高速工具鋼性能分析
工具鋼的一類，以鎢、鉬、鉻、釩，有時(shí)還有鈷為主要合金元素的高碳高合金萊氏體鋼，通常用作高速切削工具，簡(jiǎn)稱高速鋼,俗稱鋒鋼。1740年英國(guó)亨茨曼(B.Huntsman)用坩堝法冶煉含碳0.75～1.5％的碳鋼以切削熟鐵、鑄鐵和銅合金（切削速度≤5m/min）。1868年英國(guó)馬希特(R.F.Mushet)發(fā)明Mn-W系自硬鋼(C2％，W7％，Mn2.5％)，切削低碳鋼（切削速度≤8m/min）。美國(guó)泰勒(F.W.Taylor)于1898年發(fā)明接近熔點(diǎn)的高溫淬火工藝，用于Cr-W系自硬鋼，這是早期的高速鋼，高速鋼的發(fā)展見(jiàn)表1。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了硬質(zhì)合金刀具，但高速鋼工藝性能優(yōu)越，尤其是強(qiáng)度和韌性匹配良好,用來(lái)制造復(fù)雜刀具、薄刃和受沖擊的刃具,是硬質(zhì)合金難以比擬的。長(zhǎng)期以來(lái)二者并列為*主要的刃具材料，粉末冶金高速鋼出現(xiàn)較晚，但將成為今后發(fā)展的一個(gè)重要方面。
.jpg)
高速工具鋼性能分析
類別、性能、用途
高速鋼按所含合金元素可分為：①鎢系高速鋼(W9～18％)、②鎢鉬系高速鋼(W5～12％，Mo 2～6％)、③高鉬系高速鋼(W 0～2％，Mo5～10％)。各系又可按含釩量的多少分為一般含釩量(V 1～2％)和高含釩量（V2.5～5％）。任何高速鋼如含鈷 (Co 5～10％)時(shí)，又歸入鈷高速鋼。
高速鋼按用途可分為綜合性通用型高速鋼和特種用途高速鋼兩類。通用高速鋼廣泛用于制作各種金屬切削普通刀具（如鉆頭、絲錐、鋸條）和精密刀具（如滾刀、插齒刀、拉刀）。被切削材料一般硬度HB≤300。特種用途高速鋼又可分為高釩高速鋼，一般含鈷高速鋼和超硬型(HRC 68～70)高速鋼(表2)。
高速工具鋼性能分析
高速鋼主要用途是制造高速切削工具，除具有高硬度（一般大于HRC 63,高的可達(dá)HRC68～70）,高耐磨性和足夠韌性外，還要有在高速切削下刀刃不因發(fā)熱而軟化的耐熱性。耐熱性通常用紅硬性衡量,也就是在580～650℃把鋼先后加熱4次，每次保溫1小時(shí)后空冷，然后在室溫下測(cè)定其硬度值。高速鋼的韌性通常用彎曲強(qiáng)度和沖擊值來(lái)衡量。近年來(lái)，高速鋼應(yīng)用于制造冷作模具，在使用性能上主要要求有高的抗壓屈服強(qiáng)度，高的耐磨性和高韌性，而對(duì)耐熱性則要求不高，因此可采用較低的溫度淬火。
高速鋼的合金元素 (高速工具鋼性能分析)
主要有碳、鎢、鉬、鉻、釩、鈷等，其作用分述如下：
碳 一般含碳量為0.70～1.65％，以保證足夠的碳與各種碳化物形成元素相配合。通常采用平衡碳(Cs)近似計(jì)算公式求得*佳的二次硬化效果的含碳量：
Cs％=0.033W％+0.063Mo％+0.060Cr％+0.200V％
式中Cs是假設(shè)W、Mo、Cr、V與C形成W2C(或Fe4W2C)、Mo2C(或Fe4Mo2C)、Cr26C6、V4C3時(shí)碳與各元素的定比關(guān)系而定出的。隨著鋼中含碳量逐漸接近Cs，二次硬化效果(硬度和紅硬性)也逐步上升到*高值，而韌性則隨之下降。因此只在超硬高速鋼中含碳量采用接近Cs的成分,為了保持通用型高速鋼的高韌性,含碳量一般比Cs低0.15～0.30％。至于用于載荷較低的低合金高速鋼，實(shí)際含碳量可能還超過(guò)Cs。
鎢和鉬 高速鋼回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化*基本的合金元素。鎢和鉬作用相似，Mo的原子量約為W的一半,一般可用1％Mo取代2％W。高速鋼中*主要的碳化物M6C（M代表金屬）是以Fe、Mo、W為主的復(fù)合碳化物,它在淬火時(shí)部分固溶，回火時(shí)又以M2C碳化物彌散析出,使鋼強(qiáng)化，提高硬度和耐磨性,剩下未溶的M6C碳化物（主要來(lái)自共晶碳化物）可阻止淬火加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大和增加耐磨性。含鉬的高速鋼鑄態(tài)共晶碳化物網(wǎng)較細(xì)薄，易于加工破碎，分布較均勻，顆粒較小，熱塑性和韌性也較高；但含鉬的鋼易脫碳，淬火過(guò)熱敏感性也較大，而鎢鋼在此方面正與之相反。因此鎢和鉬適當(dāng)配合，能獲得綜合性能更好的鋼種。
