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高速钢

高速钢

制作工艺
高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过淬火、回火等一系列过程。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1190～1290℃（不同牌号实际使用 时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。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。
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，钴系高速钢在65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。
1.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。
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。
谢谢观看
2.高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，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。
包装检验
包装
检验
成捆交货，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ຫໍສະໝຸດ ，并用防潮纸包裹，对 银亮钢还应装箱。
钢号：W6Mo5Cr4V2(M2) 硬度HRC：63-66 抗弯强度/GPa：3.5-4.0 冲 击 韧 性 / （ M J m ²） ： 0 . 3 0 - 0 . 4 0 600℃时的硬度HRC：47-48 特点：强度高，热塑性好，耐热性、可磨性稍次于W18Cr4V，可用普通钢玉砂轮磨削 主要用途：适用于制作热成形刀具和承受冲击、结构薄弱的刀具 钢号：W14Cr4VMnRE 硬度HRC：64-66 抗弯强度/GPa：约4.0 冲 击 韧 性 / （ M J m ²） ： 约 0 . 3 1

高速钢

高速钢
高速钢
本次课程的主要的内容如下：
高速钢概念 化学成分及分类
热处理工艺
化学元素的作用
显 微 组 织
性 能 及应 用
高速钢
• 定义：高速钢是一种具有高硬度、高耐磨 性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢 或锋钢。高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀 特于1898年创制的。高速钢是一种复杂的 钢种，含碳量一般在0.70～1.65％之间。 含合金元素量较多，总量可达10～25％。
化学成分：
主要元素：C，W，Mo，Cr，V，Co ； 其中 C%≈0.7%∽1.65%，钢中含W、Mo Cr、V、Co等合金 元素, 其总量超过10% 。
分类： 根据钢中主要化学成分，高速钢可分成 三类：即钨系高速 钼系高速钢和钨钼 系高速钢。 其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的 W6Mo5Cr4V2应用最普遍，属于通用型 高速钢；而高碳高钒、高钒高钴超硬 高速钢属于特殊高性能高速钢。
化学元素的作用 C：碳对高速钢的硬度影响很大，是主要的强化元素 W：存在形式: M6c是共晶碳化物的主要组成，它还
以二次碳化物由奥氏体析出。
Mo: 提高热硬性 Cr: 主要起提高钢的淬透性 V: 主要提高钢的耐磨性和提高钢的热硬性起重要作用
Co:主要提高钢的热硬性
提高马氏体的回火稳定性
性能
因为高速钢最重要的用途是制造切削工具，故切削性能 是其最重要的物理性能。 在高速钢的许多物理和力学性能中下列三种性能对切削 能力起最主要作用： 热硬性； 与工件接触的刀具部分的抗磨损能力――
⒋回火：
回火目的是从M中析出弥散M2C和MC碳化物，产生二次硬化 效应和消除残余奥氏体和内应力。 回火温度高是为了提高二次硬化效果；回火次数多一方面 增强二次硬化效果，另一方面（主要）是为了利用二次淬 火来降低残余奥氏体的含量，也间接地提高了性能。见图 7图8。（多次回火后的组织是回火M+碳化物）

