高速钢的一些物理特性，高额悬赏！

　　在众多的刀具材料中，高速钢至今仍占据着统治地位。高速钢按使用硬度可分为普通高速钢和超硬高速钢。普通高速钢的硬度低于66HRc，一般在64HRc左右，故耐磨性、红硬性较差，但强度与韧性较好；超硬高速钢硬度在66HRc以上，故耐磨性、红硬性好，但强度、韧性差。影响高速钢性能的主要因素是莱氏共晶的量，随着碳含量增加，莱氏共晶量增加，耐磨性、红硬性增强，而强度与韧性下降。

　　高速钢是由大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素组成的高合金钢,以往多用作工具钢和模具钢。高速钢的淬火温度通常为1250～1320℃,淬火后在500～600℃回火,组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。经淬火、回火处理后,高速钢具有很高的硬度,可达HRC64～67。与普通材料相比,高速钢具有良好的红硬性,各种材料在不同温度下的硬度见表1〔1〕,可见,高速的红硬性确保了高温下具有高的抗磨损能力,这正是它能用于带钢热连轧工作辊的主要原因。

　　表1各种材料在不同温度下的硬度〔1〕

　　材料牌号抗弯

　　强度

　　/MPa硬度

　　20℃200℃400℃600℃

　　硬质合金YG8147176～7774～7571～7268～69

　　高速钢W18Cr4V196164646263

　　工具钢CrWMn65585247

　　高铬铸铁805Hv743Hv657Hv217Hv

　　注:高铬铸铁成分为:2.2%C、21%Cr、0.41%Ni、0.92%Mo

　　高速钢

　　1.概述

　　高速钢又名风钢或锋钢，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。

　　高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。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1220～1250℃，后油冷。工厂均采用盐炉加热。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。

　　(1)制造方法：通常采用电炉，近来曾采用粉末冶金方法高速钢，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。

　　(2)用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钴头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。

　　2.主要厂

　　我国大连钢厂、重庆钢厂、上海钢厂是高速钢的主要厂。

　　3.主要进口国家

　　我国主要从日本、俄罗斯、德国、巴西等国进口。

　　4.种类

　　有钨系高速钢和钼系高速钢两大类。钨系高速钢有W18Cr4V,钼系高速钢有W6Mo5Cr4V2等。

　　5.规格和外观质量

　　规格主要有圆钢和方钢。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。

　　6.化学成分

　　我国国标和日本工业标准中主要钢号的化学成分如表6726。

　　表6-7-26高速钢化学成分指标

　　标准号钢号化学成分%

　　CSiMnPSCr

　　GB/T9943-88W18Cr4V0.70-0.800.20-0.400.10-0.40＜0.030＜0.0303.80-4.40

　　GB/T9943-88W6Mo5Cr4V20.80-0.900.20-0.450.15-0.40＜0.030＜0.0303.80-4.40

　　JISG4403-83(94)SKH20.73-0.83＜0.40＜0.40＜0.030＜0.0303.80-4.50

　　JISG4403-83(94)SKH101.45-1.60＜0.40＜0.40＜0.030＜0.0303.80-4.50

　　JISG4403-83(94)SKH510.80-0.90＜0.40＜0.40＜0.030＜0.0303.80-4.50

　　GB/T9943-88W18Cr4V＜0.3017.50-19.001.00-1.40

　　GB/T9943-88W6Mo5Cr4V24.50-5.505.50-6.751.75-2.20

　　JISG4403-83(94)SKH217.00-19.000.80-1.20＜0.25＜0.25

　　JISG4403-83(94)SKH1011.50-13.504.20-5.204.20-5.20＜0.25＜0.25

　　JISG4403-83(94)SKH514.50-5.505.50-6.701.60-2.20＜0.25＜0.25

　　注：其他国家的标准号有ГОСТ19265等。

　　7.物理性能

　　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。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。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。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前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。

　　8.

　　成捆，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。

　　9.注意事项

　　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。

　　高速钢是高合金刃具钢，高速钢具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度达600℃时，其硬度无明显下降。

　　一、成分特点

　　1.高碳

　　碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右，它一方面要保证能与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。

　　2.加入Cr、W、Mo、V等合金元素

　　加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬含量均为4%。铬的碳化物（Cr23C6）在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以M6C型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时极难溶解，一部分淬火后存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。这种碳化物在500℃～600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶的碳化物能起阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。V能形成VC(或V4C3),非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过W2C的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。

　　二、高速钢牌号

　　一种是钨系W18Cr4V钢，另一种是钨－钼系W6Mo5Cr4V2钢。两种钢的组织性能相似，但W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧性较好，而W18Cr4V钢的热硬性较好,热处理时的脱碳和过热倾向性较小。

　　三、加工及热处理特点

　　(1)锻造高速钢属莱氏体钢，铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物（M6C），大大降低钢的机械性能，特别是韧性。这些碳化物不能用热处理来消除，只能依靠锻打来击碎，并使其均匀分布。因此高速钢的锻造具有成形和改善碳化物的两重作用，是非常重要的加工工序。为了得到小块均匀的碳化物，需要多次镦拔。高速钢的塑性、导热性较差，锻后必须缓冷，以免开裂。

　　(2)热处理高速钢锻后进行球化退火，以便于机加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。

　　W18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图

　　高速钢的导热性很差，淬火温度又高，所以淬火加热时，必须进行一次预热（800℃～850℃）或两冷预热（500℃～600℃、800℃～850℃）。高速钢中含有大量W、Mo、Cr、V的难熔碳化物，它们只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为1220℃～1280℃。淬火后的组织为淬火马氏体、剩余碳化物和大量残余奥氏体。

　　高速钢通常在二次硬化峰值温度或稍高一些的温度（550℃～570℃）回火三次。在此温度范围内回火时，W、Mo及V的碳化物从马氏体中析出，弥散分布，使钢的硬度明显上升；同时残余奥氏体转变为马氏体，也使硬度提高，由此造成二次硬化现象，保证了钢的硬度和热硬性。进行多次回火，是为了逐步减少残余奥氏体量。W18Cr4V钢淬火后约有30%残余奥氏体，经一次回火后约剩15%～18%，二次回火降到3%～5%，第三次回火后仅剩1%～2%。

　　高速钢回火后的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。

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