高速钢“聊吧”

zg123456 · 发表于 2010-3-10 13:30:19

高性能高速钢熔炼
高速钢材料发明于19世纪末，一般用熔炼方法制成。普通高速钢的典型牌号是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。在加工效率和加工质量要求日益提高的现代切削加工中，它们的性能已嫌不足。在20世纪后期，逐步出现了许多高性能高速钢。高性能高速钢是在普通高速钢基础上，通过调整基本化学成分并添加其他合金元素，使其常温和高温机械性能得到显著提高。现分述其特点于下：

1高碳高速钢

在W18Cr4V基础上。增加0.2%含碳量，形成95W18Cr4V。根据化学平衡碳理论，可在淬火加热时增加高速钢奥氏体中的含碳量，加强回火时的弥散硬化作用，从而提高了常温和高温硬度。与W18Cr4V相比，95W18Cr4V的耐磨性和刀具耐用度都有所提高，刃磨性能相当。这个钢种的切削性能虽不及高钴、高钒高速钢，但价格便宜，切削刃可以磨得很锋利，故有应用价值。同样，还有100W6Mo5Cr4V2(CM2)高碳高速钢。

2高钴高速钢

在高速钢中加钴，可以促进回火时从马氏体中析出钨、钼碳化物，提高弥散硬化效果，并提高热稳定性，故能提高常温、高温硬度及耐磨性。增加含钴量还可改善钢的导热性，降低刀具、工件间的摩擦系数。M42是美国这方面的代表性钢种，其综合性能甚为优越。瑞典的HSP-15也是这一类的钢种，但其含钒量为3%，刃磨加工性不如M42。钴含量高、价格昂贵，不适合中国国情。我国研制成功的低钴含硅高速钢Co5Si，性能优越，价格低于M42和HSP-15，但Co5Si含钒量亦达3%，刃磨加工性亦较差，故不宜用其制造刃形复杂的刀具。

3高钒高速钢

高钒高速钢(如B201、B211、B212)的钒含量为3%～5%，同时加大碳含量，形成VC与V4C3，使高速钢得到高的硬度和耐磨性。高钒高速钢的耐热性也好，但高钒高速钢的刃磨加工性差，导热性也不好，冲击韧性较低，故不宜用于复杂刀具。在高钒高速钢中也可加入适当的钴，成为高钒含钴高速钢。我国研制的高钒含氮高速钢V3N，价格便宜，切削性能也好，唯刃磨较难。后来又研制出低钴含氮高速钢Co3N(W12Mo3Cr4VCo3N)，切削性能很好，刃磨性能亦佳，但价格高于V3N。

4含铝高速钢

我国研制出无钴、价廉的含铝高性能高速钢501。其中铝含量约为1%。铝能提高钨、钼在钢中的溶解度，而产生固溶强化，由于铝化合物在钢中能起“钉扎”作用，故钢的常温、高温硬度和耐磨性均得以提高，强度和韧性也都比较高，切削性能与M42相当。501的钒含量为2%，刃磨性能稍逊于M42。5F6也是含铝1%的高性能高速钢，B201、B211、B212中也含铝。含铝高速钢是中国的一个独创。501在国内得到广泛应用，在国外也得到应用；其他含铝高速钢的应用不如501广泛。

在切削难加工材料时，应当合理选用不同牌号的高性能高速钢。切削常见的难加工材料，如高强度钢、奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金等，上述各种高性能高速钢都可以选用，选用时主要应考虑高速钢的机械性能和刃磨性能：在粗加工或断续切削条件下，应选用抗弯强度与冲击韧性较高的高性能高速钢；在精加工时，对高速钢的抗弯强度与冲击韧性的要水较低，这时主要考虑其耐磨性；工艺系统刚性差时，选用高速钢的牌号与粗加工时相同；工艺系统刚性好时，选用高速钢的牌号与精加工相同；刃型复杂的刀具，应选用刃磨性能较好的低钒高钴或低钒含铝高速钢；刃型简单的刀具，可选用刃磨性能差的高钒高速钢。

