高速钢简介

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高速钢属于莱氏体钢,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,俗称白钢。

低碳钢

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。

发展历史
1898年,美国机械与管理工程师泰勒(TaylorF.W.)和冶金学家怀特(WhiteM.)研制发明了高速钢,并作了系统切削试验。当时他们确定的高速钢成分为C-0.67%,W-18.91%,Cr-5.47%,Mn-0.11%,V-0.29%,F-余量,与后来的W18Cr4V成分很接近。高速钢刀具可用30m/min的速度切削钢材,其效率比过去用的碳素工具钢和合金工具钢提高了好几倍,为美国当时的机械工业生产赢得了巨大的经济效益。

W18Cr4V高速钢的热塑性不好,由于麻花钻热轧工艺的需要,后来研制成功了W6Mo5Cr4V2高速钢,此外,还有W9Mo3Cr4V。这三种高速钢的切削性能和力学性能近似,称为通用型。20世纪中叶以后,科学技术迅速发展,各种难加工材料不断涌现,通用高速钢的性能已不复使用,于是高性能高速钢和粉末冶金高速钢相继出现,使高速钢刀具材料的性能得到了很大提高。

规格
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。

制作工艺
高速钢的热处理工艺较为复杂,必须经过淬火、回火等一系列过程。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。
生产制造方法:通常采用电炉生产,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。

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。

主要性能
又名风钢或锋钢,又称白钢。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。

检测
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。
1.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。
2.高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大,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。
3.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。

主要种类
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:①钨系高速钢(含钨 9~18%);②钨钼系高速钢(含钨5~12%,含钼2~6%);③高钼系高速钢(含钨0~2%,含钼5~10%);④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;⑤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。①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。②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。

折叠通用钢
钢号:W18Cr4V(W18)
硬度HRC:62-65
抗弯强度/GPa:3.0-3.4
冲击韧性/(MJm²):0.18-0.32
600℃时的硬度HRC:48.5
特点:强度较好,可磨性好,可用普通钢玉砂轮磨削,耐热性中等,热塑性差
主要用途:通用性强,广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等。

折叠高性能钢
1、钢号:W6Mo5Cr4V2(M2)
硬度HRC:63-66
抗弯强度/GPa:3.5-4.0
冲击韧性/(MJm²):0.30-0.40
600℃时的硬度HRC:47-48
特点:强度高,热塑性好,耐热性、可磨性稍次于W18Cr4V,可用普通钢玉砂轮磨削
主要用途:适用于制作热成形刀具和承受冲击、结构薄弱的刀具
2、钢号:W14Cr4VMnRE
硬度HRC:64-66
抗弯强度/GPa:约4.0
冲击韧性/(MJm²):约0.31
600℃时的硬度HRC:50.5
主要用途:切削性能与W18Cr4V相当,适于制作热轧刀具。

包装检验
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。
检验
检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有关标准中只提出腐蚀要适当不能过腐蚀,这一点往往被人们所忽视。实践证实,如果发生了过腐蚀,就会将碳化物染黑,表现出不均匀程度改善的假相,就可能将质量不好的高速钢误判为优质钢,这一点尤为重要。