金属切削原理 刀具材料.ppt

金属切削原理 刀具材料.ppt
2019/12/27
2. 耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。它与材料硬 度、强度和组织结构有关。一般来说，刀具材料的 硬度越高，耐磨性越好 。
二、足够的强度和韧性
在切削过程中，刀具承受很大的压力、冲击和振 动，只有抗弯强度好，切削用量才不会发生变化。 粗加工余量不均，切削力发生变化，对刀具有冲击 和振动，如果韧性不好，常会出现崩刃或折断。
硬度和韧性是一对不可解决的矛盾，如高速钢的 韧性好，硬度较差，而硬质合金的硬度高，韧性差。
2019/12/27
三、较高的耐热性 和 传 热性
耐热性是指在高温下 刀具材料保持硬度、耐 磨性、强度和韧性的性 能。用红硬性表示。高 温下硬度越高，则红硬 性越好。允许的切削速 度越高。
刀具材料的传热系数 大，有利于切削区热量 的传2出019/12，/27 降低切削温度。
本章小结
本章主要内容是刀具材料应具备的性能、常用刀具材料的 种类以及常用刀具的牌号、特点、性能和应用。
刀具材料应该具备的性能包括足够的硬度和耐磨性、足够 的强度与韧性、较高的耐热性、较好的工艺性、较好的传 热性和经济性。
工具钢包括碳素工具钢和合金工具钢。碳素工具钢优点是 工艺性能良好，有较高的耐磨性，价格低廉；最大缺点是 热硬性差，淬透性低。主要用于制造手用刀具、低速及小 进给量的机用刀具。合金工具钢比碳素工具钢有较高的淬 透性、韧性、耐磨性和耐热性。主要用于制造细长刀具或 截面积大、刃形复杂的刀具。
第二章 刀具材料
2019/12/27
【内容提要】
本章主要介绍刀具材料应具备的性能，以及常用
刀具材料中高速钢和硬质合金材料的特性及应用场 合；简单介绍其他刀具材料的性能及应用。
【目的要求】
明确刀具材料应具备的性能；

高速钢材料

高速钢材料

高速钢材料高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性。

当切削温度高达600?以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，而得其名。

高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高速钢，按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢。

图一：高速钢是制造形状复杂、磨削困难的刀具的主要材料。

普通高速钢可满足一般需求。

常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢。

钨系高速钢典型牌号为W18Cr4V，热处理硬度可达63-66HRC，抗弯强度可达3500MPa，可磨性好。

典型牌号为W6Mo5Cr4V2，目前正在取代钨系高速钢，具有碳化物细小分布均匀，耐磨性高，成本低等一系列优点。

热处理硬度同上，抗弯强度达4700MPa，韧性及热塑性比w18Cr4V提高50%。

常用于制造各种工具，例如钻头、丝锥、铣刀、铰刀、拉刀、齿轮刀具等，可以满足加工一般工程材料的要求。

只是它的脱碳敏感性稍强。

另一牌号的普通高速钢为W9Mo3Cr4V，这是中国近几年发展起来的新品种。

强度及热塑性略高于W6Mo5Cr4V2，硬度为HRC63-64，与韧性相配合，容易轧制、锻造，热处理工艺范围宽，脱碳敏感性小，成本更低。

这三个牌号的普通高速钢在中国市场的比例分别为:W18Cr4V，16.5%W6Mo5Cr4V2，69%;W9Mo3Cr4V，11%。

高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性能而发展起来的新品种。

它具有更高的硬度、热硬性，切削温度达摄氏650度时，硬度仍可保持在60HRC以上。

耐用性为普通高速钢的1.5-3倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具。

主要品种有4种，分别为高碳系高速钢、高钒系高速钢、含钴系高速钢和铝高速钢。

牌号为9w18Cr4V，因含碳量高(0.9%)，故硬度、耐磨性及热硬性都比较好。

高速钢

高速钢

高速工具钢1、高速钢的化学成分特点、分类及表示方法1）高速钢的化学成分特点高速钢属于高碳、高合金、莱氏体钢碳：0.7-1.4%合金元素总量：12%-30%莱氏体钢：铸态组织中出现莱氏体2)高速钢分类按使用性能分类普通高速钢： W9、M2 高性能高速钢： M42 、 M2Al按所含主要合金元素分类钨系高速钢：含钨大于9-10%，不含钼或不超过1%钼 W18Cr4V(T1)钼系高速钢：含钼高于8%，不含钨或不超过2%钨 W2Mo9Cr4V2钨钼系高速钢：介于上述两者之间 W6MO5Cr4V23）高速钢表示方法W9: W9Mo3Cr4V 9-3-4-1 W18: W18Cr4V 18-4-1 M2: W6Mo5Cr4V2 6-5-4-2 注意：数字和元素符号同大小2、高速钢中合金元素的作用见课本3、高速钢的铸态室温组织高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体(Ld)、中心黑色的共析体、白亮的马氏体和残余奥氏体组成4、高速钢中的碳化物高速钢中的碳化物种类多，形态各异。

