高速钢的基本知识

高速钢是一种具有高硬度 高耐磨性和高耐热性的工具钢 又称高速工具钢或锋钢 高速 钢是美国的 F W 泰勒和 M 怀特于 1898 年创制的 高速 钢的工艺性能好 强度和韧性配合好 因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削 刀具 也可制造高温轴承和冷挤压模具等 除用熔炼 方法生产的高速钢外 20 世纪 60 年代以后又出现了粉末冶金高速钢 它的优点是避免了 熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和 热处理变形 高速钢是一种含多量碳 C 钨 W 钼 Mo 铬 Cr 钒 V 等元素的高合金 钢 热处理后具有高热硬性 当切削温度高达 600 以上时 硬度仍无明显下降 用其制造的刀具切削速度可达每分钟 60 米以上 而得其名 常见的普通高速钢有两种 钨系高速钢和钨钼系高速钢 钨系高速钢典型牌号为 w18Cr4V 热处理硬度可达 63 66HRC 抗弯强度可达 3500MPa 可磨性好 钨钼系高速钢典型牌号为 W6Mo5Cr4V2 目前正在取代钨系高速钢 具有碳化 物细小分布均匀 耐磨性高 成本低等一系列优点 热 处理硬度同上 抗弯强度达 4700MPa 韧性及热塑性比 w18Cr4V 提高 50 常用于制造 各种工具 例如钻头 丝锥 铣刀 铰刀 拉刀 齿轮刀具 等 只是它的脱碳敏感性稍强 另一牌号的普通高速钢为 W9Mo3Cr4V 这是中国近几年 发展起来的新品种 强度及热塑性略高于 W6Mo5Cr4V2 硬度为 HRC63 64 与韧性相配合 容易轧制 锻造 热处理工艺范围宽 脱碳敏感性小 成本更低 高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性 这是通过改变高速钢的化学成分 提高性能而发 展起来的新品种 具有更高的硬度 热硬性 切削温 度达摄氏 650 度时 硬度仍可保持在 60HRC 以上 耐用性为普通高速钢的 1 5 3 倍 适用 于制造加工高温合金 不锈钢 钛合金 高强度钢等难加 工材料的刀具 主要品种有 4 种 分别为高碳系高速钢 高钒系高速钢 含钴系高速钢和 铝高速钢 钴高速钢牌号有 W2Mo9Cr4VCo8 其特点为 含钒量不高 1 含钴量高 8 钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内 利 用高的基体硬度来提高耐磨性 这种高速钢硬度 热 硬性 耐磨性及可磨性都很好 热处理硬度可达 67 70HRC 但也有采取特殊热处理方法 得到 67 68HRC 硬度 使其切削性能 特别是间断切削 得到改善 提高冲击韧性 铝高速钢牌号为 W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V5SiNbAl 等 主要 加入铝 Al 和硅 Si 铌 Nb 元素 来提高热硬性 耐磨 性 热处理硬度可达到 68HRC 热硬性也不错 但是这种钢易氧化及脱碳 可塑性 可磨 性稍差 仍需改进 粉末冶金高速钢具有良好的力学性能 适合制造 间断切削条件下易崩刃的刀具 强度高 而切削刃又必须锋利的刀具 如插齿刀 滚刀 铣刀 高压动载荷下使用的刀具 它的碳化物偏析小 晶粒细 可磨性好 适合制造 大尺寸 刀具 精密刀具 复杂刀具 这类材料的高温热硬度 高 又适合制造难加工材料所用的刀具 确实是面面俱到 技术指标 高速工具钢低倍组织检验是根据国标 GB226 77 钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法 规定 采用热酸浸蚀法 低倍组织检验与金相组织检验相结合 金相组织检验是指在金相显微镜的放大倍数为 100 倍情况下进行 若高速工具钢的低倍组 织中的点状偏析大于 1 级 在进行金相组织检验其共晶 碳化不均匀度时 发现其共晶碳化物级别大约是 7 级左右 而且带状的碳化物和网状的碳 化物的网角上都有严重堆积的大颗粒的碳化物 在高速工具钢的低倍组织中 其点状偏析主要呈不同形状和大小的暗色斑点 这主要是由 于钢材的化学成分偏析 合金碳化物大量聚集在一起 经酸蚀试验的热酸浸蚀后 合金碳化物会脱离其基体而在试样表面留下剥落的凹坑 