Hladno obdelano orodno jeklo se uporablja kot merilo, jeklo, izsekavanje in druga orodja ter vtiskovanje, kovanje, valjanje, valjanje in drugi kalupi, rezanje, upogibanje, vtiskovanje, stiskanje in druga obdelava. Pri teh postopkih kalupi prenašajo visok površinski pritisk in udarno obremenitev, večina kalupov pa se zavrže zaradi obrabe, vročega lepljenja, padanja mesa, razpok in drugih razlogov. Zato hladno obdelano jeklo zahteva visoko trdnost, visoko odpornost proti obrabi, visoko odpornost proti utrujenosti in visoko žilavost.
1. Značilnosti orodnega jekla za hladno obdelavo
Ujemanje zmogljivosti glavnih orodnih jekel za hladno obdelavo. Tabela 1 prikazuje kemično sestavo glavnih orodnih jekel za hladno obdelavo. Najpomembnejša lastnost orodnega jekla za hladno obdelavo je njegova odpornost proti obrabi. Osnovna metoda za izboljšanje odpornosti proti obrabi je povečanje trdote jekla. Orodno jeklo za hladno obdelavo je na splošno kaljeno in popuščeno ter se uporablja v stanju trdote približno 60HRC. Povečanje vsebnosti C v jeklu lahko poveča trdoto. Poleg tega lahko dodajanje Cr, Mo, V, W in drugih karbidnih elementov, tako da jeklo vsebuje M7C3, M6C, MC in druge trde karbide (tabela 2), dodatno izboljša odpornost jekla proti obrabi. Ko pa je količina karbida velika, se zmanjšata žilavost in odpornost proti utrujenosti jekla. Zato je treba izbrati ustrezno orodno jeklo za hladno obdelavo glede na uporabo.
2. Ogljikovo orodno jeklo
Jeklo z vsebnostjo C 0,55 ~ 1,50 % ter malo Si in Mn je ogljikovo orodno jeklo. V JIS je 11 razredov ogljikovega orodnega jekla. Ogljikovo orodno jeklo se kali pri 750 ~ 840 stopinjah in popušča pri 150 ~ 200 stopinjah, trdota pa lahko doseže 54 ~ 63 HRC. Zaradi malo legirnih elementov v ogljikovem orodnem jeklu je kaljivost slaba, zato je potrebno kaljenje z vodnim hlajenjem. In tudi če je voda ohlajena, središča obdelovanca ni mogoče utrditi, samo površina je utrjena, trdota središča pa je še vedno nizka. Najpogosteje uporabljen razred ogljikovega orodnega jekla JIS je SK105 (1,05C-0.2Si-0.25Mn). SK105 se uporablja za rezalna orodja, jeklene palice, šablone in matrice.
3. Legirano orodno jeklo
JIS razvršča legirano orodno jeklo v štiri kategorije: rezalno orodno jeklo, orodno jeklo, odporno na udarce, hladno obdelano jeklo, vroče obdelano jeklo. Med njimi je 10 razredov jekla za hladno obdelavo. Poleg tega obstaja veliko modificiranih vrst jekla, ki temeljijo na jeklu JIS. Sledi kratek opis značilnosti reprezentativnih vrst legiranega orodnega jekla.
3.1 Nizkolegirano orodno jeklo
Vsebnost legirnih elementov v rezilnem jeklu za hladno obdelavo je sorazmerno nizkolegirano orodno jeklo, običajno uporabljeni kakovosti pa sta SKS93 (1.05C-0.95Mn-0.4Cr) in SKS3 (0.95C{{10}}.05Mn-0.75Cr). Vsebnost Mn v teh dveh razredih je približno 1%, SKS93 vsebuje 0,4Cr, SKS3 vsebuje 0,75Cr, kar izboljša kaljivost jekla. Poleg tega SKS3 vsebuje tudi 0,75 % W za izboljšanje kaljivosti in žilavosti. Nizko legirano orodno jeklo se uporablja za rezalni rob, merilo, matrico itd.
3.2 Orodno jeklo za hladno obdelavo z visokim C in Cr
Najbolj znan razred orodnega jekla z visoko C in Cr za hladno obdelavo je SKD11 (serija 1,5C-12Cr-1Mo). Največja lastnost SKD11 je dobra odpornost proti obrabi. Zaradi visoke vsebnosti Cr je v matični fazi grobi Cr karbid (M7C3), ki izboljša odpornost proti obrabi. Kaljivost SKD11 je dobra in enakomerno trdoto jedra je mogoče doseči z zračnim hlajenjem. Temperatura kaljenja SKD11 je 1000 ~ 1040 stopinj. To je običajno uporabljena temperatura kaljenja v pečeh za vakuumsko toplotno obdelavo. Orodno jeklo za hladno obdelavo z boljšo odpornostjo proti obrabi kot SKD11 je SKD1 (serija 2C-12Cr). Vsebnost C in Cr v SKD1 je večja kot v SKD11, zato je večja tudi količina grobih Cr karbidov, zaradi česar je SKD1 orodno jeklo z visoko odpornostjo proti obrabi. Zaradi velike količine Cr karbidov žilavost in odpornost proti utrujenosti nista tako dobri kot SKD11. Ker je temperatura kaljenja SKD1 950 stopinj, kar se razlikuje od običajno uporabljene temperature kaljenja, kaljivost pa je slaba, ga je treba kaliti v olju. Zato se SKD1 redko uporablja.
Na osnovi SKD11 so bila razvita različna izboljšana jekla za različne namene, ki so se široko uporabljala.
