Il contenuto di carbonio è un fattore primario per determinare la durezza, la resistenza e la resistenza all'usura di barre rotonde in acciaio utensile . Gli acciai per utensili con un contenuto di carbonio più elevato, in genere intorno allo 0,5% all'1,5%, sono più difficili e resistenti all'usura, rendendoli ideali per utensili da taglio, stampi e stampi. Gli acciai ad alto contenuto di carbonio, come D2 e O1, sono ampiamente utilizzati per applicazioni di lavoro a freddo in cui la durezza è fondamentale. Tuttavia, un aumento del contenuto di carbonio può portare a una riduzione della tenacità, il che rende gli acciai a basso contenuto di carbonio più adatti per la forgiatura o gli strumenti di stampa, in cui la resistenza all'impatto è più importante della durezza. Ad esempio, l'acciaio per utensili S7 viene spesso utilizzato per gli strumenti che devono resistere a gravi impatti.
Il cromo è un elemento di lega critico che migliora la durezza, la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione delle barre rotonde in acciaio dell'utensile. Migliora anche la intensurabilità dell'acciaio, garantendo una durezza uniforme attraverso il materiale durante il trattamento termico. Gli acciai per utensili con un contenuto di cromo più elevato, come D2 (Acciaio per utensili da lavoro a freddo) e H13 (acciaio per utensili da lavoro a caldo), presentano un'eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione, rendendoli adatti alla formazione fredda e alle applicazioni di produzione di stampi. La presenza di cromo migliora anche la resistenza alla fatica termica, che è cruciale per gli strumenti sottoposti a temperature fluttuanti in operazioni come la fusione o la forgiatura.
Il molibdeno migliora la resistenza ad alta temperatura, la resistenza all'usura e la difficoltà dell'acciaio per utensili. Stabilizzando la struttura dell'acciaio a temperature elevate, il molibdeno garantisce che il materiale mantenga la sua resistenza e tenacità, anche in calore estremo. Questa proprietà produce acciai per utensili ricchi di molibdeno come H11 e H13 ideali per gli strumenti di fusione e forgiatura, dove sono esposti ad alte temperature e stress. Il molibdeno aumenta anche la resistenza alla fatica termica, il che aiuta a prevenire crack o deformazioni in condizioni di calore fluttuanti. Di conseguenza, è un elemento essenziale negli acciai per utensili da lavoro a caldo utilizzato per i fonderie e le operazioni di lavorazione dei metalli.
Il vanadio contribuisce a migliorare la tenacità, la resistenza all'usura e la forza negli acciai per utensili. Riflette la struttura a grano dell'acciaio, rendendo più duro e resistente all'usura sotto carichi pesanti o operazioni ad alta velocità. Gli acciai per utensili contenenti vanadio, come M2 (acciaio ad alta velocità), sono comunemente utilizzati per utensili da taglio, trapani e fresate, in quanto mantengono la conservazione dei bordi e le prestazioni elevate durante la lavorazione ad alta velocità. Il vanadio migliora anche la resistenza al calore degli acciai per utensili, consentendo loro di resistere alle temperature elevate riscontrate in applicazioni ad alte prestazioni come il taglio e la macinazione dei metalli.
Il nichel migliora la tenacità e la duttilità, consentendo all'acciaio per assorbire l'impatto e resistere al cracking. Migliora anche la resistenza alla corrosione, che è benefica per gli strumenti esposti all'umidità o alle sostanze chimiche. Gli acciai per utensili con un contenuto di nichel più elevati, come S7, sono comunemente utilizzati nelle applicazioni che richiedono resistenza agli shock e nella capacità di resistere a un forte impatto senza fallimento. Queste caratteristiche rendono gli acciai per utensili legati al nichel ideali per strumenti di stampa, martelli, pugni e altri strumenti esposti al carico e allo shock dinamici.
Il tungsteno viene aggiunto agli acciai per utensili per aumentare la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura ad alta temperatura. Migliora la capacità dell'acciaio per mantenere le prestazioni a temperature elevate, che è essenziale per le operazioni di taglio e fresatura ad alta velocità. Gli acciai per utensili con tungsteno, come T1 (acciaio ad alta velocità), vengono utilizzati negli strumenti di lavorazione in cui il taglio rapido genera calore sostanziale. Il tungsteno aumenta anche la resistenza all'abrasione e all'usura, rendendolo ideale per gli strumenti utilizzati in applicazioni con contatti ad alta velocità continua, come esercitazioni e pale di sega.3
