高速(su)鋼
1.概述
高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)又(you)名風鋼(gang)(gang)(gang)或鋒鋼(gang)(gang)(gang)，意思是淬(cui)火(huo)時(shi)即使在空氣中冷卻也能(neng)硬(ying)(ying)(ying)化，并且很鋒利。它是一種成分復雜(za)的(de)合金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)，含(han)有鎢、鉬(mu)、鉻、釩等碳(tan)化物形成元素(su)。合金(jin)元素(su)總(zong)量達10～25%左右。它在高(gao)速(su)切削產生高(gao)熱情況(kuang)下(xia)(約500℃)仍能(neng)保持高(gao)的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)，HRC能(neng)在60以上。這(zhe)就是高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)最主要的(de)特性(xing)(xing)——紅(hong)硬(ying)(ying)(ying)性(xing)(xing)。而碳(tan)素(su)工(gong)(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)經(jing)淬(cui)火(huo)和低溫回火(huo)后，在室(shi)溫下(xia)雖有很高(gao)的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)，但當溫度(du)(du)高(gao)于200℃時(shi)，硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)便急劇下(xia)降，在500℃硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)已降到與退火(huo)狀態(tai)相似的(de)程度(du)(du)，完全喪失了(le)切削金(jin)屬的(de)能(neng)力，這(zhe)就限制了(le)碳(tan)素(su)工(gong)(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)制作切削工(gong)(gong)(gong)具(ju)用。而高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)由于紅(hong)硬(ying)(ying)(ying)性(xing)(xing)好，彌補了(le)碳(tan)素(su)工(gong)(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)致(zhi)命缺(que)點，可以用來制造(zao)切削工(gong)(gong)(gong)具(ju)。
高速鋼的(de)(de)(de)熱(re)處理工藝較為(wei)復雜，必(bi)須經過退(tui)火(huo)(huo)(huo)(huo)、淬火(huo)(huo)(huo)(huo)、回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)等一(yi)系列(lie)過程。退(tui)火(huo)(huo)(huo)(huo)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是消除應(ying)力，降低硬(ying)度，使顯(xian)微組(zu)織(zhi)均勻，便(bian)于(yu)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)。退(tui)火(huo)(huo)(huo)(huo)溫(wen)度一(yi)般(ban)為(wei)860～880℃。淬火(huo)(huo)(huo)(huo)時(shi)由于(yu)它的(de)(de)(de)導熱(re)性差(cha)一(yi)般(ban)分兩(liang)階段進(jin)行。先在800～850℃預熱(re)(以免引起大的(de)(de)(de)熱(re)應(ying)力)，然后(hou)(hou)迅速加(jia) 熱(re)到(dao)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)溫(wen)度1220～1250℃，后(hou)(hou)油(you)冷(leng)。工廠(chang)均采(cai)用鹽(yan)爐加(jia)熱(re)。淬火(huo)(huo)(huo)(huo)后(hou)(hou)因內部(bu)組(zu)織(zhi)還保(bao)留(liu)一(yi)部(bu)分(約30%)殘余奧氏體沒有轉變成馬氏體，影(ying)響了高速鋼的(de)(de)(de)性能。為(wei)使殘余奧氏體轉變，進(jin)一(yi)步提高硬(ying)度和耐磨性，一(yi)般(ban)要進(jin)行2～3次(ci)回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)，回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)溫(wen)度560℃，每(mei)次(ci)保(bao)溫(wen)1小時(shi)。
(1)生產(chan)制造(zao)方法：通常(chang)采用(yong)(yong)電爐生產(chan)，近來曾采用(yong)(yong)粉末冶金方法生產(chan)高(gao)速鋼(gang)，使碳(tan)化(hua)物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體(ti)上，提高(gao)了使用(yong)(yong)壽命。