碳化物按实际生成情况分为一次碳化物（直接由液相析出）和二次碳化物（从固体基体中析出）根据合金元素和碳原子的不同百分比，高速钢中存在的碳化物主要为： M6C、MC、 M23C6、M2C、M3C等M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。

其中Fe和W可以相互置换，形成Fe3W3C或Fe2W4C。

钢中含有的Cr、Mo、V可溶解在M6C中，Mo、V可置换W；Cr可置换Fe、W，这就使M6C稳定性不同。

如Cr溶入M6C中，使M6C稳定性下降。

M6C的硬度为73.5HRC-77HRC 在扫描电镜下观察，呈白亮色。

存在于铸态、退火态、淬火态和回火态中M23C6型碳化物：典型碳化物是Cr23C6 主要合金元素为Cr和Fe，铁含量可以很高，甚至超过Cr 可溶入一定量的W、Mo和极少的V 其稳定性较差，淬火加热时，全部溶于奥氏体中增加钢的淬透性，存在于退火态中。

刀具材料PPT演示文稿

刀具材料PPT演示文稿
WC+ TiC+ TaC(NbC)+ Co (YW)类硬质合金：YT类硬质合金中加入 TaC(NbC)可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高合金的高温硬度 和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。常用牌号YW1和YW2。（YW1 ：WC 84%,TiC 6%,TaC 4%,Co 6% 相当于M10； YW2：WC 82%,TiC 6%,TaC 4%,Co 8% 相当于M20 ）
❖ 应用：高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具 的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一。
5
• 常用高速钢材料的分类与性能及应用 分类：通用型高速钢（普通高速钢）、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。 一、 普通高速钢 特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性。可用
于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的切削速度通常不高于 40m/min～60m/min。
目前刀具材料中应用最多的仍是高速钢和硬质合金
1
表2-1 各种刀具材料的物理力学性能
HRC 65 60
HRA HV 83.6 798 81 687
2
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第二节 高 速 钢
•
高速钢是富含W、Cr、Mo(钼)、V等合金元素的高合金工具钢。
• 高速钢的特点
•
与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，
普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。 (1) 钨系高速钢。这类高速钢的典型牌号为W18Cr4V(简称W18)，
含C量为0.7%～0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。此类高速钢综合性能 较好，可制造各种复杂刃型刀具。 缺点：碳化物分布不均匀，强度和韧 性稍差，不宜做大截面的刀具，热塑性较差。
超细晶粒硬质合金能在较高硬度时获得很高的抗弯强度，YS2(YG10H)。 为了提高WC+ Co (YG)类合金的常温、高温硬度及耐磨性，在其成分中加 入1%~3%的TaC(NbC)，组成WC+ TaC(NbC)+Co 合金，如YG6A(YA6)。

高速钢(已打印)

高速钢20 世纪60年代后期，粉末冶金高速钢制造工艺在瑞典开发成功，并于70年代初期进入市场。

该工艺可在高速钢中加入较多合金元素而不会损害材料的强韧性或易磨性，从而可制成具有高硬度、高耐磨性、可吸收切削冲击、适合高切除率加工和断续切削加工的刀具。

粉末冶金高速钢的制备工艺与普通高速钢的制备工艺不同，熔化的钢水不是直接注入铸模，而是通过一个小喷嘴将其吹入氮气流中进行雾化，喷出的雾状钢水迅速冷却为细小的钢粒(直径小于1μm)。

