碳素工具鋼隨含碳量的增加，硬度和耐磨性逐漸提高，但韌性逐漸降低。
共析碳素工具鋼(T8)，加熱時易過熱，淬火時易變形和開裂。
碳素工具鋼材料來源廣，成本低，加工性能好，因而得到廣泛的使用。但是，這類鋼的熱硬性（紅硬性）低，當工作溫度超過250℃時，鋼的硬度和耐磨性就急劇下降。并且它的淬透性差，當工具的直徑或厚度大于15mm時，即使在水中也不能淬透。所以，它主要用于制造手用工具，以及低速和小走刀量的機用工具。
碳素工具鋼的熱處理包括球化退火、淬火及低溫回火。
(1)退火
碳素工具鋼鍛造后經空氣冷卻。因硬度高，不易進行切削加工；并且組織呈片狀珠光體，在淬火加熱時易局部過熱，冷卻過程中易變形開裂，不符合淬火要求，故應進行球化退火，以改善組織，降低硬度，改善切削加工性能，消除鍛造應力，并為淬火作好組織準備。退火后的組織為粒狀珠光體。
(2)淬火
淬火、回火是刀具的最后熱處理，熱處理質量好壞直接影響刀具的壽命。
①淬火加熱溫度與加熱時間。淬火是決定刀具質量最關鍵的工序。刀具的淬火，不僅保證獲得高的硬度，還應獲得高的強度、韌性和最小的變形。因此，淬火加熱溫度應根據鋼的臨界點來確定，同時應考慮性能要求，工件形狀、大小及加熱，冷卻介質等影響因素。
對于亞共析鋼（或共析鋼），應采用完全淬火，使其原始組織中的鐵素體完全溶入奧氏體，防止淬火后出現軟點；對于過共析鋼，應采用不完全淬火，即加熱溫度在Ac1以上30～50℃。以保證淬火后能獲得在馬氏體基體上均勻分布著小顆粒狀的過剩碳化物。
各種碳素工具鋼，在確定淬火加熱溫度時，應考慮形狀復雜、要求變形小的、尺寸小的，加熱溫度取下限；
而尺寸大、形狀簡單、變形要求不高的，加熱溫度取上限。
碳素工具鋼的淬火加熱時間，可按加熱時間系數計算，鹽爐25～30s/mm;電爐80～120s/mm。
碳素工具鋼的淬火加熱溫度
(3)回火
刀具淬火后應立即回火，以防止過大的淬火應力造成開裂。
為了保持高的硬度，并改善淬火鋼的塑性和韌性，碳素工具鋼一般采用低溫回火(150～180℃)。回火溫度的選擇應根據刀具的硬度要求確定。
①當要求高硬度(>62HRC)時應在150～160℃回火；
為了提高力學性能（塑性和韌性），可在180℃回火。
②硬度略低(60～61HRC)的，對螺紋工具（如板牙）也可用180～210℃回火。
碳素工具鋼的回火穩定性低，過高的回火溫度(250℃以上)，將會引起硬度的明顯下降，故生產中應嚴格控制回火溫度。
由于回火溫度低，所以，回火時間必須充分，一般為2～4h。若回火不足，刀具的脆性較大，使用中易崩刃，或在隨后磨削時易產生裂紋。
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