高速鋼的基本知識

高速鋼是一種具有高硬度，高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，又稱高速工具鋼或鋒鋼。高速鋼是美國的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創(chuàng)制的。高速鋼的工藝性能好，強(qiáng)度和韌性協(xié)作好，因此主要用來制造困難的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具，也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。除用熔煉方法生產(chǎn)的高速鋼外,20世紀(jì)60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼,它的優(yōu)點(diǎn)是避開了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機(jī)械性能降低和熱處理變形。高速鋼是一種含多量碳(C),鴇(W),鋁(Mo),銘(Cr),鋼(V)等元素的高合金鋼，熱處理后具有高熱硬性。當(dāng)切削溫度高達(dá)600℃以上時，硬度仍無明顯下降，用其制造的刀具切削速度可達(dá)每分鐘60米以上，而得其名。常見的一般高速鋼有兩種：鴇系高速鋼和鴇鋁系高速鋼。鴇系高速鋼典型牌號為wl8Cr4V,熱處理硬度可達(dá)63-66HRC,抗彎強(qiáng)度可達(dá)3500MPa,可磨性好。鴇鋁系高速鋼典型牌號為W6Mo5Cr4V2,目前正在取代鴇系高速鋼，具有碳化物細(xì)小分布勻稱，耐磨性高，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。熱處理硬度同上，抗彎強(qiáng)度達(dá)4700MPa,韌性及熱塑性比wl8Cr4V提高具（如滾刀,插齒刀，拉刀），常用的鋼號有W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2等。②特殊用途高速鋼:包括鉆高速鋼和超硬型高速鋼（硬度HRC68?70），主要用于制造切削難加工金屬（如高溫合金，鈦合金和高強(qiáng)鋼等）的刀具，常用的鋼號有W12Cr4V5Co5,W2Mo9Cr4VCo8等。規(guī)格和外觀質(zhì)量規(guī)格主要有圓鋼和方鋼，板材。鋼材的表面要加工良好，不得有肉眼可見的裂紋，折疊，結(jié)疤和發(fā)紋。冷拔鋼材表面應(yīng)干凈,光滑，無夾雜和氧化皮等。化學(xué)成分我國國標(biāo)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中主要鋼號的化學(xué)成分如表6-7-26o物理性能高速鋼一般不做抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)，而以金相，硬度檢驗(yàn)為主。鴇系和鋁系高速鋼經(jīng)正確的熱處理后，洛氏硬度能達(dá)到63以上，鉆系高速鋼在65以上。鋼材的酸浸低倍組織不得有肉眼可見的縮孔，翻皮。中心疏松，一般疏松應(yīng)小于1級。金相檢驗(yàn)的內(nèi)容主要包括脫碳層，顯微組織和碳化物不勻稱度3個項(xiàng)目。高速鋼不應(yīng)有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。高速鋼中碳化物不勻稱度對質(zhì)量影響最大，目前冶金和機(jī)械部門對碳化物不勻稱度的級別特別重視。依據(jù)鋼的不同用途可對碳化物不勻稱度提出不同的級別要求，通常狀況下應(yīng)小于3級。用高速鋼制造切削工具，除因其具有高硬度，高耐磨性和足夠的韌性之外，還有一個重要因素是具有紅硬性。紅硬性是指刀具在高速切削時，刀刃在紅熱狀態(tài)下反抗軟化的實(shí)力。一種衡量紅硬性的方法是先把鋼加熱至580?650C,保溫1小時,然后冷卻，這樣反復(fù)4次后測量其硬度值。高速鋼的淬火溫度一般均接近鋼的熔點(diǎn)，如鴇系高速鋼為1210?1240℃,高鋁系高速鋼為1180?1210℃。淬火后一般需在540?560℃之間回火3次。提高淬火溫度可以增加鋼的紅硬性。為了提高高速鋼刀具的運(yùn)用壽命，可對其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，如低溫氧化，氮化，硫氮共滲等。包裝成捆交貨，用鐵絲捆扎，并有標(biāo)牌標(biāo)明爐號，規(guī)格等印記。但對冷軋鋼還要涂防銹油，并用防潮紙包袱。對銀亮鋼還應(yīng)裝箱。留意事項(xiàng)檢驗(yàn)高速鋼碳化物不勻稱度及試樣的腐蝕時間有關(guān)。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中只提出腐蝕要適當(dāng)不能過腐蝕，這一點(diǎn)往往被人們所忽視。實(shí)踐證明,如果發(fā)生了過腐蝕，就會將碳化物染黑，表現(xiàn)出不勻稱程度改善的假相,就可能將質(zhì)量不好的高速鋼誤判為優(yōu)質(zhì)鋼，這一點(diǎn)尤為重要。高速鋼檢驗(yàn)檢驗(yàn)高速鋼碳化物不勻稱度及試樣的腐蝕時間有關(guān)。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中只提出腐蝕要適當(dāng)不能過腐蝕，這一點(diǎn)往往被人們所忽視。