高速鋼

1898年，美國機械與管理工程師泰勒(TaylorF.W.)和冶金學家懷特(WhiteM.)研製發明了高速鋼，並作了系統切削試驗。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-餘量，與後來的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生產贏得了巨大的經濟效益。

W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好，由於麻花鑽熱軋工藝的需要，後來研製成功了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世紀中葉以後，科學技術迅速發展，各種難加工材料不斷湧現，通用高速鋼的性能已不復使用，於是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現，使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。

高速鋼的熱處理工藝較為複雜，必須經過淬火、回火等一系列過程。淬火時由於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)，然後迅速加 熱到淬火温度1190～1290℃（不同牌號實際使用時温度有區別），後油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均採用鹽爐加熱，現真空爐使用也相當廣泛。淬火後因內部組織還保留一部分(約30%)殘餘奧氏體沒有轉變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘餘奧氏體轉變，進一步提高硬度和耐磨性，一般要進行2～3次回火，回火温度560℃，每次保温1小時。

生產製造方法：通常採用電爐生產，曾採用粉末冶金方法生產高速鋼，使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分佈在基體上，提高了使用壽命。

用途：用於製造各種切削工具。如車刀、鑽頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。

規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、摺疊、結疤和發紋。冷拔鋼材表面應潔淨、光滑、無夾雜和氧化皮等。

中國國標和日本工業標準中主要鋼號的化學成分如表 6—7—24。

高速鋼是一種複雜的鋼種,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：主要用於製造切削硬度HB≤300的金屬材料的切削刀具 (如鑽頭、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）,主要用於製造切削難加工金屬（如高温合金、鈦合金和高強鋼等）的刀具，常用的鋼號有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

鋼號：W18Cr4V(W18)

硬度HRC：62-65

抗彎強度/GPa：3.0-3.4

衝擊韌性/（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，廣泛用於製造鑽頭、鉸刀、絲錐、銑刀、齒輪刀具及拉刀等。

鋼號：W6Mo5Cr4V2(M2)

硬度HRC：63-66

抗彎強度/GPa：3.5-4.0

衝擊韌性/（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、可磨性稍次於W18Cr4V，可用普通鋼玉砂輪磨削。

主要用途：適用於製作熱成形刀具和承受衝擊、結構薄弱的刀具。

鋼號：W14Cr4VMnRE

硬度HRC：64-66

抗彎強度/GPa：約4.0

衝擊韌性/（MJm²）：約0.31

600℃時的硬度HRC：50.5

主要用途：切削性能與W18Cr4V相當，適於製作熱軋刀具。

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，並且很鋒利。它是一種成分複雜的合金鋼，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。而碳素工具鋼經淬火和低温回火後，在室温下雖有很高的硬度，但當温度高於200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀態相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼製作切削工具用。而高速鋼由於紅硬性好，彌補了碳素工具鋼的致命缺點，可以用來製造切削工具。

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正確的熱處理後，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。中心疏鬆，一般疏鬆應小於1級。

金相檢驗的內容主要包括脱碳層、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脱碳。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，通常情況下應小於3級。

3.用高速鋼製造切削工具，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℃，保温1小時,然後冷卻,這樣反覆4次後測量其硬度值。高速鋼的淬火温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℃。淬火後一般需在 540～560℃之間回火3次。提高淬火温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，如低温氰化、氮化、硫氮共滲等。

成捆交貨，用鐵絲捆紮，並有標牌標明爐號，規格等印記。但對冷軋鋼還要塗防鏽油，並用防潮紙包裹，對銀亮鋼還應裝箱。

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，如果發生了過腐蝕，就會將碳化物染黑，表現出不均勻程度改善的假相，就可能將質量不好的高速鋼誤判為優質鋼，這一點尤為重要。