高速工具钢的物理性质与所含元素的分析

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　　高速钢材出厂状态、相关参数和注意事项

　　高速工具钢是一种高碳高合金工具钢,wC=0.70～1.25%，常加入的合金元素有W、Mo、Cr、V等,W、Mo、V是提高热硬性的主要元素,V可形成高硬度的碳化物，显著提高钢的硬度及耐磨性,Cr可提高淬透性。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V为较常用的高速钢，这三个钢号的产量占目前国内生产和使用的95%以上。

　　物理性质

　　高速工具钢的淬火温度很高，接近熔点，其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中，使钢具有更好的二次硬化能力。高速工具钢淬火后硬度升高，此为次硬化，但淬火温度越高，则回火后的强度和韧性越低。淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高，至520~580℃范围内回火（化学成分不同，回火温度不同）出现第二次硬度高峰，并超过淬火硬度，此为二次硬化。这是高速工具钢的重要特性。

　　高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外，还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。

　　钨系高速工具钢主要合金元素是钨，不含钼或含少量钼。其主要特性是过热敏感性小，脱碳敏感性小、热处理和热加工温度范围较宽，但碳化物颗粒粗大，分布均匀性差，影响钢的韧性和塑性。

　　钨钼系高速工具钢的主要合金元素是钨和钼。其主要特性是碳化物的颗粒度和分布均优于钨系高速工具钢，脱碳敏感性和过热敏感性低于钼系高速工具钢，使用性能和工艺性能均较好。

　　钼系高速工具钢的主要合金元素是钼，不含钨或含少量钨。其主要特性是碳化物颗粒细，分布均匀、韧性好，但脱碳敏感性和过热敏感性大、热加工和热处理范围窄。

　　主要有碳、钨、钼、铬、钒、钴等，其作用分述如下：

　　碳：一般含碳量为0.70～1.65%，以保证足够的碳与各种碳化物形成元素相配合。通常采用平衡碳(Cs)近似计算公式求得佳的二次硬化效果的含碳量：Cs%=0.033W%+0.063Mo%+0.060Cr%+0.200V%式中Cs是假设W、Mo、Cr、V与C形成W2C（或Fe4W2C)、Mo2C（或Fe4Mo2C)、Cr26C6、V4C3时碳与各元素的定比关系而定出的。随着钢中含碳量逐渐接近Cs,二次硬化效果（硬度和红硬性）也逐步上升到高值，而韧性则随之下降。因此只在超硬高速钢中含碳量采用接近Cs的成分，为了保持通用型高速钢的高韧性，含碳量一般比Cs低0.15～0.30%。至于用于载荷较低的低合金高速钢，实际含碳量可能还超过Cs。

　　钨和钼：高速钢回火时产生二次硬化基本的合金元素。钨和钼作用相似,Mo的原子量约为W的一半，一般可用1%Mo取代2%W。高速钢中主要的碳化物M6C(M代表金属）是以Fe、Mo、W为主的复合碳化物，它在淬火时部分固溶，回火时又以M2C碳化物弥散析出，使钢强化，提高硬度和耐磨性，剩下未溶的M6C碳化物（主要来自共晶碳化物）可阻止淬火加热时的晶粒长大和增加耐磨性。含钼的高速钢铸态共晶碳化物网较细薄，易于加工破碎，分布较均匀，颗粒较小，热塑性和韧性也较高；但含钼的钢易脱碳，淬火过热敏感性也较大，而钨钢在此方面正与之相反。因此钨和钼适当配合，能获得综合性能更好的钢种。

　　铬：为保证钢的高淬透性，各种高速钢都含铬4%左右。钢中形成以铁铬为主的M26C6碳化物，铬也可溶于M6C与MC中形成合金碳化物，促使这些难溶碳化物淬火时较多地固溶。使淬火马氏体具有足够的碳和合金元素，有利于回火时大量析出M2C与MC。所以铬对二次硬化也有间接作用。此外，含4%铬对高速钢的抗氧化性起重要作用。

　　钒：所有高速钢都含钒1%以上。碳化钒淬火加热时可部分固溶，回火时析出弥散的MC型碳化钒，有力地增强二次硬化作用；未溶的碳化钒有助于阻止淬火加热时晶粒长大，而且由于硬度极高，能显著提高钢的耐磨性；但降低了可磨削性。高钒钢中如能采取措施细化一次碳化物MC的颗粒，可改善磨削性。目前，有效的办法是用雾化法快速冷却钢液得到合金粉末，制成粉末冶金高速钢，使一次碳化物得到细化。（型号比如v3n高速工具钢，v820高速工具钢）

　　钴：本身不形成碳化物，其作用主要是增加回火时析出MC、M2C的形核率，减缓其聚集长大速度。此外，钴可提高高速钢晶界熔化温度，因而提高钢的淬火温度，使奥氏体内的合金度增大。这些作用都有效地提高了高速钢的耐热性，但钴含量过高时也会降低钢的韧性。

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