由于钢水溶液中的碳化物在快速冷却过程中来不及沉淀和形成团快，因此获得的钢粒中碳化物颗粒细小且分布均匀。

将这些钢粉过筛后置入一个钢桶中，并将钢粉中间的空气抽净形成真空状态，然后在高温、高压下将钢桶中的钢粉压制成型，即可得到致密度为100%的粉末冶金高速钢毛坯。

这一制备工艺被称为热等静压(hotisostaticpressing,HIPing)成型。

然后可对毛坯进行锻造、轧制等后续加工。

利用热等静压成型工艺制备的粉末冶金高速钢中的碳化物颗粒非常细小，而且不管其合金含量为多少，这些碳化物颗粒都可均匀分布于整个高速钢基体中。

采用粉末冶金高速钢制备工艺，钢材生产商可以充分增加钢中的金属碳化物含量，而不会对材料的韧性或易磨性造成有害影响。

虽然一些偏爱粉末冶金高速钢的人喜欢将其誉为高速钢与整体硬质合金的“混血儿”，但实际上它只是一种具有尺寸微小的碳化物颗粒和细化的钢基体粒子结构的高速钢。

不过，它确实将高速钢良好的韧性与硬质合金的高耐磨性很好地结合于一身。

由于粉末冶金高速钢中碳化物颗粒细小且分布均匀，因此与碳化物含量相同的普通高速钢相比，其强韧性大大提高。

凭借这一优势，粉末冶金高速钢刀具非常适合用于切削冲击大和金属切除率高的加工场合(如挠曲切削、断续切削等)。

此外，由于粉末冶金高速钢的强韧性不会因金属碳化物含量的增加而削弱，因此钢材生产商可以在钢中添加大量合金元素，以提高刀具材料的性能。

同时，由于钨(W)资源属于战略性资源，现代的硬质合金又比较大量地使用钨资源，低钨高速钢成为高速钢研发的一个方向。

高速钢

加 工
— — — — — —
• •— 表 面 处 理 热 轧 棒 材 下 料
高速钢的回火
锻 • 高速钢通常在二次硬化峰值温度或稍高一些的温度 造 （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 退 硬度明显上升；同时残余奥氏体转变为马氏体，也使硬度 火 提高，由此造成二次硬化现象，保证了钢的硬度和热硬性。机 加 • 进行多次回火，是为了逐步减少残余奥氏体量。 工 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 淬 火 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 回 火 少量残余奥氏体。 精 • 加 工
高速钢牌号、成分、热处理工艺
六、齿轮滚刀工艺路线
1. 性能要求、材料及工艺
• (1) 用途、性能要求 • 生产齿轮的常用刃具, 用于加工外啮合的 直齿和斜齿渐开线园柱齿轮。要求硬、耐 磨性高。其形状复杂, 精度要求高。
• •— 热 轧 棒 材 下 料 锻 造 — 退 火 机 加 工 淬 火 回 火 — 精 加 工
四、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（钨）、Cr（铬）、V(钒)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。
齿轮滚刀工艺路线
1. 性能要求、材料及工艺

高速钢简介


• • •
化学元素的作用：
C：
■机制：形成K，固溶强化。 碳对高速钢的硬度影响很大，是主要的强化元素； C%提高，淬火回火后HRC和热硬性提高。 ■不利因素： 含碳量的增高使钢中碳化物总量↑，碳化物不均匀 性加重 →→锻轧 淬火后残余奥氏体量↑ →→多次回火 固相线温度↓，使淬火温度↓ 对于钨系高速钢， C%↑使钢的抗弯强度和韧性↓， 对钨钼系影响不大
应用
W18Cr4V：
具有良好的热硬性； 在600℃时，仍具有较高的硬度和较好的切削性， 被磨削加工性能好，淬火过热敏感性小，比合金工具 钢的耐热性能高。 但由于其碳化物较粗大，强度和韧性随材料的尺寸增 大而下降。 适用于制造一般刀具（如车刀、铣刀、齿轮刀具）， 还可以制造高温下工作的轴承、弹簧等耐磨、耐高温的零 件），不适合制造薄刃或较大的刀具。
V：
存在形式：主要以VC存在，也溶于其他类型碳化物中 作用：主要提高钢的耐磨性和对提高钢的热硬性起重要作
用；
VC部分溶于A中，淬火后M抗回火稳定性↑； 回火时析出VC产生二次硬化。
Co：
作用：主要提高钢的热硬性；
提高马氏体的回火稳定性； 钴在钢中为非碳化物形成元素，淬火加热时溶于A， 淬火后溶于M中，减慢合金K的析出与聚集长大，加强二次 硬化效果（提高晶界开始熔化温度）。
■淬火后获得了高合金的马氏体，具有高的抗回火稳 定性，在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化， 使钢具有高的硬度和热硬性。
图3为W18Cr4V钢的典型热处理淬火与回火工艺
M23C6 900℃开始溶解， 1090℃全部溶解； M6C 1037℃开始溶解， 1250℃以上溶解量逐惭减小； MC 1100℃开始溶解，溶 解速度比M6C缓慢。 1280℃时，奥氏体中：C 0.5%，W7-8%，Cr4%， V0.6-0.8%；剩余K总量为910%：其中，M6C 7.5%9.0%， MC 1.0-1.5%