(2)用(yong)途(tu)：用(yong)于(yu)制(zhi)造各種切削工(gong)具(ju)。如車刀、鈷(gu)頭、滾刀、機用(yong)鋸條及要(yao)求高的模具(ju)等(deng)。
2.主(zhu)要(yao)生(sheng)產廠
我國大連鋼(gang)(gang)廠(chang)、重慶鋼(gang)(gang)廠(chang)、上海鋼(gang)(gang)廠(chang)是生產高速鋼(gang)(gang)的主要生產廠(chang)。
3.主要進(jin)口生產國家
我國(guo)主要從日(ri)本、俄羅斯、德國(guo)、巴(ba)西等國(guo)進口。
4.種類
有(you)鎢系高(gao)速鋼(gang)和鉬(mu)系高(gao)速鋼(gang)兩大類。鎢系高(gao)速鋼(gang)有(you)W18Cr4V,鉬(mu)系高(gao)速鋼(gang)有(you)W6Mo5Cr4V2等。
5.規格和(he)外觀質量
規格主要(yao)有(you)圓鋼(gang)(gang)和(he)(he)方鋼(gang)(gang)。鋼(gang)(gang)材的表(biao)(biao)面要(yao)加(jia)工良好(hao)，不得有(you)肉(rou)眼可見的裂紋、折疊(die)、結疤和(he)(he)發紋。冷拔鋼(gang)(gang)材表(biao)(biao)面應潔(jie)凈、光滑、無(wu)夾雜和(he)(he)氧化皮等(deng)。
高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)是一種含多量碳(C)、鎢(wu)(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的(de)高(gao)(gao)合金(jin)鋼(gang)，熱處理(li)后具(ju)有(you)高(gao)(gao)熱硬(ying)性(xing)。當(dang)切削溫度高(gao)(gao)達600℃以(yi)上(shang)(shang)時(shi)，硬(ying)度仍無明顯下降(jiang)，用其制造(zao)的(de)刀(dao)具(ju)切削速(su)度可達每(mei)分(fen)(fen)鐘60米以(yi)上(shang)(shang)，而得其名。高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)按化學成分(fen)(fen)可分(fen)(fen)為(wei)(wei)普(pu)通高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)及(ji)高(gao)(gao)性(xing)能(neng)高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)，按制造(zao)工(gong)藝可分(fen)(fen)為(wei)(wei)熔煉高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)及(ji)粉末冶金(jin)高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)。
普通高速(su)鋼
圖一： 高速(su)鋼是制造形狀復雜、磨(mo)削困難(nan)的刀具(ju)的主要材料。
普通高(gao)速(su)(su)鋼(gang)可(ke)滿足(zu)一般(ban)需求(qiu)。常(chang)見的普通高(gao)速(su)(su)鋼(gang)有兩種(zhong)，鎢系高(gao)速(su)(su)鋼(gang)和鎢鉬系高(gao)速(su)(su)鋼(gang)。
鎢(wu)系高(gao)速(su)鋼
典型牌號為W18Cr4V，熱處理硬(ying)度可達63-66HRC，抗(kang)彎強度可達3500MPa，可磨性好。
鎢鉬系高速鋼
典型(xing)牌號為W6Mo5Cr4V2，目前正在取代鎢系(xi)高速鋼，具有碳化物細(xi)小分布(bu)均勻，耐磨性(xing)高，成本低等一系(xi)列優(you)點。熱處(chu)理硬度(du)同上，抗彎強度(du)達4700MPa，韌性(xing)及熱塑性(xing)比(bi)w18Cr4V提高50%。常用于制造各種工(gong)具，例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等，可(ke)以滿足加工(gong)一般工(gong)程材料的要求。只(zhi)是它的脫碳敏感性(xing)稍強。
另一牌號的普(pu)通(tong)高速(su)鋼為(wei)W9Mo3Cr4V，這是中國(guo)近幾年發展起來的新品種。強度及熱塑性(xing)(xing)略(lve)高于W6Mo5Cr4V2，硬度為(wei)HRC63-64，與韌性(xing)(xing)相(xiang)配合，容易軋(ya)制、鍛造(zao)，熱處理工藝范圍寬，脫碳敏感性(xing)(xing)小，成本(ben)更(geng)低(di)。這三個(ge)牌號的普(pu)通(tong)高速(su)鋼在中國(guo)市場的比(bi)例分別為(wei):W18Cr4V，16.5%；W6Mo5Cr4V2，69%;W9Mo3Cr4V，11%。
高性能高速鋼
