As ferramentas de corte em aço rápido atingem uma elevada dureza a quente, resistência ao desgaste e resistência à fratura com uma dureza superior a 60 a 67 HRC após têmpera e revenimento. Os principais elementos de liga são o carbono, o tungstênio, o molibdênio, o vanádio e o cobalto. Elevados teores de elementos formadores de carbonetos promovem a obtenção de microestrutura com excelente resistência ao desgaste.
Os aços rápidos são aços-ferramenta complexos e de alta liga usados principalmente para a produção de ferramentas de corte, por exemplo, ferramentas de fresagem, brocas, ferramentas de torneamento e brochas, cuja aresta de corte está sujeita a aquecimento e falha por desgaste. A aresta de corte entra em contato com o material da peça sob alta pressão no corte contínuo e intermitente, o que exige da ferramenta uma alta dureza a quente, alta resistência ao desgaste, boa resistência à oxidação e baixa tendência de adesão à medida que a velocidade de corte aumenta.
Com teores de carbono entre 0,8 e 1,4%, os altos teores de elementos formadores de carboneto levam à formação de carbonetos primários e eutéticos em uma matriz martensítica de endurecimento secundário.
Os elementos de liga mais importantes são o carbono, o tungstênio, o molibdênio, o vanádio, o cromo e o cobalto, cuja proporção pode exceder 30%. Os aços rápidos podem ser divididos basicamente em três grupos, por exemplo, aços ao tungstênio, aços ao molibdênio e aços ao tungstênio/molibdênio. O aumento do teor de carbono e vanádio eleva o teor de carbonetos e o cobalto melhora a resistência a altas temperaturas.
Os elementos de liga garantem alta resistência ao desgaste e a resistência da martensita a temperaturas de até 600 °C. Em serviço, a retenção de dureza da martensita é de normalmente até 60%. A dureza de trabalho, geralmente de 60 a 67 HRC, é dada ao aço rápido, como a todos os outros aços ferramenta, por sua estrutura básica martensítica e pela proporção de carbonetos duros e resistentes ao desgaste. A alta dureza a quente e a alta resistência ao calor, em comparação com os aços ferramentas comum, devem-se ao tratamento térmico, geralmente têmpera seguida de revenimentos múltiplos em temperaturas na faixa de endurecimento secundário/endurecimento por precipitação (550 a 600°C).
Com processos metalúrgicos especiais de produção de aços rápidos, como a refusão por eletroescória (grau ISORAPID da BÖHLER) ou a produção por metalurgia do pó (grau MICROCLEAN da BÖHLER), é possível produzir produtos altamente ligados, de alta pureza e muito homogêneos, que se caracterizam pela melhor combinação de dureza, resistência ao desgaste, resistência à fratura e resistência à fadiga.
Em comparação com outros materiais de corte, como carbetos cementados, cerâmicas de corte, nitreto de boro cúbico (CBN) e diamante policristalino (PCD), os aços rápidos têm menor resistência ao desgaste e dureza a quente. Entretanto, sua boa usinabilidade na condição recozida, sua tenacidade comparativamente boa na condição temperada e revenida e a produção mais econômica oferecem uma vantagem decisiva sobre as ferramentas de corte com alto teor de material duro (por exemplo, carbetos cementados), que só podem ser produzidas por metalurgia do pó. Se os aços rápidos forem protegidos adicionalmente por revestimentos finos, eles poderão até mesmo atingir o desempenho de materiais de corte de alta dureza. Os revestimentos duros depositados por processos PVD ou CVD têm se mostrado bem-sucedidos como revestimentos.
Em muitos casos, os aços rápidos com tratamento térmico especial também atendem aos requisitos de muitas aplicações de trabalho a frio.