admin · 发表于 2010-3-10 13:40:16

沈工的这个帖子很好，可以让大家对高速钢更好的认识。
为了支持，我也找些资料发一下，能力有限，不能发表自己的意见，只好滥竽充数。

高速钢的铸态组织及其压力加工。高速钢在成分上差异较大，但主要合金元素大体相同、所以其组织也很相似。以W18Cr4V钢为例，当钢成接近平衡冷却时。其在室温下的平衡组织为荣氏体+珠光体+碳化物。但在实际生产中，高速钢铸件冷却速度较快。得不到上述平衡组织，这样。高速钢的铸态组织由鱼骨状菜氏体、黑色组织δ共析体及马氏体加残余奥氏体所组成。
高速钢的铸态组织中出现莱氏体。故又称高速钢为莱氏体钢。
高速钢铸态组织中的碳化物含量多达18%一27%，且分布极不均匀。虽然铸锭组织经过开还和轧制，但碳化物的不均匀性仍非常显著。这种不均匀性对钢的力学性能和工艺性能及所制工具的使用寿命均有很大影响。
高速钢的热处理。高速钢的热处理包括：机械加工前的球化退火处理和成形后的淬火回火处理。
①高速钢球化退火。高速钢锻造以后必须经过球化退火。其目的不仅在于降低钢的硬度，以利于切削加工。而且也为以后的淬火做好组织准备。另外，返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。
②高速钢淬火。高速钢的热处理工艺曲线如图所示。高速钢的淬火工艺比较特殊：即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。

高速钢淬火时进行两次预热。其原因在于：①高速钢中含有大量合金元素。导热性较差、如果把冷的工件直接放人高温炉中。会引起工件变形或开裂，特别是对大型复杂工件则更为突出。②高速钢淬火加热温度大多数在1200℃以上，如果先预热。可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。
高速钢第一次预热温度在600~650℃可烘干工件上的水分。第二次预热温度在800~820℃，使索氏体向奥氏体的转变可在较低温度内发生。
高速钢中含有大量难溶的合金碳化物，淬火加热温度必须足够高才可使合金碳化物溶解到奥氏体中。淬火之后马氏体中的合金元素含量才足够高。而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。图中已经表示出了淬火温度对奥氏体(或马氏体)内合金元素含量的影响、由此可知，对高速钢红硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V只有在1000℃以上时。其溶解量才急剧增加。温度超过1300℃时，各元素溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大。甚至在晶界处发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。所以在下发生过热的前提下，高速钢淬火温度越高。其红硬性越民在生产中常以淬火状态奥氏体晶粒的大小来判断淬火加热温度是否合适。对高速钢来说。合适的晶粒度为9.5~10.5级。
淬火冷却通常在油中进行。但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残余奥氏体量增加20%~30%，使工件变形、开裂倾向减小，使强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体。

所以因为 · 发表于 2010-3-15 14:23:33

高速钢原材料的冶金缺陷和预防措施：
高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。

预防措施为：
①选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；
②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；
③对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；
④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。

hmdz1998 · 发表于 2010-3-20 09:45:08

请教:高速钢铸造后为什么要反复锻造？锻造后在切削加工前为什么必须退火？为什么高速钢退火温度较低（略高于Ac1温度，即830度）而淬火温度却高达1280度？淬火后为什么要经三次560度回火？是否改用一次较长时间回火？高速钢在560度回火是否是调质处理？为什么？

fandongkun · 发表于 2010-3-20 16:36:09

本帖最后由 fandongkun 于 2010-3-20 16:46 编辑

高速钢铸造后为什么要反复锻造？
高速钢中的碳化物偏析，将使刃具的强度、硬度、耐磨性、红硬性均下降，从而使刃具在使用过程中容易崩刃和磨损。粗大而分布不均匀的碳化物，是不能用热处理来消除的，只能用锻造的方法予以改善。应采用较大的锻造比，对工具毛坯交替地镦粗与拔长，使碳化物细化并分布均匀。

锻造后在切削加工前为什么必须退火？
高速钢的奥氏体稳定性很好，锻造后虽然缓冷，但硬度仍较高，并产生残余应力。为了改善切削加工性，消除残余应力并为最后淬火作组织准备，所以必须退火。

dhzhou8888 · 发表于 2010-4-13 10:42:44

70年代初，我曾经做过拉刀的热处理，记得从高温盐浴炉出炉后预冷到1000C后油冷到300C校直。判断1000C是工件表面出现麻点，这是我们当时的经验，如今的条件应该大大改善了。

dhzhou8888 · 发表于 2010-5-14 02:08:38

还有基体钢——基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。美国在20世纪70年代初研究的Vasco MA、Vasco Matrix I基体钢，相当于M2和M36高速钢的基体。日本近年开发的基体钢有MH85(大同)、YXR33(日立)。我国也研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)钢、65W8Cr4VTi(简称LM1)钢、65Cr5Mo3W2VSiTi(简称LM2)钢。我国开发的几种基体钢的主要成分相当于高速钢淬火组织中的基体，但含碳量稍高于基体，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，此外还加人少量的强碳化物形成元素铌或钛，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。这类钢具有高的强韧性。基体钢广泛用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦等模具，特别适于难变形材料用的大型复杂模具，65Nb钢还可用于做黑色金属的温热挤压模具。