高速钢热处理PPT资料优秀版

金属材料与热处理
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主讲教师：王仙萌 西安航空职业技术学院
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预先热处理：锻造后进行等温退火 最终热处理：淬火＋三次回火
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淬火使用油淬，温度1260～1280℃，三次回火温度为 550～570℃，最终硬度为63～66HRC。
18Cr4V 高速高钢速淬钢火淬火组后织组织
高速钢硬度与回火温度关系
高速钢淬、回火组织
图 6 W18Cr4V 高速钢淬金火属、材料回与火热后处理组
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
小结
高速钢热处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工艺
金属材料与热处理
图 3 W18高Cr速4V钢高速退钢火退后火后组组织织
金属材料与热处理
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1、高速钢中的组成相： 高速钢的平衡组织： 合金F和合金K 合金元素： W，Mo，Cr，V，Co 合金K：M6C型： W，Mo的K，溶解一定的Cr, V, Co M23C6型： Cr的 K,（Cr, Fe, Mo, W, V）23C6 MC型： V的K，溶解少量W， Mo, Cr 在热处理过程中还存在M2C型K：W，Mo的K，W2C，Mo2C
V：
存在形式：主要以VC存在，也溶于其他类型碳化物中 作用：主要提高钢的耐磨性和对提高钢的热硬性起重要作
用；
VC部分溶于A中，淬火后M抗回火稳定性↑； 回火时析出VC产生二次硬化。
Co：
作用：主要提高钢的热硬性；
提高马氏体的回火稳定性； 钴在钢中为非碳化物形成元素，淬火加热时溶于A， 淬火后溶于M中，减慢合金K的析出与聚集长大，加强二次 硬化效果（提高晶界开始熔化温度）。
3．高速钢中碳化物的不均匀性与改善途径：
铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破 碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物； 在锻轧变形量不足时，仍存在粗的碳化物网和密集的带状 碳化物，这种碳化物的不均匀性对高速钢刀具的质量和使用 寿命有极大影响。 淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化，淬火开裂 倾向大，碳化物密集区脆性大，易引起崩刃。粗大碳化物在 淬火加热时溶解少，使附近奥氏体合金度低，热处理后刃具 的硬度、热硬性和耐磨性都降低，抗弯强度、韧性指标因碳 化物不均匀而降低。 因此，碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要技术质 量指标之一。
⒋回火：
■回火目的是从M中析出弥散M2C和MC碳化物，产生二 次硬化效应和消除残余奥氏体和内应力。 ■回火温度高是为了提高二次硬化效果；回火次数多 一方面增强二次硬化效果，另一方面（主要）是为了利用 二次淬火来降低残余奥氏体的含量，也间接地提高了性能。 见图7~9。（多次回火后的组织是回火M+碳化物）
化学元素的作用：
C：
■机制：形成K，固溶强化。 碳对高速钢的硬度影响很大，是主要的强化元素； C%提高，淬火回火后HRC和热硬性提高。 ■不利因素： 含碳量的增高使钢中碳化物总量↑，碳化物不均匀 性加重 →→锻轧 淬火后残余奥氏体量↑ →→多次回火 固相线温度↓，使淬火温度↓ 对于钨系高速钢， C%↑使钢的抗弯强度和韧性↓， 对钨钼系影响不大
图1 W18Cr4V钢的典型热处理淬火与回火工艺
■采用一次或两次预热 高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形、 开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳，往往采用一次或 两次预热。 ■淬火温度高 为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温 度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，9级）。 ■采用分级淬火 一般油淬空冷（组织为：M+Ar20-25%+9-10%未熔K）； 对细长件和薄片件采用等温淬火；（先在盐浴或碱浴 中的保温时间足够长，使过冷奥氏体等温转变有高强韧性 的下贝氏体组织，然后取出空冷。） 为了减少工件变形，采用1次或多次分级淬火。对于大 型复杂刃具，可采用等温淬火，以减少变形并提高韧性。
改善碳化物不均匀性的措施有：
• • 采用200-300 kg小锭型，使钢锭凝固快，减少结晶时宏 观偏析，莱氏体共晶也细小； 采用扁锭加快凝固，一般用630 kg型，减少集中偏析和 使莱氏体共晶细小； 增大钢锭锻压比，反复拉拔和镦粗； 大尺寸钢材可采用电渣重熔．钢液在水冷结晶器中径向 结晶，莱氏体共晶细小； 粉末冶金方法。
2．高速钢的铸态组织： 高速钢属于高合金莱氏体钢，其相图较复杂。图9为FeW-Cr-C系的变温截面。当W18Cr4V钢凝固时，发生下列反应： 开始结晶时析出δ (高温α )固溶体； 冷却到1400℃发生L + δ →γ 的包晶反应； 在1345℃附近很窄的温度范围进行L+δ →γ +M6C的包共 晶反应； 在1330℃-1300℃之间发生L→γ +M6C的共晶反应，一直 到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，存 在于奥氏体晶之间，其中碳化物呈鱼骨状，骨络之间为γ ； 凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出过共析合金碳化物， 在870-800℃间发生γ +M6C→α 的包析反应；冷到800℃左右 发生γ →α +M6C+Fe3C共析反应。实际上W18Cr4V钢中在共晶 结晶时还出现VC，并在随后冷却时，由奥氏体中还析出VC和 M23C6型碳化物。在低温下未发现Fe3C存在。
料 082 班
二组： 安徽工业大学 材料科学与工程学院 创新课题组
高速工具钢
主
讲：
高速工具钢
定义：
一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢， 又称高速钢或锋钢。

