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1.2 高碳钢发展概况
人类的生产与生活都离不开工具的使用。自从有了钢铁以后，人们逐渐认识到钢铁的强度与硬度等力学性能要比其他材料优越得多，用钢铁制成的工具大大提高了劳动生产率。15世纪初期，人们采用高炉生产出铁，到18世纪中期生产出高碳钢，并开始用这种材料制造成工具和弹簧。后来随着平炉、转炉，特别是电弧炉的出现，人们大量地将工具用于生产和生活中，并将钢中的碳含量加以提高，生产出优质高碳钢，利用这种钢硬度高的特点，把它制成各种工具，这样就产生了碳素工具钢。
后来，特别是蒸气机问世后，很多产品的加工制造已由手工加工变成机械加工，由于机械加工要比手工加工要求高，例如切削速度加快了，这样碳素工具钢的工艺性能已不能满足加工制造的要求。基于这种情况，于19世纪中期发明了锰、钨含量较高的高碳合金工具钢。之后，人们将钢中锰含量减少，并增加铬的含量，就形成了铬-钨系列合金工具钢。
20世纪初期，为提高钢的耐磨性，在高碳高铬钢基础上，将铬提高到12%，形成了耐磨型冷作模具钢。20世纪30年代，为了适应热作模具需要，人们又进一步研究并获得红硬性更优良的模具钢以及满足铝合金压铸模具的需要，开发出钨系热作模具钢，如3CrZWSV等，以及合5%铬的铬-钼系热作模具钢，如H11、H12、H13等。20世纪60年代，美国研制出VASCO-MACVM、MatrixⅡCVM型等基体钢；中国、日本又在这种类型钢的基础上，开发出高强度和高热强性冷作与热作摸具钢。之后，美国又根据塑料工业的发展，推出塑料用摸具钢，如压制成形钢P1~P6，以及预硬钢P20等。随着机床切削加工工业的发展，被切削的材料品种不断增加，强度越来越高，切削速度断加快，这样就要求切削要求切削工具具有良好的红硬性、较高的硬度和耐磨性。19世纪末期，人们发现含钨高碳钢在高温下淬火具有良好的红硬性，于是提出了最初的高速工具钢（1.85%C、3.8%Cr、8%W）。之后，又调整了碳和钨含量，形成了W18Cr4V通用高速工具铜牌号。
20世纪中期，为使用对高速工具钢在质量和性能方面的需要，粉末高速钢有了较大的发展。与此同时，人们还研制与开发出一系列低合金高速工具钢。值得指出的是，由于切削刀具材料的发展，人们先后开发出硬质合金、氧化铝陶瓷、氮化硅-氧化铝、金刚石等多种刀具材料。这样就形成了高度工具钢与硬质合金等切削刀具材料共同发展的状况，但高速工具钢仍然是制造刀具的主导材料。
模具[1]、刃具和量具在工业生产中使用量很大，是机械制造业发展水平的标志之一。现代工业和高新技术的发展对于工具钢的产品质量、品种规格的要求不断提高，特别是模具已成为工业产品的主要成形工具，如80%家电行业用零件、70%机电行业用零件都是用模具成形的，也就是说，精密的、批量生产的无切削或少切削零件基本上都是采用模具来成形的。在工业发达国家，模具生产得到了很大发展，已成为一个新兴的行业。模具的制造周期、质量、精度在很大程度上直接影响到工业产品质量的提高、成本的降低和更新换代的速度。同样，刀具是机械制造业的关键性、基础性的消耗材料。切削机床和工艺设计是以刀具性能为基础的。
1.3 高碳钢的热处理技术
钢铁的微观组织构成为不同的相，也就是不同的原子结构组成的整体。钢铁中的常见相有高温铁素体（δ-铁素体）、奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体（铁素体和渗碳体交替的片层结构）、贝氏体、马氏体和碳化物等不同的相，具有不同的微观力学性能，而正是这些微观相的组成、形状等因素，决定了钢铁的力学性能。一切为调节钢力学性能的微观组织结构研究，都是努力调节钢内相的组成和形状等。