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什么是高速鋼
- 回答：1 瀏覽：524 提問(wèn)時(shí)間：2007-04-07
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- 高速鋼
1.概述
高速鋼又名風(fēng)鋼或鋒鋼，意思是淬火時(shí)即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很鋒利。它是一種成分復(fù)雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩等碳化物形成元素。合金元素總量達(dá)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(dāng)溫度高于200℃時(shí)，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(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn)，可以用來(lái)制造切削工具。
高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜，必須經(jīng)過(guò)退火、淬火、回火等一系列過(guò)程。退火的目的是消除應(yīng)力，降低硬度，使顯微組織均勻，便于淬火。退火溫度一般為860～880℃。淬火時(shí)由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800～850℃預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力)，然后迅速加 熱到淬火溫度1220～1250℃，后油冷。工廠(chǎng)均采用鹽爐加熱。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒(méi)有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提高硬度和耐磨性，一般要進(jìn)行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時(shí)。
(1)生產(chǎn)制造方法：通常采用電爐生產(chǎn)，近來(lái)曾采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼，使碳化物呈極細(xì)小的顆粒均勻地分布在基體上，提高了使用壽命。
(2)用途：用于制造各種切削工具。如車(chē)刀、鈷頭、滾刀、機(jī)用鋸條及要求高的模具等。
2.主要生產(chǎn)廠(chǎng)
我國(guó)大連鋼廠(chǎng)、重慶鋼廠(chǎng)、上海鋼廠(chǎng)是生產(chǎn)高速鋼的主要生產(chǎn)廠(chǎng)。
3.主要進(jìn)口生產(chǎn)國(guó)家
我國(guó)主要從日本、俄羅斯、德國(guó)、巴西等國(guó)進(jìn)口。
4.種類(lèi)
有鎢系高速鋼和鉬系高速鋼兩大類(lèi)。鎢系高速鋼有W18Cr4V,鉬系高速鋼有W6Mo5Cr4V2等。
5.規(guī)格和外觀(guān)質(zhì)量
規(guī)格主要有圓鋼和方鋼。鋼材的表面要加工良好，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋、折疊、結(jié)疤和發(fā)紋。冷拔鋼材表面應(yīng)潔凈、光滑、無(wú)夾雜和氧化皮等。
高速鋼是一種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的高合金鋼，熱處理后具有高熱硬性。當(dāng)切削溫度高達(dá)600℃以上時(shí)，硬度仍無(wú)明顯下降，用其制造的刀具切削速度可達(dá)每分鐘60米以上，而得其名。高速鋼按化學(xué)成分可分為普通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。
普通高速鋼
圖一： 高速鋼是制造形狀復(fù)雜、磨削困難的刀具的主要材料。
普通高速鋼可滿(mǎn)足一般需求。常見(jiàn)的普通高速鋼有兩種，鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。
鎢系高速鋼
典型牌號(hào)為W18Cr4V，熱處理硬度可達(dá)63-66HRC，抗彎強(qiáng)度可達(dá)3500MPa，可磨性好。
鎢鉬系高速鋼
典型牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2，目前正在取代鎢系高速鋼，具有碳化物細(xì)小分布均勻，耐磨性高，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。熱處理硬度同上，抗彎強(qiáng)度達(dá)4700MPa，韌性及熱塑性比w18Cr4V提高50%。常用于制造各種工具，例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等，可以滿(mǎn)足加工一般工程材料的要求。只是它的脫碳敏感性稍強(qiáng)。
另一牌號(hào)的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V，這是中國(guó)近幾年發(fā)展起來(lái)的新品種。強(qiáng)度及熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2，硬度為HRC63-64，與韌性相配合，容易軋制、鍛造，熱處理工藝范圍寬，脫碳敏感性小，成本更低。這三個(gè)牌號(hào)的普通高速鋼在中國(guó)市場(chǎng)的比例分別為:W18Cr4V，16.5%；W6Mo5Cr4V2，69%;W9Mo3Cr4V，11%。
高性能高速鋼