在 锻造时 在碳化物剥落的凹坑处 非常容易聚集扩展 成为裂纹 而其点状偏析的严重程度 其实质就是碳化物剥落的轻重程度 对于存在碳化 物剥落的试样 其共晶碳化物的不均匀度也是不合格 的 因此 我们可以利用低倍组织检验相结合的方法 来进一步保证试验的准确性 对于高速工具钢的锻造而言 偏析不允许存在缺陷组织 相对而言 疏松对于高速工具钢 锻造来说 要求的宽容度就要大一些 一般来说 若 其心部疏松为 5 2 级的高速工具钢 在其锻造时一般不会产生裂纹 而对于不是均匀的一 般疏松 又不是中心疏松 不集中在钢材的中心 且 呈不规则的偏析分布 则在锻造时非常容易发生锻裂 高速工具钢低倍组织的优劣 将严重影响其锻造性能 锻造 是用锤击使金属成为一定形状 的方法 当钢件加热达到锻造温度时 可以从事锻造 弯屈 抽拉 成型等操作 大多数钢材加热至鲜 明樱红色时都很易锻造 脆性 表示金属容易破裂的性质 铸铁的脆性大 甚至跌落地上 亦会破裂 脆性与硬度有密切关系 硬度高的材料 通常脆性亦大 高速钢为什么要进行三次高温回火 因为高速钢淬火后大部分转变为马氏体 残留奥氏体量是 20 25 甚至更高 第一次回 火后 又有 15 左右的残留奥氏体转变为马氏体 还有 10 左右的残留奥氏体 15 左右新转变未经回火的马氏体 还会产生新的应力 对性能 还有一定的影响 为此 要进行二次回火 这时又有 5 6 的残留奥氏体转变为马氏体 同样原因为了使剩余的残留奥氏体发生转变 和使淬火马 氏体转变为回火马氏体并消除应力 需进行第三次回 火 经过三次回火残留奥氏体约剩 1 3 左右 高速钢锯片是一种含多量碳 C 钨 W 钼 Mo 铬 Cr 钒 V 等元素组成的锯片 热处 理后具有高热硬性 由于高速钢切削温度高达 600 以上时 硬度仍无明显下降 用其制造的锯片切削速度可达每分钟 60 米以上 高速钢锯片 由此而得名 高速钢锯片分类高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高速钢 按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢 高速钢锯片的使用 1 新安装的高速钢锯片试运行时为了保证其拥有更长的使用寿命 最好先让圆锯机与新锯片 重新更换或重新磨过的高 速钢锯片 有一个充分的磨合过程 在锯片切割的前 10 分钟 减少进料的速度是很有必要 性的 在 10 分钟后就可以恢复正常的进料速度 2 进料速度和切割速度取决于被切割材料的截面及韧度 对于不锈钢这种难切削 韧度较高 的材料 相应的减少进料是非常有利于提高锯片的使 用寿命 当材料截面较小时 可以适当提高机器转速 3 如果切割相同的材料时增加了进 刀的速度 相应的应该选择有较粗齿的锯片 4 由于切割材料的任何时候都需要有效的切割角度和有效齿距 正确及时的对锯片进行重 新研磨 有助于高速钢锯片发挥最大功效 5 通过观察锯片产生的锯屑 你可以判断锯片目前的切割状态 a 锯屑很细的或成粉状表示切割压力太小 b 锯屑很粗但是却柔软表示切割超负荷 c 锯屑是长的螺旋丝表示状态良好 高速钢锯片用途高速钢锯片用途 主要用于钢 铁 铜 铝等中硬以下金属材料窄而深 的槽加工或切断 也可用于非金属的铣削加工 超硬 材料 硬质合金锯片主要用于难切削材料 耐热钢 不锈钢等高强度钢 的削加工 又名风钢或锋钢 意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化 并且很锋利 它是一种成分 复杂的合金钢 含有钨 钼 铬 钒 钴等碳化物形 成元素 合金元素总量达 10 25 左右 它在高速切削产生高热情况下 约 500 仍能保持 高的硬度 HRC 能在 60 以上 这就是高速钢最主要的特 性 红硬性 而碳素工具钢经淬火和低温回火后 在室温下虽有很高的硬度 但当温度 高于 200 时 硬度便急剧下降 在 500 硬度已降到 与退火状态相似的程度 完全丧失了切削金属的能力 这就限制了碳素工具钢制作切削工 具用 而高速钢由于红硬性好 弥补了碳素工具钢的 致命缺点 可以用来制造切削工具 高速钢的热处理工艺较为复杂 必须经过退火 淬火 回火等一系列过程 退火的目的是消除应力 降低硬度 使显微组织均匀 便于淬火 退火温度一般为 860 