高速钢的热处理及其性能

1、高速钢简介高速钢简介 高速钢发端于高速钢发端于1919世纪末，是一种高碳且含有大量世纪末，是一种高碳且含有大量W W、MoMo、CrCr、V V、CoCo等合金元素的合金等合金元素的合金 刃具钢。高速钢经热处理后，在刃具钢。高速钢经热处理后，在600600的高温下仍然保持高的硬度，其硬度可达的高温下仍然保持高的硬度，其硬度可达60HRC60HRC 以上，故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性！同时具有足够高的强度，以上，故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性！同时具有足够高的强度， 并兼有适当的韧性和塑性，这是其他超硬工具材料所无法比拟的。高速钢还具有很高的并兼有适当的韧性和塑

2、性，这是其他超硬工具材料所无法比拟的。高速钢还具有很高的 淬透性，中小型刃具甚至在空气中冷却也能淬透，故又有风钢之称。淬透性，中小型刃具甚至在空气中冷却也能淬透，故又有风钢之称。 同碳素刃具刚和合金刃具钢相比，高速钢的切削速度可提高同碳素刃具刚和合金刃具钢相比，高速钢的切削速度可提高2 2 4 4倍，刃具寿命提高倍，刃具寿命提高 5 5 1818倍。倍。 高速钢广泛用于制造尺寸大高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度快、负荷重及工作温度高的各种机加工工具。如、切削速度快、负荷重及工作温度高的各种机加工工具。如 车刀、刨刀、拉刀、钻头等。此外，高速钢还可以应用在模具及一些特殊轴承方面。总车刀、刨刀、

3、拉刀、钻头等。此外，高速钢还可以应用在模具及一些特殊轴承方面。总 之，由于高速钢的在硬度，耐磨性，红硬性等方面的优异性能，现代工具材料中高速钢之，由于高速钢的在硬度，耐磨性，红硬性等方面的优异性能，现代工具材料中高速钢 仍占刃具材料的仍占刃具材料的65%以上，而产值则占以上，而产值则占70%左右！所以高速钢自问世以来，经百年使左右！所以高速钢自问世以来，经百年使 用而不衰用而不衰。 高速钢的热处理高速钢的热处理 由于高速钢中含有大量难熔的合金碳化物，其淬火加热温度必须由于高速钢中含有大量难熔的合金碳化物，其淬火加热温度必须 足够高才可使合金碳化物溶解到奥氏体中，淬火后马氏体中的合足够高才可使合

4、金碳化物溶解到奥氏体中，淬火后马氏体中的合 金元素才足够高，而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红金元素才足够高，而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红 硬性。所以高速钢淬火时的加热温度相对其他钢材来说是比较高硬性。所以高速钢淬火时的加热温度相对其他钢材来说是比较高 的，一般说来高速的，一般说来高速钢的淬火温度在钢的淬火温度在11801180 12301230之间。在确保不之间。在确保不 发生过热的情况下，相对说来，淬火温度越高，其红硬性也越好。发生过热的情况下，相对说来，淬火温度越高，其红硬性也越好。 由于高速钢中含有大量的合金元素，导致高速钢的导热性很差，由于高速钢中含有大量的合金元素

5、，导致高速钢的导热性很差， 如果加热时直接把高速钢放入高温炉内加热，容易引起高速钢的如果加热时直接把高速钢放入高温炉内加热，容易引起高速钢的 变形和开裂，所以对于大型工件加热时一般都需要预热，预热时变形和开裂，所以对于大型工件加热时一般都需要预热，预热时 一般分两个阶段进行，第一次预热温度在一般分两个阶段进行，第一次预热温度在550650之间，第之间，第 二次预热温度二次预热温度820870之间。之间。 又由于高速钢的淬火温度很高，工件在加热炉内很容易氧化，所又由于高速钢的淬火温度很高，工件在加热炉内很容易氧化，所 以高速钢的加热一般在盐浴内进行。以高速钢的加热一般在盐浴内进行。 高速钢热处理

6、前一般要进行球化退火处理，退火温度一般在高速钢热处理前一般要进行球化退火处理，退火温度一般在 820820 900900之间，退火目的不仅是为了降低硬度，以利于切削加之间，退火目的不仅是为了降低硬度，以利于切削加 工，更是为以后的淬火做组织上的准备。工，更是为以后的淬火做组织上的准备。 典型高速钢的热处理工艺曲线典型高速钢的热处理工艺曲线 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢热处理工艺曲线高速钢热处理工艺曲线 550650 820870 11901230 10001050预冷 400分级淬火 560 560 560 1h1h 1h 时间时间/t 温 度 / 实验中所用实际热处理工艺曲