高性能高速鋼具有更好的硬度和熱硬性，這是通過(guò)改變高速鋼的化學(xué)成分，提高性能而發(fā)展起來(lái)的新品種。它具有更高的硬度、熱硬性，切削溫度達(dá)攝氏650度時(shí)，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5-3倍，適用于制造加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金、高強(qiáng)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、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。
高碳系高速鋼
牌號(hào)為9w18Cr4V，因含碳量高(0.9%)，故硬度、耐磨性及熱硬性都比較好。用其制造的刀具在切削不銹鋼、耐熱合金等難加工材料時(shí)，壽命顯著提高，但其抗彎強(qiáng)度為3000MPa，沖擊韌性較低，熱處理工藝要求嚴(yán)格。
高釩系高速鋼
牌號(hào)有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美國(guó)牌號(hào)M3)，含釩量達(dá)3-4%，使耐磨性大大提高，但隨之帶來(lái)的是可磨性變差。高釩系高速鋼的使用及發(fā)展還需要依賴(lài)于磨削工藝及砂輪技術(shù)的發(fā)展。
鈷高速鋼
牌號(hào)有W2Mo9Cr4VCo8(美國(guó)牌號(hào)M42)。其特點(diǎn)為：含釩量不高(1%)，含鈷量高(8%)，鈷能促使碳化物在淬火加熱時(shí)更多地溶解在基體內(nèi)，利用高的基體硬度來(lái)提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達(dá)67-70HRC，但也有采取特殊熱處理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特別是間斷切削)得到改善，提高沖擊韌性。鈷高速鋼可制成各種刀具，用于切削難加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制成復(fù)雜刀具，國(guó)際上用得很普遍。但中國(guó)鈷資源缺乏，鈷高速鋼價(jià)格昂貴，約為普通高速鋼的5-8倍。
鋁高速鋼
牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素，來(lái)提高熱硬性、耐磨性。適合中國(guó)資源情況，價(jià)格較低。熱處理硬度可達(dá)到68HRC，熱硬性也不錯(cuò)。但是這種鋼易氧化及脫碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改進(jìn)。國(guó)際市場(chǎng)上高性能高速鋼使用量已經(jīng)超過(guò)普通高速鋼25-30%。
本站注：按照通常的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，只有含鈷量在2%以上的高速鋼才稱(chēng)為高性能高速鋼，代號(hào)為HSS-E。其它如鋁高速鋼等，雖然性能較普通高速鋼有所提高，但尚未有證據(jù)表明可以達(dá)到鈷高速鋼的同等性能。
粉末冶金高速鋼
圖二：粉末冶金高速鋼及其制品。
近幾年來(lái)高速鋼的最大變革就是發(fā)展了粉末冶金高速鋼，它的能優(yōu)于熔煉高速鋼。用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融高速鋼水，得到細(xì)小高速鋼粉末，篩選后為0.4mm以下的顆粒；在真空(0.04Hg)狀態(tài)下，密閉燒結(jié)達(dá)到密度65%；再在1100℃高溫、300MPa高壓下制成密度100%的鋼坯，然后鍛軋成鋼材，這樣有效地解決了熔煉高速鋼在鑄錠時(shí)要產(chǎn)生粗大碳化物偏析的問(wèn)題，而它無(wú)論截面多大，其碳化物級(jí)別均為一級(jí)。碳化物晶粒極細(xì)，小于0.002mm，而熔煉高速鋼碳化物晶粒為0.008-0.02mm。
牌號(hào)為CPM T15的粉末冶金高速鋼，它的強(qiáng)度、韌性分別是同化學(xué)成分的熔煉高速鋼的2倍及2.5倍。盡管含釩量達(dá)5%，但由于碳化物晶粒細(xì)，可磨性依然很好。高溫?zé)嵊捕纫脖热蹮捀咚黉撎岣?.5-1HRC。
又由于其物理機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形小。碳化物顆粒均勻分布的表面較大，不易從刀具的切削刃上剝落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍，大尺寸刀具提高20-30%。
粉末冶金高速鋼具有良好的力學(xué)性能，適合制造：間斷切削條件下易崩刃的刀具、強(qiáng)度高而切削刃又必須鋒利的刀具，如插齒刀、滾刀、銑刀，高壓動(dòng)載荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小，晶粒細(xì)，可磨性好，適合制造：大尺寸刀具、精密刀具、復(fù)雜刀具。這類(lèi)材料的高溫?zé)嵊捕雀撸诌m合制造難加工材料所用的刀具，確實(shí)是面面俱到。
粉末冶金高速鋼生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，造價(jià)較高。中國(guó)鋼廠(chǎng)提供的品種較少，市場(chǎng)用量也很少。國(guó)際上著名鋼廠(chǎng)如美國(guó)Crucible公司已可提供近二十種粉末冶金高速鋼，日本神戶(hù)制鋼所、日立金屬公司均可提供近十種粉末冶金高速鋼，供應(yīng)量也在迅速增長(zhǎng)。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速鋼制造了鉆頭、銑刀、絲錐，NACHI公司制造了滾刀、插齒刀、剃齒刀。有理由相信技術(shù)性能高的粉末冶金高速鋼將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，為金屬加工業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展。 - 回答時(shí)間：2008-02-29
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