880 淬火时由于它的导 热性差一般分两阶段进行 先在 800 850 预热 以免 引起大的热应力 然后迅速加 热到淬火温度 1190 1290 不同牌号实际使用时温度有 区别 后油冷或空冷或充气体冷却 工厂均采用盐 炉加热 现真空炉使用也相当广泛 淬火后因内部组织还保留一部分 约 30 残余奥氏体 没有转变成马氏体 影响了高速钢的性能 为使残余奥 氏体转变 进一步提高硬度和耐磨性 一般要进行 2 3 次回火 回火温度 560 每次保 温 1 小时 1 生产制造方法 通常采用电炉生产 近来曾采用粉末冶金方法生产高速钢 使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上 提高了使用寿命 2 用途 用于制造各种切削 工具 如车刀 钻头 滚刀 机用锯条及要求高的模具等 主要生产厂 我国上钢五厂 河冶科技是生产高速钢的主要生产厂 主要进口生产国家 我国主要从日本 俄罗斯 德国 奥地利 法国 乌克兰 巴西等国进口 种类 高速钢是一种复杂的钢种 含碳量一般在 0 70 1 65 之间 含合金元素量较多 总量 可达 10 25 按所含合金元素不同可分为 钨系 高速钢 含钨 9 18 钨钼系高速钢 含钨 5 12 含钼 2 6 高钼系高速钢 含钨 0 2 含钼 5 10 钒高速钢 按含 钒量的不同又分一般含钒量 含钒 1 2 和高含钒量 含钒 2 5 5 的高速钢 钴高速 钢 含钴 5 10 按用途不同高速钢又可分为 通用型和特殊用途两种 通用型高速钢 主要用于制造切削硬度 HB 300 的金属材料的 切削刀具 如钻头 丝锥 锯条 和精密刀具 如滚刀 插齿刀 拉刀 常用的钢号有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 等 特殊用途高速钢 包括钴 高速钢和超硬型高速钢 硬度 HRC68 70 主要用于制 造切削难加工金属 如高温合金 钛合金和高强钢等 的刀具 常用的钢号有 W12Cr4V5Co5 W2Mo9Cr4VCo8 等 规格和外观质量 规格主要有圆钢和方钢 板材 钢材的表面要加工良好 不得有肉眼可见的裂纹 折 叠 结疤和发纹 冷拔钢材表面应洁净 光滑 无夹 杂和氧化皮等 化学成分 我国国标和日本工业标准中主要钢号的化学成分如表 6 7 26 物理性能 高速钢一般不做抗拉强度检验 而以金相 硬度检验为主 钨系和钼系高速钢经正确 的热处理后 洛氏硬度能达到 63 以上 钴系高速钢在 65 以上 钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 翻皮 中心疏松 一般疏松应小 于 1 级 金相检验的内容主要包括脱碳层 显微组织和 碳化物不均匀度 3 个项目 高速钢不应有明显的脱碳 显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体 存在 高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大 目前 冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别 十分重视 根据钢的不同用途可对碳化物不均匀 度提出不同的级别要求 通常情况下应小于 3 级 用 高速钢制造切削工具 除因其具有高硬度 高耐磨性和足够的韧性之外 还有一个重要因 素是具有红硬性 红硬性是指刀具在高速切削时 刀 刃在红热状态下抵抗软化的能力 一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至 580 650 保 温 1 小时 然后冷却 这样反复 4 次后测量其硬度值 高 速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点 如钨系高速钢为 1210 1240 高钼系高速钢为 1180 1210 淬火后一般需在 540 560 之间回火 3 次 提高淬火温度可以增加钢的红硬性 为了提高高速钢刀具的使用寿命 可对其表面进 行强化处理 如低温氰化 氮化 硫氮共渗等 包装 成捆交货 用铁丝捆扎 并有标牌标明炉号 规格等印记 但对冷轧钢还要涂防锈油 并用防潮纸包裹 对银亮钢还应装箱 注意事项