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60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼,它的優(yōu)點是避開了熔煉法生產(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。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。當切削溫度高達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63-66HRC,抗彎強度可達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，具有碳化物細小分布勻稱，耐磨性高，成本低等一系列優(yōu)點。熱處理硬度同上，抗彎強度達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，鈦合金和高強鋼等）的刀具，常用的鋼號有W12Cr4V5Co5,W2Mo9Cr4VCo8等。規(guī)格和外觀質量規(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，結疤和發(fā)紋。冷拔鋼材表面應干凈,光滑，無夾雜和氧化皮等?；瘜W成分我國國標和日本工業(yè)標準中主要鋼號的化學成分如表6-7-26o物理性能高速鋼一般不做抗拉強度檢驗，而以金相，硬度檢驗為主。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，一般疏松應小于1級。金相檢驗的內容主要包括脫碳層，顯微組織和碳化物不勻稱度3個項目。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。高速鋼中碳化物不勻稱度對質量影響最大，目前冶金和機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用壽命，可對其表面進行強化處理，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，并用防潮紙包袱。對銀亮鋼還應裝箱。留意事項檢驗高速鋼碳化物不勻稱度及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,就可能將質量不好的高速鋼誤判為優(yōu)質鋼，這一點尤為重要。高速鋼檢驗檢驗高速鋼碳化物不勻稱度及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,就可能將質量不好的高速鋼誤判為優(yōu)質鋼，這一點尤為重要。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。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，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67-70HRC,但也有實行特殊熱處理方法，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。粉末冶金高速鋼具有良好的力學性能，適合制造：間斷切削條件下易崩刃的刀具，強度高而切削刃又必需銳利的刀具，如插齒刀，滾刀,銃刀,高壓動載荷下運用的刀具。它的碳化物偏析小，晶粒細，可磨性好，適合制造：大尺寸刀具，精密刀具，困難刀具。這類材料的高溫熱硬度高，又適合制造難加工材料所用的刀具，確實是四平八穩(wěn)。技術指標高速工具鋼低倍組織檢驗是依據(jù)國標GB226-77《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》規(guī)定，采納熱酸浸蝕法。低倍組織檢驗及金相組織檢驗相結合金相組織檢驗是指在金相顯微鏡的放大倍數(shù)為100倍狀況下進行。若高速工具鋼的低倍組織中的點狀偏析大于1級，在進行金相組織檢驗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，其點狀偏析主要呈不同形態(tài)和大小的暗色斑點。這主要是由于鋼材的化學成分偏析，合金碳化物大量聚集在一起,經(jīng)酸蝕試驗的熱酸浸蝕后，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，特別簡單聚集擴展成為裂紋。而其點狀偏析的嚴峻程度，其實質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相結合的方法，來進一步保證試驗的精確性。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，當鋼件加熱達到鍛造溫度時，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，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系，硬度高的材料通常脆性亦大。高速鋼為什么要進行三次高溫回火？因為高速鋼淬火后大部分轉變?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變?yōu)轳R氏體。還有10%左右的殘留奧氏體，15%左右新轉變未經(jīng)回火的馬氏體，還會產(chǎn)生新的應力，對性能還有肯定的影響。為此，要進行二次回火，這時又有5—6%的殘留奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，同樣緣由為了使剩余的殘留奧氏體發(fā)生轉變，和使淬火馬氏體轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消退應力，需進行第三次回火。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。高速鋼鋸片的運用1.新安裝的高速鋼鋸片試運行時為了保證其擁有更長的運用壽命，最好先讓圓鋸機及新鋸片(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，削減進料的速度是很有必要性的，在10分鐘后就可以復原正常的進料速度。2.進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，相應的削減進料是特別有利于提高鋸片的使用壽命，當材料截面較小時，可以適當提高機器轉速。3.假如切割相同的材料時增加了進刀的速度，相應的應當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，硬質合金鋸片主要用于難切削材料（耐熱鋼，不銹鋼等高強度鋼）的削加工。又名風鋼或鋒鋼，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，鉆等碳化物形成元素。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），然后快速加熱到淬火溫度1190-1290℃（不同牌號實際運用時溫度有區(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)真空爐運用也相當廣泛。淬火后因內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，使碳化物呈極細小的顆粒勻稱地分布在基體上，提高了運用壽命。（2）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。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,巴西等國進口。種類高速鋼是一種困難的鋼種,含碳量一般在0