7、线（考虑工件形状及其实验中所用实际热处理工艺曲线（考虑工件形状及其 尺寸）尺寸） W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢实际热处理过程高速钢实际热处理过程 温温 度度 / 时间/t 11901230 400分级 淬火 560560 560 1h 1h 1h 实验设计思想概实验设计思想概 述述 实验共分实验共分6组进行组进行 1组为退火后原始试样，打磨抛光后用组为退火后原始试样，打磨抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀做显微硝酸酒精溶液腐蚀做显微 金相照片金相照片 2组做组做1000 加热不完全淬火，用加热不完全淬火，用400盐浴分级淬火，淬火盐浴分级淬火，淬火 后进行后进行3次高温回火次高温回

8、火 3、4、5组为组为1200加热，分为加热，分为400分级淬、水淬、油淬三种方分级淬、水淬、油淬三种方 式淬火，然后进行三次高温回火式淬火，然后进行三次高温回火 6组加热到组加热到1300过热，然后在过热，然后在400盐浴分级淬火，然后进行三盐浴分级淬火，然后进行三 次高温淬火次高温淬火 淬火后将以上淬火后将以上5组试样做显微金相照片，比较金相组织的不同，并组试样做显微金相照片，比较金相组织的不同，并 选取两组试样测定回火后残余奥氏体含量选取两组试样测定回火后残余奥氏体含量 将以上所有将以上所有6组试样在洛氏硬度试验机上打硬度，比较不同热处理组试样在洛氏硬度试验机上打硬度，比较不同热处理 过

9、程对于高速钢硬度的影响过程对于高速钢硬度的影响 将将3、4、5组另分为一小组，比较不同淬火方式对于高速钢热处理组另分为一小组，比较不同淬火方式对于高速钢热处理 性能的影响性能的影响 将将2、3、6组分为一小组，比较不同淬火加热温度对于高速钢热处组分为一小组，比较不同淬火加热温度对于高速钢热处 理性能的影响理性能的影响 实验结果实验结果 500500 不完全退火态原不完全退火态原 始组织显微金相照片始组织显微金相照片 由图中可以看出，高由图中可以看出，高 速钢退火态的组织为速钢退火态的组织为 在铁素体机体上分布在铁素体机体上分布 着弥散析出的球状碳着弥散析出的球状碳 化物，图中白色点状化物，图中

10、白色点状 物质即为球状碳化物。物质即为球状碳化物。 1000 1000 不完全退火态原始组织显微金相照不完全退火态原始组织显微金相照 片片 10001000加热不完全淬火加热不完全淬火 500500 不完全淬火显微金相不完全淬火显微金相 照片照片 由图可以看出，高速由图可以看出，高速 钢的不完全淬火金相钢的不完全淬火金相 为大量的合金碳化物为大量的合金碳化物 并没有溶解而是弥散并没有溶解而是弥散 分布在淬火后的马氏分布在淬火后的马氏 体基体上，图中白色体基体上，图中白色 物质即为合金碳化物。物质即为合金碳化物。 12001200加热加热400400盐浴分级盐浴分级 淬火淬火 500 400 4

11、00 盐浴分级淬火显微金相照片盐浴分级淬火显微金相照片 由图可以看出正常由图可以看出正常 淬火状态下的金相淬火状态下的金相 组织为马氏体组织为马氏体+残残 余奥氏体余奥氏体+碳化物，碳化物， 图中马氏体和碳化图中马氏体和碳化 物清晰可见，灰色物清晰可见，灰色 片状的为马氏体，片状的为马氏体， 白色状物质为含碳白色状物质为含碳 化合物。化合物。 高速钢高速钢12001200加热水加热水 淬淬 500500 高速钢水淬显微金相照片高速钢水淬显微金相照片 由显微金相照片可由显微金相照片可 以看出，高速钢水以看出，高速钢水 淬所得的金相组织淬所得的金相组织 为马氏体为马氏体+碳化物碳化物+ 残余奥氏体

12、。图中残余奥氏体。图中 马氏体跟碳化物清马氏体跟碳化物清 晰可现。白色物质晰可现。白色物质 为含碳化合物。为含碳化合物。 高速钢高速钢12001200加热油加热油 淬淬 500500 1200 1200加热油淬显微金相照片加热油淬显微金相照片 图中所的金相图中所的金相 组织为马氏体组织为马氏体+ + 碳化物碳化物+ +残余奥残余奥 氏体，白色物氏体，白色物 质为含碳化合质为含碳化合 物，灰色针状物，灰色针状 物质为回火马物质为回火马 氏体。氏体。 13001300过热过热400 400 盐浴分级淬盐浴分级淬 火火 500500 高速钢过热淬火显微金相照片高速钢过热淬火显微金相照片 由图可以看出

