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52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2025%，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56%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13%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1025%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860880。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800850预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加 热到淬火温度11901290（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23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0.701.65之间。含合金元素量较多，总量可达1025。按所含合金元素不同可分为：钨系高速钢（含钨 918）；钨钼系高速钢（含钨512,含钼26）；高钼系高速钢（含钨02,含钼510）；钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒 12)和高含钒量(含钒2.55)的高速钢；钴高速钢（含钴 510）。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HB300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HRC6870）,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 6726。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580650，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12101240，高钼系高速钢为11801210。淬火后一般需在 540560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。注意事项检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有