特点：
合金度高； 刃部在650℃时实际硬度仍高于HRC50，具有优良的 切削性能； 高耐磨性、高硬度、高耐热性；
分类：
根据钢中主要化学成分，高速钢可分成三类：即钨系 高速钢、钼系高速钢和钨钼系高速钢。 其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的W6Mo5Cr4V2应用最普 遍，属于通用型高速钢；而高碳高钒、高钒高钴超硬高速 钢属于特殊高性能高速钢。 其他分类方法：
W6Mo5Cr4V2： 具有良好的热硬性和韧性； 淬火后表面硬度可达64～66HRC； 是含钼低钨高速钢，成本较低； 用量仅次于W18Cr4V，适用于制造钻头、丝锥、 板牙、铣刀等。
主要包括：锻轧，退火，淬火，多次回火 ⒈锻轧： 由于钢含碳量较高,而且含有大量合金元素,其铸态坯 料组织中具有鱼骨胳状碳化物。只能用锻造的方法将其打 碎,并使其分布均匀。 ⒉退火： ■ 高速钢经锻轧后，钢材需要退火。消除内应力，降 低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备。可采用一般 退火或等温退火； ■高速钢的Ac1在820-860℃范围，故退火温度
缺点：降低韧性，增加脱C倾向。有5%、8%、12%三个
级别。
微合金元素的作用：
氮：增加M6C的稳定性，减少聚集倾向；
细化A晶粒，晶界熔化温度上升，提高淬火和合金 元素的溶解量，从而使淬火回火硬度和热硬性提高，同时 提高了抗弯强度和挠度，改善韧性。
稀土元素：降低硫在晶界的偏聚，提高热塑性。
高速钢的热处理
图10
Fe-W-Cr-C系的变温截面
图11
W18Cr4V钢的铸态组织
在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却， 其包晶反应不能进行完毕，仍有部分δ相被保留 下来，在继续冷却时发生共析分解δ→γ+M6C， 随后γ相再发生共析反应。这种转变产物金相形 态呈黑色．称为“黑色组织”。γ相的共析反应 也可能破抑制而过冷到低温，转变为马氏体和残 留奥氏体，形成“白亮组织”。 因此铸态组织有大量鱼骨状共晶莱氏体和黑色 组织（屈氏体）与白色组织（马氏体和残余奥氏 体）。
■淬火后获得了高合金的马氏体，具有高的抗回火稳 定性，在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化， 使钢具有高的硬度和热硬性。
图3为W18Cr4V钢的典型热处理淬火与回火工艺
M23C6 900℃开始溶解， 1090℃全部溶解； M6C 1037℃开始溶解， 1250℃以上溶解量逐惭减小； MC 1100℃开始溶解，溶 解速度比M6C缓慢。 1280℃时，奥氏体中：C 0.5%，W7-8%，Cr4%， V0.6-0.8%；剩余K总量为910%：其中，M6C 7.5%9.0%， MC 1.0-1.5%
★钨系、钼系、钨钼系的性能比较：