高(gao)(gao)性(xing)能高(gao)(gao)速(su)鋼具有(you)更(geng)好的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)和熱(re)硬(ying)(ying)性(xing)，這是通過改變高(gao)(gao)速(su)鋼的(de)(de)化學成分，提高(gao)(gao)性(xing)能而發展(zhan)起來的(de)(de)新品(pin)種。它具有(you)更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)、熱(re)硬(ying)(ying)性(xing)，切削溫(wen)度(du)達攝氏650度(du)時，硬(ying)(ying)度(du)仍可保持在60HRC以上。耐用性(xing)為普(pu)通高(gao)(gao)速(su)鋼的(de)(de)1.5-3倍，適(shi)用于制(zhi)造加(jia)工高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金、不(bu)銹鋼、鈦合(he)金、高(gao)(gao)強度(du)鋼等(deng)難加(jia)工材料的(de)(de)刀具。
主要品種(zhong)有4種(zhong)，分別(bie)為高(gao)(gao)碳系高(gao)(gao)速(su)(su)鋼(gang)、高(gao)(gao)釩系高(gao)(gao)速(su)(su)鋼(gang)、含鈷系高(gao)(gao)速(su)(su)鋼(gang)和鋁高(gao)(gao)速(su)(su)鋼(gang)。
高碳系高速鋼
牌號為9w18Cr4V，因含碳量高(gao)(0.9%)，故硬(ying)度(du)、耐磨(mo)性及(ji)熱(re)(re)硬(ying)性都比較好。用其制(zhi)造的刀具在切削不銹鋼、耐熱(re)(re)合(he)金等難加(jia)工(gong)材料時(shi)，壽命顯著(zhu)提高(gao)，但其抗彎強(qiang)度(du)為3000MPa，沖擊韌性較低(di)，熱(re)(re)處理工(gong)藝要求嚴格。
高(gao)釩系高(gao)速鋼
牌(pai)號(hao)有(you)W12Cr4V4Mo及(ji)(ji)W6Mo5Cr4V3(美國牌(pai)號(hao)M3)，含(han)釩量達3-4%，使(shi)耐磨(mo)性(xing)大大提(ti)高，但(dan)隨之帶來(lai)的是可磨(mo)性(xing)變差。高釩系高速鋼的使(shi)用及(ji)(ji)發展(zhan)還需要依賴于磨(mo)削工藝及(ji)(ji)砂輪技術(shu)的發展(zhan)。
鈷高速(su)鋼(gang)
牌(pai)號有W2Mo9Cr4VCo8(美國(guo)(guo)牌(pai)號M42)。其(qi)特點為(wei)：含(han)釩(fan)量不高(gao)(gao)(gao)(1%)，含(han)鈷量高(gao)(gao)(gao)(8%)，鈷能(neng)促使碳化物在淬火加(jia)(jia)熱(re)時更多地溶(rong)解在基體內，利用(yong)高(gao)(gao)(gao)的基體硬(ying)度(du)來提高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)。這種高(gao)(gao)(gao)速鋼(gang)硬(ying)度(du)、熱(re)硬(ying)性(xing)、耐磨(mo)性(xing)及(ji)可(ke)磨(mo)性(xing)都很好(hao)。熱(re)處理硬(ying)度(du)可(ke)達67-70HRC，但也(ye)有采取特殊熱(re)處理方法，得到67-68HRC硬(ying)度(du)，使其(qi)切(qie)削性(xing)能(neng)(特別是間(jian)斷切(qie)削)得到改善，提高(gao)(gao)(gao)沖擊韌性(xing)。鈷高(gao)(gao)(gao)速鋼(gang)可(ke)制成(cheng)(cheng)各種刀(dao)具(ju)，用(yong)于切(qie)削難加(jia)(jia)工材料效果很好(hao)，又因其(qi)磨(mo)削性(xing)能(neng)好(hao)，可(ke)制成(cheng)(cheng)復雜刀(dao)具(ju)，國(guo)(guo)際上用(yong)得很普遍。但中國(guo)(guo)鈷資源缺乏，鈷高(gao)(gao)(gao)速鋼(gang)價(jia)格昂貴，約(yue)為(wei)普通高(gao)(gao)(gao)速鋼(gang)的5-8倍。
鋁高速鋼
牌(pai)號為(wei)W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主(zhu)要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素，來提高(gao)熱(re)硬(ying)(ying)性、耐磨(mo)性。適合中國(guo)資源情(qing)況，價格較(jiao)低。熱(re)處理(li)硬(ying)(ying)度可達到68HRC，熱(re)硬(ying)(ying)性也不錯。但是這種鋼(gang)易氧化及脫碳，可塑(su)性、可磨(mo)性稍差，仍(reng)需改進。國(guo)際市場(chang)上高(gao)性能(neng)高(gao)速(su)鋼(gang)使用量(liang)已經超過普(pu)通高(gao)速(su)鋼(gang)25-30%。
本站注：按(an)照通常的國(guo)際標準，只有(you)含鈷量在2%以(yi)上的高(gao)速(su)鋼才稱為高(gao)性(xing)能(neng)(neng)高(gao)速(su)鋼，代號為HSS-E。其它如鋁高(gao)速(su)鋼等，雖然性(xing)能(neng)(neng)較(jiao)普通高(gao)速(su)鋼有(you)所(suo)提(ti)高(gao)，但尚未有(you)證據表明可以(yi)達到鈷高(gao)速(su)鋼的同等性(xing)能(neng)(neng)。