實(shí)踐證明,如果發(fā)生了過腐蝕，就會將碳化物染黑，表現(xiàn)出不勻稱程度改善的假相,就可能將質(zhì)量不好的高速鋼誤判為優(yōu)質(zhì)鋼，這一點(diǎn)尤為重要。高速鋼回收50%o常用于制造各種工具，例如鉆頭，絲錐，銃刀，較刀，拉刀，齒輪刀具等,只是它的脫碳敏感性稍強(qiáng)。另一牌號的一般高速鋼為W9Mo3Cr4V,這是中國近幾年發(fā)展起來的新品種。強(qiáng)度及熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2,硬度為HRC63-64,及韌性相協(xié)作，簡單軋制，鍛造，熱處理工藝范圍寬，脫碳敏感性小，成本更低。高性能高速鋼具有更好的硬度和熱硬性，這是通過改變高速鋼的化學(xué)成分，提高性能而發(fā)展起來的新品種。具有更高的硬度，熱硬性，切削溫度達(dá)攝氏650度時，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為一般高速鋼的1.5-3倍，適用于制造加工高溫合金，不銹鋼，鈦合金，高強(qiáng)度鋼等難加工材料的刀具。主要品種有4種，分別為高碳系高速鋼，高鈕系高速鋼，含鉆系高速鋼和鋁高速鋼。鉆高速鋼牌號有W2Mo9Cr4VCo8。其特點(diǎn)為：含鋼量不高(1%),含鉆量高(8%),鉆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,執(zhí)硬性，耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達(dá)67-70HRC,但也有實(shí)行特殊熱處理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特殊是間斷切削)得到改善，提高沖擊韌性。鋁高速鋼牌號為W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V5SiNbAl等，主要加入鋁(Al)和硅(Si),鋸(Nb)元素，來提高熱硬性，耐磨性。熱處理硬度可達(dá)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(jìn)。粉末冶金高速鋼具有良好的力學(xué)性能，適合制造：間斷切削條件下易崩刃的刀具，強(qiáng)度高而切削刃又必需銳利的刀具，如插齒刀，滾刀,銃刀,高壓動載荷下運(yùn)用的刀具。它的碳化物偏析小，晶粒細(xì)，可磨性好，適合制造：大尺寸刀具，精密刀具，困難刀具。這類材料的高溫?zé)嵊捕雀?，又適合制造難加工材料所用的刀具，確實(shí)是四平八穩(wěn)。技術(shù)指標(biāo)高速工具鋼低倍組織檢驗(yàn)是依據(jù)國標(biāo)GB226-77《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法》規(guī)定，采納熱酸浸蝕法。低倍組織檢驗(yàn)及金相組織檢驗(yàn)相結(jié)合金相組織檢驗(yàn)是指在金相顯微鏡的放大倍數(shù)為100倍狀況下進(jìn)行。若高速工具鋼的低倍組織中的點(diǎn)狀偏析大于1級，在進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)其共晶碳化不勻稱度時，發(fā)覺其共晶碳化物級別大約是7級左右，而且?guī)畹奶蓟锖途W(wǎng)狀的碳化物的網(wǎng)角上都有嚴(yán)峻積累的大顆粒的碳化物。在高速工具鋼的低倍組織中，其點(diǎn)狀偏析主要呈不同形態(tài)和大小的暗色斑點(diǎn)。這主要是由于鋼材的化學(xué)成分偏析，合金碳化物大量聚集在一起,經(jīng)酸蝕試驗(yàn)的熱酸浸蝕后，合金碳化物會脫離其基體而在試樣表面留下剝落的凹坑。在鍛造時，在碳化物剝落的凹坑處，特別簡單聚集擴(kuò)展成為裂紋。而其點(diǎn)狀偏析的嚴(yán)峻程度，其實(shí)質(zhì)就是碳化物剝落的輕重程度。對于存在碳化物剝落的試樣，其共晶碳化物的不勻稱度也是不合格的，因此，我們可以利用低倍組織檢驗(yàn)相結(jié)合的方法，來進(jìn)一步保證試驗(yàn)的精確性。對于高速工具鋼的鍛造而言，偏析不允許存在缺陷組織，相對而言，疏松對于高速工具鋼鍛造來說，要求的寬容度就要大一些。一般來說,若其心部疏松為5?2級的高速工具鋼，在其鍛造時一般不會產(chǎn)生裂紋,而對于不是勻稱的一般疏松，又不是中心疏松，不集中在鋼材的中心,呈不規(guī)則的偏析分布，則在鍛造時特別簡單發(fā)生鍛裂。高速工具鋼低倍組織的優(yōu)劣，將嚴(yán)峻影響其鍛造性能。鍛造-是用錘擊使金屬成為肯定形態(tài)的方法，當(dāng)鋼件加熱達(dá)到鍛造溫度時，可以從事鍛造，彎屈，抽拉，成型等操作。大多數(shù)鋼材加熱至鮮明櫻紅色時都很易鍛造。脆性-表示金屬簡單裂開的性質(zhì)，鑄鐵的脆性大，甚至跌落地上亦會裂開。脆性及硬度有親密關(guān)系，硬度高的材料通常脆性亦大。高速鋼為什么要進(jìn)行三次高溫回火？因?yàn)楦咚黉摯慊鸷蟠蟛糠洲D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘留奧氏體量是20—25%,甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。