钼系高速钢Mo18Cr4V的热硬性逊于W系； 热处理时，钼系脱碳的可能性大； 钼系高速钢的抗弯强度和冲击韧性远高于W系； 钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2具有钨系和钼系的优点,又 克服两者的缺点。
Cr：
存在形式：主要存在M23C6，也溶于M6C和MC中 作用：主要起提高钢的淬透性； 可提高钢的耐蚀性和抗氧化能力，改善切削能力。
化学成分：
主要元素：C，W，Mo，Cr，V，Co ； 其中 C%≈0.7%∽1.65%，钢中含W、Mo、Cr、V、Co等 合金元素,其总性又叫红硬性，是指钢在较高温度下，仍能保持 较高硬度的性能；它表示钢的抗回火软化能力。 测定高速钢热硬性是在600℃、625℃、650℃温度加 热四次后测定其室温硬度，能保持HRC60的最高温度即表 示该钢的热硬性；或者在高温硬度计加热到600℃∽650℃ 保温4h后直接测定其高温硬度。
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性能
因为高速钢最重要的用途是制造切削工具，故切削性 能是其最重要的物理性能。 在高速钢的许多物理和力学性能中下列三种性能对切削 能力起最主要作用： ■热硬性； ■与工件接触的刀具部分的抗磨损能力――耐磨性； ■工具的强度和塑性的综合性能――韧性。
其他性能：
■抗压强度高； ■变形小：高速钢经常在盐浴油或空气中淬火，因而 其变形相对较小； ■高导热性：高导热性能使在工作表面产生的热量消 散在工具内部；加入5%的Co可以提高导热性； ■比重较高：所有高速钢的比重都比1%碳的碳素工具 钢高。钨系高速钢有最大比重，而钼系高速钢较标准的T1 钢轻大约10%。 比重也称相对密度，是物质的密度与取作标准的某一 物质(例如在其最大密度的温度4°C时的纯水)密度之比 (两者的密度都是在空气中称重而取得的)。 T1 钨系高速钢，含碳量0.7%-0.8%，耐磨性好，高温 塑性比钼系差。
图4 W18Cr4V钢的的正常淬火组织
图5 W18Cr4V钢的过烧组织
图6 W18Cr4V钢的的退火组织
• 分级淬火：将钢加热保温后快速冷却到Ms稍上的温度保温 一段时间（发生贝氏体转变之前）以空冷的速度进入马氏 体转变区，进行马氏体转变的方法。 • 等温淬火：将钢加热保温后快速冷却到Ms稍上的温度保温 使其转变为下贝氏体的方法。 • 双介质淬火：将钢加热保温后先用水快速冷却到等温转变 曲线鼻尖下边的奥氏体亚稳定区后转入油中冷却的方法。
PVD 是英文Physical Vapor Deposition （物理气相沉积）的缩写，是指在真空条 件下，采用低电压、大电流的电弧放电技 术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发 物质与气体都发生电离，利用电场的加速 作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在 工件上。