高速鋼又名風鋼或鋒鋼，意思是淬火時即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很鋒利。它是一種成分復雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩等碳化物形成元素。合金元素總量達10% ~25%左右。它在高速切削產(chǎn)生高熱情況下(約500℃)仍能保持高的硬度，能在 HRC60HRC 以上。這就是高速鋼最主要的特性---紅硬性。而碳素工具鋼經(jīng)淬火和低溫回火后，在室溫下雖有很高的硬度，但當溫度高于 200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀態(tài)相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具使用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補了碳素工具鋼的致命缺點，可以用來制造切削工具。高速鋼的熱處理工藝較為復雜，必須經(jīng)過退火、淬火、回火等一系列過程。退火的目的是消除應力，降低硬度，使顯微組織均勻，便于淬火。退火溫度一般為 860~880℃。淬火時由于它的導熱性差一般分兩階段進行。先在800~850℃預熱 (以免引起大的熱應力)，然后迅速加熱到淬火溫度1220 ~1250℃，后油冷。工廠均采用鹽爐加熱。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進一步提高硬度和耐磨性，一般要進行 2~3 回火，回火溫度 560℃每次保溫一般為1h。其生產(chǎn)制造方法通常采用電爐生產(chǎn)，近來也采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼，使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體上，提高了使用壽命。

一、高速工具鋼的主要特點

高速鋼是由大量鎢、鉬、鉻、釩、鈷等合金元素組成的高合金鋼，它具有很高的常溫硬度，尤為可貴的是，與普通材料相比，高速鋼具有優(yōu)異的紅硬性，500℃ 時仍保持在 55HRC 以上。見下表，因此具有優(yōu)良的高溫耐磨性。

二、高速鋼按化學成分分類方法

高速鋼按化學成分可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。常見的普通高速鋼有兩種，鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。鎢系高速鋼的典型牌號為 W18Cr4V，熱處理硬度可達63~66HRC ，抗彎強度可達3500MPa，可磨性好。鎢鉬系高速鋼的典型牌號為W6Mo5Cr4V2，具有碳化物細小、分布均勻、耐磨性高和成本低等一系列優(yōu)點。熱處理硬度同上，抗彎強度達4700MPa，韌性及熱塑性比 W18Cr4V提高 50%。常用于制造各種工具，例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等，可以滿足加工一般工程材料的要求。只是它的脫碳敏感性稍強。另一牌號的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V，強度及熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2，硬度為63~64HRC，與韌性相配合，容易軋制、鍛造，熱處理工藝范圍寬，脫碳敏感性小，成本更低。

以往上述三個牌號的普通高速鋼在中國市場的比例分別為: W18Cr4V，16.5%:W6Mo5Cr4V2，69%: W9Mo3Cr4V，11%。

高性能高速鋼具有更高的硬度、熱硬性，切削溫度達650℃時，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5~3.0倍，適用于制造加工高溫合金、不銹鋼、合金高強度鋼等難加工材料的刀具。主要品種分別為高碳系高速鋼、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。高碳系高速鋼的牌號為9W18Cr4V，因碳含量高(0.9%)，故硬度、耐磨性及熱硬性都比較好。用其制造的刀具在切削不銹鋼、耐熱合金等難加工材料時，壽命顯著提高，但其抗彎強度只有3000MPa，沖擊韌性較低，熱處理工藝要求嚴格。高釩系高速鋼的牌號有 W12Cr4V4Mo及 W6Mo5Cr4V3 (美國牌號M3)釩含量達3%~4%，使耐磨性大大提高，但隨之帶來的是可磨性變差。鈷高速鋼的牌號有 W2Mo9Cr4VCo8 (美國牌號M42)其特點為:釩含量不高(1%)，鈷含量高(8%)，鈷能促使碳化物在淬火加熱時更多地溶解在基體內(nèi)，利用高的基體硬度來提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達67 -70HRC，但也有采取特殊熱處理方法，得到67~68HRC 硬度，使其切削性能(特別是間斷切削) 得到改善，提高沖擊韌性。鈷高速鋼可制成各種刀具，用于切削難加工材料效果很好。又因其磨削性能好，可制成復雜刀具，國際上用得很普遍。但中國鈷資源缺乏，鈷高速鋼價格昂貴，約為普通高速鋼的5~8倍。鋁高速鋼的牌號為W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4VSSiNbAl等，主要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素，來提高熱硬性、耐磨性，熱處理硬度可達到68HRC ，熱硬性也不錯。但是這種鋼易氧化及脫碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改進。國際市場上高性能高速鋼使用量已經(jīng)超過普通高速鋼25%~30%。

三、高速鋼按制造工藝分類方法

高速鋼按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼，近幾年來高速鋼的最大變革就是發(fā)展了粉末冶金高速鋼，它優(yōu)于熔煉高速鋼。用高壓氬氣或氮氣霧化熔融高速鋼水，得到細小高速鋼粉末，篩選后為0.4mm 以下的顆粒:在真空(5.33Pa)狀態(tài)下，密閉燒結(jié)達到密度為65%，再在1100℃ 高溫300MPa高壓下制成密度100%的鋼坯，然后鍛軋成鋼材，這樣有效地解決了熔煉高速鋼在鑄錠時要產(chǎn)生粗大碳化物偏析的問題，而它無論截面多大，其碳化物級別均為一級。碳化物晶粒極細，小于2μm，而熔煉高速鋼碳化物晶粒為8-20μm。牌號為CPMT15的粉末冶金高速鋼，它的強度、韌性分別是同化學成分的熔煉高速鋼的2倍及2.5 倍。盡管含量達5%，但由于碳化物晶粒細，可磨性依然很好。高溫熱硬度也比熔煉高速鋼提高0.5-1.0HRC。又由于其物理力學性能高度各向同性，淬火變形小。碳化物顆粒均勻分布的表面較大，不易從刀具的切削刃上剝落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2.0倍，大尺寸刀具提高20%~30%。

粉末冶金高速鋼具有良好的力學性能，適合制造:間斷切削條件下易崩刃的刀具、強度高而切削刃又必須鋒利的刀具，如插齒刀、滾刀、銑刀，高壓動載下使用的刀具。它的碳化物偏析小，晶粒細，可磨性好，適合制造:大尺寸刀具、精密刀具、復雜刀具。這類材料的高溫熱硬度高，又適合制造難加工材料所用的刀具，確實是面面俱到。粉末冶金高速鋼生產(chǎn)過程較復雜，造價較高。中國鋼廠提供的品種較少，市場用量也很少。國際上著名鋼廠如美國 Crucible公司已可提供近二十種粉末冶金高速鋼日本神戶制鋼所、日立金屬公司均可提供近十種粉末冶金高速鋼，供應量也在迅速增長。日本著名的 OSG 公司用粉末冶金高速鋼制造了鉆頭、刀、絲錐，Nachi 公司制造了滾刀、插齒刀、齒刀。有理由相信技術(shù)性能高的粉末冶金高速鋼將會得到更廣泛的應用，為金屬加工業(yè)帶來新的發(fā)展。

四、高速工具鋼在不同處理狀態(tài)下的硬度

高速工具鋼在不同處理狀態(tài)下的硬度是不同的，下表列出了高速工具鋼在不同熱處理狀態(tài)下的硬度，可供選擇高速工具鋼時參考。

五、高速工具鋼的具體用途

高速工具鋼因其成分不同，其特性也在發(fā)生變化，因此其用途也發(fā)生變化，下表列舉了高速工具鋼的特性和應用實例。

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