dhzhou8888 · 发表于 2010-5-15 12:39:59

65Nb钢热处理工艺：1120℃淬油，540℃ X1h 回火2次，硬度62HRC左右。

nothing0612 · 发表于 2010-5-17 05:47:35

回复 47# dhzhou8888

这些基体钢号相当于中国什么牌号？

dhzhou8888 · 发表于 2010-5-17 08:52:28

回复 49# nothing0612
我在上面的帖子里已经讲了：我国也研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)钢、65W8Cr4VTi(简称LM1)钢、65Cr5Mo3W2VSiTi(简称LM2)钢。其它外国的，我们没有对应的钢种。

yfdwjt · 发表于 2010-6-21 18:09:35

回复 1# 所以因为

高速钢作为刀具用钢，其质量至关重要！对其加工的效能影响很大

dhzhou8888 · 发表于 2010-11-1 10:14:02

现在的高速钢刀具热处理是用盐浴炉处理的，真空炉不能处理拉刀。

huangshike · 发表于 2010-12-11 12:37:00

本帖最后由 huangshike 于 2010-12-11 12:43 编辑

通过对高速钢深冷处理控制尺寸精度、提高冲击韧性、提高刀具寿命、提高耐磨性的工艺探讨，在整个处理过程中会有很多经验和技术

隔夜的雨 · 发表于 2011-5-8 08:43:56

红硬性与淬火温度有直接关系，这个资料很详细

所以因为 · 发表于 2011-12-27 13:23:30

下面谈谈碳化物不均匀性对对热处理性能的影响：
1.过热敏感性的影响：在相同的加热条件下，碳化物集中处容易过热，容易发生开裂现象，因为碳和合金道路集聚，使材料的熔点降低。
2.对淬火晶粒度的影响：容易使晶粒大小不均匀，降低机械强度。
3.对硬度和红硬性的影响：碳化物不均匀度严重时，因为碳和合金元素在奥氏体中的溶解程度减少，降低了产品的硬度和红硬性。
4.对回火组织的影响：碳化物不均匀性严重时，经过3次回火后，可以看到在碳化物集聚处会留有不易受浸蚀的灰白色区域。原因是碳和合金元素的集聚，使Ms点下降，保持了比较多的残余奥氏体，由于碳和合金元素的作用，使残余奥氏体比较稳定，就会发生回火不足的现象。使得组织不均匀，内应力集中，容易引起产品的变形和开裂。

所以因为 · 发表于 2012-3-15 09:32:06

高速钢的红硬性是指刀具在高温条件（600℃）下仍能保持高硬度（大于60 HRC）的功能；红硬性是高速切削工具的一个重要条件。
高速钢的红硬性与淬火加热温度关系很大，要得到好的红硬性，应适当的提高淬火温度。应该遵循既能使碳化物充分溶解，又不使钢的奥氏体晶粒显著长大的原则。

所以因为 · 发表于 2013-5-20 12:58:29

高速钢一般都采用盐炉淬火，工作中的失误造成高速钢试样过热的教训是值得注意的：
【概况】：材料W18，高速钢试样淬火后其晶粒度为8～8.5#，回火后过热图1~图2。
【原因分析】：高速钢高温淬火炉脱氧温度为1300℃，W18淬火温度为1270℃，脱氧后稳定期（降温期）应该是20分钟，因当天生产任务充足，降温时间未到20分钟就放入试样淬火，此时温度偏高所致。
【改进措施】：等待稳定期时间满20分钟。
【试验及验证】：重新用同一温度试淬，试样晶粒度为9.5~10#。恢复正常。
【结论】：脱氧后稳定期的时间应该充分。

山巅牧羊人 · 发表于 2013-6-2 14:48:01

回复 48# dhzhou8888
请教：二次回火处理的具体工艺，工件在两次回火期间有没有特殊的时间或者温度要求？也就是是工件在第一次回火以后要保持怎样的状态（温度），两次处理间隔时间等

dhzhou8888 · 发表于 2013-6-3 00:11:12

回复 58# 山巅牧羊人

540℃ X1h 回火2次或3次的意思是淬火后的回火温度为540℃，保温时间为1h ，回火后的冷却是空气冷却，冷到室温后才可以进行第2次回火。

山巅牧羊人 · 发表于 2013-6-3 07:56:51

回复 59# dhzhou8888
感谢赐教！

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