碳素模具钢：由于碳素模具钢具有加工性能好、价格便宜、原料来源方便等优点，广泛地用于制造形状简单的小型模具或精度要求不高、使用寿命不需要很长的模具。对于冷作模具钢，一般采用含碳量在0.7%~1.3%的高碳碳素模具钢（即碳素工具钢）制造;对于塑料模具，一般采用含碳量为0.4%~0.6%的碳素塑料模具钢制造，下面分别叙述。
碳素工具钢的一般特性：碳素工具钢的含碳量在0.7%~1.3%范围内。其主要的特点是热处理后可得到高硬度和高耐磨性;退火硬度低、加工性能良好;生产成本低、原材料来源方便，因此被广泛采用制造模具。但是，这类钢的红硬性差，当工作温度高于250℃时，钢的硬度和耐磨性急剧下降。而使模具失去工作能力。另外，其淬透性低，较大的模具不能淬透，如有效厚度大于15mm的模具，水淬只能使表面层得到高硬度，而且由于表面与中心部分之间的硬度相差很大（淬硬层 60~65HRC，中心部分40~45HRC），模具淬火时容易形成裂纹。工具钢的淬火温度范围窄，淬火变形大，因此在热处理操作中要严格控制温度，以防止过热、脱碳和变形。因此，较大的模具采用碳素工具钢来制造是不适宜的。
当钢中碳含量在 0.6%以上时，随着含碳量的增加，淬火硬度较缓慢地增加。对于有效厚度为1~5mm 的模具，水淬后，当含碳量为0.6%~0.7%时，硬度可达到 62~63HRC。但对于尺寸较大的模具，要获得同样高的表面硬度，必须使碳含量增加到 0.8%~0.9%，这是由于截面大的模具冷速较低，冷却时奥氏体中有少量的渗碳体析出，从而减少马氏体中的碳含量所致，当钢中碳含量增加到0.9%~1.0%以上时，硬度可提高到 65HRC。
碳素工具钢大多在低温回火后使用，回火时硬度有所降低，下降趋势亦与碳含量有关，碳含量较高的钢，回火时硬度降低较少，这是由于钢中析出的碳化物颗粒较多而阻止硬度的下降。硬度与耐磨性有很大的关系，实践表明，工具钢的硬度在 60~62HRC 以下时，耐磨性急剧降低。除了硬度之外，工具钢的耐磨性还与显微组织中的残余碳化物数量的多少、大小、形状和分布有关，例如，在硬度基本相同的情况下，碳含量为1.1%的过共析碳素工具钢的耐磨性就比碳含量为0.8%的共析碳素工具钢来得好，T12 钢也应该比 T10 钢的耐磨性稍高。但是，碳含量过高时，由于渗碳体量增多，渗碳体颗粒可能变得粗大和分布不均匀，当受摩擦时，易使这些渗碳体从金属基体中剥落。
碳含量对于经淬火及低温回火后钢的强度和塑性也有影响，对于亚共析钢而言，随着碳含量的增加，淬火后钢的强度增加，到碳含量为0.6%~0.7%时，达到大值;随后则降低，接近共析成分时为低。当碳含量超过1.15%时，由于渗碳体分布不均匀，强度又下降总的说来，随着碳含量的增加，钢的韧性逐渐下降。
碳素工具钢通常用电弧炉或平炉进行冶炼。由于钢中的碳含量较高，导热性较差，在热加工时，钢锭或大型钢坯加热时的装炉温度不宜过高，升温速度（尤其是在低温下）不宜过快，以免产生过大的热应力而造成裂纹。加热时必须钢材烧透;但是，在高温停留时间不宜过长，以免造成严重脱碳。热加工（锻、轧）时，要热加工后钢中网状碳化物能够大部分被破碎。因为钢中存在不均匀或粗大碳化物，会使钢材质量变坏，切削加工变得困难、模具在热处理时容易开裂、热处理后的硬度不均匀、使用时易崩刃。因此，锻、轧热加工碳素工具钢时，必须要有适当的压缩比（一般大于 4）;对于碳含量高的T12 及T13 钢，有时还须采用镦粗拔长的方法来进行锻造，以使钢中的碳化物均匀细化。碳素工具钢的终锻、终轧温度一般以 800℃左右为宜，锻、轧加工后应迅速冷至 650℃，然后进行缓冷，以免析出粗大或网状的碳化物。
