高速工具鋼

　　高速鋼(HSS)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，俗稱白鋼。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，強度和韌性配合好，因此主要用來制造復雜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60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼，它的優(yōu)點是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機械性能降低和熱處理變形。

　　發(fā)展歷史

　　1898年，美國機械與管理工程師泰勒(TaylorF.W.)和冶金學家懷特(WhiteM.)研制發(fā)明了高速鋼，并作了系統(tǒng)切削試驗。當時他們確定的高速鋼成分為C-0.67%，W-18.91%，Cr-5.47%，Mn-0.11%，V-0.29%，F(xiàn)-余量，與后來的W18Cr4V成分很接近。高速鋼刀具可用30m/min的速度切削鋼材，其效率比過去用的碳素工具鋼和合金工具鋼提高了好幾倍，為美國當時的機械工業(yè)生產(chǎn)贏得了巨大的經(jīng)濟效益。

　　W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好，由于麻花鉆熱軋工藝的需要，后來研制成功了W6Mo5Cr4V2高速鋼，此外，還有W9Mo3Cr4V。這三種高速鋼的切削性能和力學性能近似，稱為通用型。

　　20世紀中葉以后，科學技術迅速發(fā)展，各種難加工材料不斷涌現(xiàn)，通用高速鋼的性能已不復使用，于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn)，使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。

　　制作工藝

　　高速鋼的熱處理工藝較為復雜，必須經(jīng)過淬火、回火等一系列過程。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1190～1290℃(不同牌號實際使用時溫度有區(qū)別)，后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐使用也相當廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉變，進一步提高硬度和耐磨性，一般要進行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時。

　　生產(chǎn)制造方法：通常采用電爐生產(chǎn)，曾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。

　　用途：用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。

　　規(guī)格成分

　　規(guī)格和外觀

　　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、結疤和發(fā)紋。冷拔鋼材表面應潔凈、光滑、無夾雜和氧化皮等。

　　主要種類

　　高速鋼是一種復雜的鋼種,含碳量一般在0.70～1.65%之間。含合金元素量較多，總量可達10～25%。

　　按所含合金元素不同可分為：

　　①鎢系高速鋼(含鎢 9～18%);

　　②鎢鉬系高速鋼(含鎢5～12%,含鉬2～6%);

　　③高鉬系高速鋼(含鎢0～2%,含鉬5～10%);

　　④釩高速鋼，按含釩量的不同又分一般含釩量(含釩 1～2%)和高含釩量(含釩2.5～5%)的高速鋼;

　　⑤鈷高速鋼(含鈷 5～10%)。

　　按用途不同高速鋼又可分為通用型和特殊用途兩種。

　　①通用型高速鋼：主要用于制造切削硬度HB≤300的金屬材料的切削刀具 (如鉆頭、絲錐、鋸條)和精密刀具(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:包括鈷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、鈦合金和高強鋼等)的刀具，常用的鋼號有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

　　通用鋼

　　鋼號：W18Cr4V(W18)

　　硬度HRC：62-65

　　抗彎強度/GPa：3.0-3.4

　　沖擊韌性/(MJm2)：0.18-0.32

　　600℃時的硬度HRC：48.5

　　特點：強度較好，可磨性好，可用普通鋼玉砂輪磨削，耐熱性中等，熱塑性差

　　主要用途：通用性強，廣泛用于制造鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀、齒輪刀具及拉刀等。

　　高性能鋼

　　鋼號：W6Mo5Cr4V2(M2)

　　硬度HRC：63-66

　　抗彎強度/GPa：3.5-4.0

　　沖擊韌性/(MJm2)：0.30-0.40

　　600℃時的硬度HRC：47-48

　　特點：強度高，熱塑性好，耐熱性、可磨性稍次于W18Cr4V，可用普通鋼玉砂輪磨削

　　主要用途：適用于制作熱成形刀具和承受沖擊、結構薄弱的刀具

　　鋼號：W14Cr4VMnRE

　　硬度HRC：64-66

　　抗彎強度/GPa：約4.0

　　沖擊韌性/(MJm2)：約0.31

　　600℃時的硬度HRC：50.5

　　主要用途：切削性能與W18Cr4V相當，適于制作熱軋刀具。

　　主要性能

　　又名風鋼或鋒鋼，又稱白鋼。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、鈷等碳化物形成元素。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，HRC能在60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。

　　高速鋼一般不做抗拉強度檢驗，而以金相、硬度檢驗為主。

　　鎢系和鉬系高速鋼經(jīng)正確的熱處理后，洛氏硬度能達到63以上，鈷系高速鋼在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，一般疏松應小于1級。

　　金相檢驗的內(nèi)容主要包括脫碳層、顯微組織和碳化物不均勻度3個項目。

　　1.高速鋼不應有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。

　　2.高速鋼中碳化物不均勻度對質(zhì)量影響最大，冶金和機械部門對碳化物不均勻度的級別 十分重視。根據(jù)鋼的不同用途可對碳化物不均勻度提出不同的級別要求，通常情況下應小于3級。

　　3.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)下抵抗軟化的能力。)

　　一種衡量紅硬性的方法是先把鋼加熱至580～650℃，保溫1小時,然后冷卻,這樣反復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，如鎢系高速鋼為1210～1240℃，高鉬系高速鋼為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使用壽命，可對其表面進行強化處理，如低溫氰化、氮化、硫氮共滲等。

　　包裝檢驗

　　包裝

　　成捆交貨，用鐵絲捆扎，并有標牌標明爐號，規(guī)格等印記。但對冷軋鋼還要涂防銹油，并用防潮紙包裹，對銀亮鋼還應裝箱。

　　檢驗

　　檢驗高速鋼碳化物不均勻度與試樣的腐蝕時間有關。有關標準中只提出腐蝕要適當不能過腐蝕，這一點往往被人們所忽視。實踐證實，如果發(fā)生了過腐蝕，就會將碳化物染黑，表現(xiàn)出不均勻程度改善的假相，就可能將質(zhì)量不好的高速鋼誤判為優(yōu)質(zhì)鋼，這一點尤為重要。