13、由图可以看出 高速钢过热组高速钢过热组 织晶粒变得异织晶粒变得异 常粗大，晶粒常粗大，晶粒 与晶粒之间界与晶粒之间界 面轮廓清晰，面轮廓清晰， 甚至在晶界处甚至在晶界处 还会发生局部还会发生局部 熔化。图中所熔化。图中所 示为晶粒间的示为晶粒间的 三叉晶界。晶三叉晶界。晶 界内为回火马界内为回火马 氏体。氏体。 三次回火后试样中残余奥氏体量的三次回火后试样中残余奥氏体量的 测定测定 由表格中数据可知，由表格中数据可知， 实验中高速钢正常淬实验中高速钢正常淬 火和不完全淬火并火和不完全淬火并3 3 次回火后试样中残余次回火后试样中残余 奥氏体量仍高于理论奥氏体量仍高于理论 值。为使残余奥氏体值。

14、为使残余奥氏体 量继续降低，我们可量继续降低，我们可 以再次进行高温淬火，以再次进行高温淬火， 也可以进行一次也可以进行一次- - 8585下的冷处理。但下的冷处理。但 冷处理一般在淬火冷冷处理一般在淬火冷 却后立即进行或在第却后立即进行或在第 一次回火后进行。这一次回火后进行。这 样会起到较好的冷处样会起到较好的冷处 理效果。理效果。 试样试样 热处理方式热处理方式第第3 3次回火后残余奥氏体次回火后残余奥氏体 量（量（% %） 3 3正常淬火正常淬火5.155.15 2 2不完全淬火不完全淬火8.618.61 表一表一 回火后残余奥氏体量测定表回火后残余奥氏体量测定表 试样的洛氏硬度值的测

15、试样的洛氏硬度值的测 定定 由硬度值表，我们可以看由硬度值表，我们可以看 出出1200 1200 加热盐浴分级加热盐浴分级 淬火的硬度值最高，水淬淬火的硬度值最高，水淬 和油淬次之，过热和不完和油淬次之，过热和不完 全淬火态下的硬度再次之，全淬火态下的硬度再次之， 退火态下的硬度最小。这退火态下的硬度最小。这 是因为分级淬火能够有效是因为分级淬火能够有效 减少工件的变形和开裂，减少工件的变形和开裂， 从而使强度、韧性提高。从而使强度、韧性提高。 而过热和不完全淬火的工而过热和不完全淬火的工 件，由于晶粒长大、晶界件，由于晶粒长大、晶界 熔化或合金碳化物的不完熔化或合金碳化物的不完 全溶解现象，

16、都会影响晶全溶解现象，都会影响晶 体间的结合力，进而影响体间的结合力，进而影响 热处理质量和使用性能。热处理质量和使用性能。 对于退火态工件硬度偏低对于退火态工件硬度偏低 的的情况，这是由于工件的的情况，这是由于工件 在退火前就已经是退火后在退火前就已经是退火后 的原始组织，所以实验中的原始组织，所以实验中 再次退火会降低工件的硬再次退火会降低工件的硬 度值度值. . 谢谢大家！ 1000 1000 不完全退火态原始组织显微金相照不完全退火态原始组织显微金相照 片片 高速钢高速钢12001200加热油加热油 淬淬 500500 1200 1200加热油淬显微金相照片加热油淬显微金相照片 图中所

17、的金相图中所的金相 组织为马氏体组织为马氏体+ + 碳化物碳化物+ +残余奥残余奥 氏体，白色物氏体，白色物 质为含碳化合质为含碳化合 物，灰色针状物，灰色针状 物质为回火马物质为回火马 氏体。氏体。 试样的洛氏硬度值的测试样的洛氏硬度值的测 定定 由硬度值表，我们可以看由硬度值表，我们可以看 出出1200 1200 加热盐浴分级加热盐浴分级 淬火的硬度值最高，水淬淬火的硬度值最高，水淬 和油淬次之，过热和不完和油淬次之，过热和不完 全淬火态下的硬度再次之，全淬火态下的硬度再次之， 退火态下的硬度最小。这退火态下的硬度最小。这 是因为分级淬火能够有效是因为分级淬火能够有效 减少工件的变形和开裂，减少工件的变形和开裂， 从而使强度、韧性提高。从而使