热加工后的碳素工具钢具有珠光体组织，硬度较高，而且其组织也不符合终热处理的要求。为了改善钢材的切削加工性能和为终热处理作组织准备，需要进行球化退火，退火后的组织和硬度应符合 GB 1298—2008 的要求;在钢中不允许有连续网状的碳化物存在，破碎的网状碳化物按 GB 1298—2008 标准所附的第二级别图评定。
淬火后得到马氏体组织，使模具钢具有高硬度和耐磨性。淬火后不可避免地存在一定数量的残余奥氏体和粗大的马氏体，降低钢材的机械强度并增加脆性，故对于用高碳钢制造的模具淬火马氏体级别有一定的限制。否则模具使用时易发生脆性损坏。碳素工具钢的淬火加热温度一般根据钢的临界点来选择，取A，以上 30~50℃，但A.点高的钢，淬火温度也可以高一些。为了提高尺寸较大模具的表面硬度，可考虑采用较高的淬火温度。小尺寸的模具，可以选择较低的淬火温度以得到良好的力学性能。为了减少模具的淬火变形及开裂，在尺寸大小或使用条件允许的情况下，应选用冷却能力较缓慢的冷却介质，此时，可采用较高的淬火温度。例如，在油或硝盐中淬火的模具，加热温度比水淬的提高 20℃左右，以便仍能得到较深的淬硬层和较高的硬度。由于提高淬火温度而引起力学性能的降低，可由冷却缓慢使淬火内应力的减少得到一定程度的抵消。若原始组织中为细片状和点状珠光体组织，加热时渗碳体易溶解，应选择较低的加热温度;具有粗球化珠光体组织的钢，可选择较高的淬火加热温度。淬火保温所需要的时间，必须模具内部达到淬火温度并形成碳浓度均匀的奥氏体，否则淬火后将不能得到良好的性能。当然，过长的保温时间，也会使模具过热、表面脱碳、浪费能源和降低生产率。在淬火加热时，为了防止模具表面的氧化和脱碳，-般在盐浴中进行加热。因为碳素工具钢淬透性低，对于有效厚度为 5mm 的模具一般用油淬;有效厚度为5~10mm 的模具，可在 150~160℃的硝盐浴中分级淬火;有效厚度为10~ 15mm 的模具，可在 140~160℃的碱浴中分级淬火;有效厚度为 15-~18mm 的模具，在水中可以淬透，但容易产生很大的内应力和变形，因此，碳索工具钢仅适宜制造小截面的模具。碳素工具钢在淬火后具有高硬度，但存在淬火内应力，塑性低、强度也不高，必须经过回火，以改善其力学性能。低温回火时，在钢中s-碳化物（Fe，C）从马氏体中析出，具有很高的弥散度、马氏体中碳含量下降，钢的硬度有点降低，但是强度和塑性提高，从而减少了模具的崩刃现象。随着回火温度的提高，钢中的残余奥氏体量减少，至 250℃基本上分解完毕。高于200℃回火、钢的硬度、强度性能迅速下降。因此，使用碳素工具钢制造的模具，一般采用低温回火（≤200℃），对于制造锻模用的模具钢，为了得到高的韧性，回火温度可提高至 350~450℃。
亚共析成分的碳素工具钢，如T7 钢具有较好的塑性和强度，适于制作承受冲击负荷的工、模具（如锻模、凿子、锤子等）和切削软材料的刀具（如木工工具）。T8、T9 钢淬火加热时容易过热，但硬度和耐磨性较高，一般用于制造形状简单的模具和切削软金属的刀具和木工工具。过共析成分的碳素工具钢，如碳含量在 0.95%~1.15%之间的 T10、T11 钢，在780~ 800℃加热，仍保持细品粒组织，而且淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，有利于耐磨，所以，这种钢应用较广，适宜制造耐磨性要求较高的模具，如冷冲模、拉丝模、切边模等。碳含量在 1.15%-1.35%之间的T12、T13钢，淬火后有较多的过剩碳化物，因此耐磨性和硬度高，韧性低，不宜制造承受冲击载荷的工、模具，而适于制造拉丝模、丝锥、板牙等。