粉末冶金高速鋼
圖二(er)：粉末冶金高(gao)速鋼(gang)及其(qi)制品。
近幾年來高(gao)速(su)鋼的(de)最(zui)大變革就(jiu)是發展了(le)粉(fen)末(mo)冶(ye)金高(gao)速(su)鋼，它的(de)能(neng)優于(yu)熔(rong)煉(lian)高(gao)速(su)鋼。用高(gao)壓(ya)氬氣或氮氣霧化熔(rong)融高(gao)速(su)鋼水，得到細小(xiao)高(gao)速(su)鋼粉(fen)末(mo)，篩選后為0.4mm以下(xia)的(de)顆粒；在真空(kong)(0.04Hg)狀態下(xia)，密閉燒結達(da)到密度65%；再在1100℃高(gao)溫、300MPa高(gao)壓(ya)下(xia)制成(cheng)密度100%的(de)鋼坯，然后鍛(duan)軋(ya)成(cheng)鋼材，這樣有效(xiao)地(di)解決了(le)熔(rong)煉(lian)高(gao)速(su)鋼在鑄錠時要產生粗(cu)大碳(tan)化物偏(pian)析的(de)問(wen)題，而它無論截(jie)面多(duo)大，其碳(tan)化物級(ji)別均為一級(ji)。碳(tan)化物晶粒極細，小(xiao)于(yu)0.002mm，而熔(rong)煉(lian)高(gao)速(su)鋼碳(tan)化物晶粒為0.008-0.02mm。
牌號為CPM T15的(de)(de)粉(fen)末冶金高速鋼(gang)(gang)，它的(de)(de)強(qiang)度、韌(ren)性分(fen)別(bie)是同化(hua)學成分(fen)的(de)(de)熔(rong)煉(lian)高速鋼(gang)(gang)的(de)(de)2倍及(ji)2.5倍。盡管含(han)釩(fan)量達5%，但由于碳化(hua)物晶粒細，可磨性依然很好(hao)。高溫(wen)熱(re)硬度也(ye)比熔(rong)煉(lian)高速鋼(gang)(gang)提(ti)高0.5-1HRC。
又由于(yu)其物理機械性能高度各向同性，淬火(huo)變(bian)形(xing)小。碳(tan)化物顆(ke)粒均勻分布的(de)表面較大，不(bu)易(yi)從刀具(ju)的(de)切削刃(ren)上剝落，小尺寸刀具(ju)耐磨性提(ti)高1.5-2倍，大尺寸刀具(ju)提(ti)高20-30%。
粉(fen)末(mo)冶金高(gao)速鋼具有良好的力學性能(neng)，適合制造：間斷切削(xue)條(tiao)件下易(yi)崩刃的刀(dao)具、強度高(gao)而切削(xue)刃又必須鋒利的刀(dao)具，如插齒刀(dao)、滾(gun)刀(dao)、銑刀(dao)，高(gao)壓動載(zai)荷下使(shi)用的刀(dao)具。
它的(de)碳化(hua)物偏析小，晶(jing)粒細，可(ke)磨(mo)性(xing)好，適合(he)制造：大(da)尺寸(cun)刀(dao)具(ju)(ju)、精密刀(dao)具(ju)(ju)、復雜(za)刀(dao)具(ju)(ju)。這類材料的(de)高溫熱硬度高，又(you)適合(he)制造難加工材料所用的(de)刀(dao)具(ju)(ju)，確實是面面俱到。
粉(fen)末冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)生(sheng)產過(guo)程較復雜，造(zao)(zao)價較高(gao)。中國鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)廠提(ti)供(gong)的(de)(de)(de)品種(zhong)較少，市場用(yong)(yong)量也很少。國際上著名鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)廠如(ru)美國Crucible公(gong)(gong)司已(yi)可(ke)提(ti)供(gong)近二(er)十種(zhong)粉(fen)末冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，日(ri)本神戶制鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)所、日(ri)立金(jin)(jin)屬(shu)公(gong)(gong)司均可(ke)提(ti)供(gong)近十種(zhong)粉(fen)末冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，供(gong)應量也在迅速(su)增(zeng)長。日(ri)本著名的(de)(de)(de)OSG公(gong)(gong)司用(yong)(yong)粉(fen)末冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)制造(zao)(zao)了鉆頭、銑刀(dao)、絲錐，NACHI公(gong)(gong)司制造(zao)(zao)了滾刀(dao)、插齒刀(dao)、剃(ti)齒刀(dao)。有(you)理由(you)相信技術性能高(gao)的(de)(de)(de)粉(fen)末冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)將會得到更廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，為金(jin)(jin)屬(shu)加(jia)工業帶(dai)來新的(de)(de)(de)發展。
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