還有10%左右的殘留奧氏體，15%左右新轉(zhuǎn)變未經(jīng)回火的馬氏體，還會產(chǎn)生新的應(yīng)力，對性能還有肯定的影響。為此，要進(jìn)行二次回火，這時又有5—6%的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同樣緣由為了使剩余的殘留奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，和使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消退應(yīng)力，需進(jìn)行第三次回火。經(jīng)過三次回火殘留奧氏體約剩1—3%左右高速鋼鋸片是一種含多量碳(C),鴇(W),鑰(Mo),銘(Cr),fL(V)等元素組成的鋸片，熱處理后具有高熱硬性。由于高速鋼切削溫度高達(dá)600℃以上時，硬度仍無明顯下降，用其制造的鋸片切削速度可達(dá)每分鐘60米以上，高速鋼鋸片由此而得名。高速鋼鋸片分類高速鋼按化學(xué)成分可分為一般高速鋼及高性能高速鋼。按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼。高速鋼鋸片的運(yùn)用1.新安裝的高速鋼鋸片試運(yùn)行時為了保證其擁有更長的運(yùn)用壽命，最好先讓圓鋸機(jī)及新鋸片(重新更換或重新磨過的高速鋼鋸片)有一個充分的磨合過程，在鋸片切割的前10分鐘，削減進(jìn)料的速度是很有必要性的，在10分鐘后就可以復(fù)原正常的進(jìn)料速度。2.進(jìn)料速度和切割速度取決于被切割材料的截面及韌度，對于不銹鋼這種難切削,韌度較高的材料，相應(yīng)的削減進(jìn)料是特別有利于提高鋸片的使用壽命，當(dāng)材料截面較小時，可以適當(dāng)提高機(jī)器轉(zhuǎn)速。3.假如切割相同的材料時增加了進(jìn)刀的速度，相應(yīng)的應(yīng)當(dāng)選擇有較粗齒的鋸片。.由于切割材料的任何時候都須要有效的切割角度和有效齒距，正確及時的對鋸片進(jìn)行重新研磨，有助于高速鋼鋸片發(fā)揮最大功效。.通過視察鋸片產(chǎn)生的鋸屑，你可以推斷鋸片目前的切割狀態(tài)：a.鋸屑很細(xì)的或成粉狀表示切割壓力太小。b.鋸屑很粗但是卻松軟表示切割超負(fù)荷。c.鋸屑是長的螺旋絲表示狀態(tài)良好。高速鋼鋸片用途高速鋼鋸片用途：主要用于鋼，鐵，銅，鋁等中硬以下金屬材料窄而深的槽加工或切斷。也可用于非金屬的銃削加工。超硬材料，硬質(zhì)合金鋸片主要用于難切削材料（耐熱鋼，不銹鋼等高強(qiáng)度鋼）的削加工。又名風(fēng)鋼或鋒鋼，意思是淬火時即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很銳利。它是一種成分困難的合金鋼，含有鴇，鑰，銘，機(jī)，鉆等碳化物形成元素。合金元素總量達(dá)10?25%左右。它在高速切削產(chǎn)生高熱狀況下（約500℃）仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性一一紅硬性。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(dāng)溫度高于200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到及退火狀態(tài)相像的程度，完全丟失了切削金屬的實(shí)力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn)，可以用來制造切削工具。高速鋼的熱處理工藝較為困難，必需經(jīng)過退火，淬火，回火等一系列過程。退火的目的是消退應(yīng)力，降低硬度，使顯微組織勻稱，便于淬火。退火溫度一般為860?880℃。淬火時由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800?850℃預(yù)熱（以免引起大的熱應(yīng)力），然后快速加熱到淬火溫度1190-1290℃（不同牌號實(shí)際運(yùn)用時溫度有區(qū)分），后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采納鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐運(yùn)用也相當(dāng)廣泛。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(jìn)一步提高硬度和耐磨性，一般要進(jìn)行2?3次回火，回火溫度560C,每次保溫1小時。（1）生產(chǎn)制造方法：通常采納電爐生產(chǎn),近來曾采納粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼，使碳化物呈極細(xì)小的顆粒勻稱地分布在基體上，提高了運(yùn)用壽命。（2）用途：用于制造各種切削工具。如車刀，鉆頭，滾刀，機(jī)用鋸條及要求高的模具等。主要生產(chǎn)廠我國上鋼五廠，河冶科技是生產(chǎn)高速鋼的主要生產(chǎn)廠。主要進(jìn)口生產(chǎn)國家我國主要從日本，俄羅斯，德國，奧地利，法國，烏克蘭,巴西等國進(jìn)口。種類高速鋼是一種困難的鋼種,含碳量一般在0