 čini alatnim čelikom visoke otpornosti na trošenje. Zbog velike količine Cr karbida, žilavost i otpornost na zamor nisu tako dobri kao SKD11. Budući da je temperatura kaljenja SKD1 950 stupnjeva, što se razlikuje od uobičajeno korištene temperature kaljenja, a kaljivost je loša, mora se kaliti u ulju. Dakle, SKD1 se rijetko koristi.
3.3 8%Cr alatni čelik za hladnu obradu
Iako 8%Cr čelik nije uključen u JIS standarde, naširoko se koristi. Na temelju SKD11 prilagođen je sastav čelika i glavni sastav je 1C-8Cr-2Mo. Pozadina 8% Cr je da je 1970-ih EDM obrada kaljenog i poboljšanog čelika za kalupe bila vrlo uobičajena, ali se pojavio problem pukotina uzrokovan EDM obradom. Glavni razlog za pojavu pukotine je to što abnormalni sloj nije dovoljno uklonjen, ali zaostalo naprezanje i žilavost pri kaljenju također su nedovoljni. Zaostalo naprezanje može se učinkovito eliminirati primjenom kaljenja na visokoj temperaturi. Ali SKD11 nakon tretmana kaljenja na visokoj temperaturi ne može dobiti potrebnu tvrdoću, a žilavost nije dobra. Stoga, na temelju SKD11, smanjenje C i Cr za poboljšanje žilavosti, dodavanje više Mo, tako da čelik također može dobiti visoku tvrdoću od 62HRC nakon kaljenja na visokoj temperaturi, tako da se formira 8% Cr čelika. Otpornost na habanje od 8%Cr nije tako dobra kao SKD11, ali zbog svojih izvrsnih sveobuhvatnih performansi, još uvijek se široko koristi i standardna je klasa alatnog čelika za hladnu obradu paralelno sa SKD11. Od tada je razvijena poboljšana kvaliteta 8%Cr čelika.