鉻 為保證鋼的高淬透性,各種高速鋼都含鉻4％左右。鋼中形成以鐵鉻為主的M26C6碳化物，鉻也可溶于M6C與MC中形成合金碳化物,促使這些難溶碳化物淬火時(shí)較多地固溶。使淬火馬氏體具有足夠的碳和合金元素,有利于回火時(shí)大量析出M2C與MC。所以鉻對(duì)二次硬化也有間接作用。此外，含 4％鉻對(duì)高速鋼的抗氧化性起重要作用。
釩 所有高速鋼都含釩1％以上。碳化釩淬火加熱時(shí)可部分固溶，回火時(shí)析出彌散的MC型碳化釩，有力地增強(qiáng)二次硬化作用；未溶的碳化釩有助于阻止淬火加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大，而且由于硬度極高，能顯著提高鋼的耐磨性；但降低了可磨削性。高釩鋼中如能采取措施細(xì)化一次碳化物MC的顆粒，可改善磨削性。目前，*有效的辦法是用霧化法快速冷卻鋼液得到合金粉末，制成粉末冶金高速鋼，使一次碳化物得到細(xì)化。
鈷 鈷本身不形成碳化物，其作用主要是增加回火時(shí)析出MC、M2C的形核率，減緩其聚集長(zhǎng)大速度。此外，鈷可提高高速鋼晶界熔化溫度，因而提高鋼的淬火溫度，使奧氏體內(nèi)的合金度增大。這些作用都有效地提高了高速鋼的耐熱性，但鈷含量過(guò)高時(shí)也會(huì)降低鋼的韌性。
工藝性能 (高速工具鋼性能分析)
工藝性能也是高速鋼的重要指標(biāo)。首先，要有良好的熱塑性，以便充分破碎共晶碳化物和加工成形；其次，要有低的退火硬度，以便在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行冷成形和切削加工。其他工藝性能如過(guò)熱不敏感性，脫碳不敏感性，低的淬火變形性，在電阻焊和摩擦焊中與柄部碳鋼結(jié)合的良好焊接性能等也很重要，尤其是磨削性，對(duì)于制造復(fù)雜刀具是極其重要的。
保證碳化物充分破碎、細(xì)化并均勻分布（見(jiàn)圖），歷來(lái)是高速鋼生產(chǎn)工藝和提高質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，高速鋼應(yīng)采用低溫澆鑄工藝，選擇良好錠型，并根據(jù)鋼材規(guī)格選用足夠大的壓縮比。中國(guó)自1965年以來(lái)采用扁錠生產(chǎn)高速鋼，其優(yōu)點(diǎn)為顯著加快鋼錠凝固速度，從而改善了鋼材的碳化物不均勻度和低倍組織。大尺寸鋼材多采用電渣重熔鋼錠。鍛造開(kāi)坯、軋制成材的工藝有利于提高質(zhì)量。高速鋼的熱加工溫度、變形量和退火制度,對(duì)鋼材的熱處理性能,尤其是對(duì)淬火后的晶粒度有明顯的影響，須嚴(yán)加控制。熱加工中如終鍛(軋)溫度過(guò)高，變形量不足或已經(jīng)過(guò)一次淬火，但未經(jīng)充分退火又進(jìn)行**次淬火，會(huì)出現(xiàn)特殊閃光的萘狀斷口，從而顯著降低鋼的韌性，使刀具脆崩。近年來(lái)還采用快鍛液壓機(jī)開(kāi)坯、精鍛機(jī)成材的新工藝。
高速工具鋼性能分析
高速鋼需通過(guò)特殊的熱處理才能獲得所需的性能。一般淬火溫度均接近這種鋼的熔化溫度，例如高鎢鋼為1270～1290℃,鎢鉬鋼為1210～1240℃,高鉬鋼為1180～1210℃，一般采用540～560℃回火三次，以得到二次硬化的*佳效果。對(duì)韌性和紅硬性有不同要求時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整淬火溫度。
粉末冶金高速鋼可保證碳化物細(xì)小和均勻分布，對(duì)改善高碳高釩高速鋼的磨削性、改進(jìn)熱加工性，減少淬火變形以及提供碳化物質(zhì)量?jī)?yōu)異的大尺寸鋼材確有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)；可以生產(chǎn)出合金含量更高和切削能力較大的高速鋼。近年來(lái)高速鋼刀具的真空熱處理獲得廣泛應(yīng)用；刀具的氧氮化、碳氮氧共滲等表面化學(xué)熱處理，也正在普遍采用，尤其是化學(xué)氣相沉積法和物**相沉積法的發(fā)展，可進(jìn)一步提高刀具的使用壽命。
編 輯：日加金屬制品（上海）有限公司技術(shù)部
題 目：高速工具鋼性能分析
電 話：021-37777941 37777942
傳 真：021-37777940
網(wǎng) 址：http://www.luoshiqi520.com
http://www.rijiajs.com
郵 箱：rijiamj@163.com