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刃具鋼 - 什么是刃具鋼
刃具鋼是用來(lái)制造各種切削加工工具（車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、絲錐、板牙等）的鋼種。
刃具鋼
刃具鋼 - 工作條件
刃具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作用使切屑產(chǎn)生變形與斷裂并從整體上剝離下來(lái)。故刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)負(fù)荷，同時(shí)還要受到工件和切屑的強(qiáng)烈摩擦作用，產(chǎn)生大量熱，使刃具溫度升高，有時(shí)高達(dá)600℃左右，切削速度愈快、吃刀量愈大則刀刃局部升溫愈高。刃具的失效形式有卷刃、崩刃和折斷等，但最普遍的失效形式是磨損。其性能要求為高的硬度和耐磨性（刀具必須具有比被加工工件更高的硬度，一般切削金屬用的刀具，其刃口部分硬度要高于60HRC。硬度主要取決于鋼中的碳含量，因此，刃具鋼的碳含量都較高，一般在wc0.6%-1.5%范圍內(nèi)。耐磨性與鋼的硬度有關(guān)，也與鋼的組織有關(guān)。硬度愈高，耐磨性愈好。在淬火回火狀態(tài)及硬度基本相同的情況下，碳化物的硬度、數(shù)量、顆粒大小和分布等對(duì)耐磨性有很大影響。），高的紅硬性（對(duì)切削刀具，不僅要求在室溫下有高硬度，而且在溫度較高的情況下也能保持高硬度。紅硬性的高低與回火穩(wěn)定性和碳化物彌散沉淀等有關(guān)，鋼中加入W、V、Nb等元素可顯著提高鋼的紅硬性。），此外還要求具有一定的強(qiáng)度、韌性和塑性，防止刃具由于沖擊、振動(dòng)負(fù)荷作用而發(fā)生崩刃或折斷。
刃具鋼 - 性能要求
（1）為了保證刀刃能犁人工件并防止卷刃必須使刃具具有高于被切削材料的硬度（一般應(yīng)在HRC60以上，加工軟材料時(shí)可為HRC45～55）故刃具鋼應(yīng)是以高碳馬氏體為基體的組織。
（2）為了保證刃具的使用壽命．應(yīng)當(dāng)要求有足夠的耐磨性。高的耐磨性不僅決定于高便度，同時(shí)也決定于鋼的組織。在馬氏體基體上分布著彌散的碳化物．尤其是各種合金碳化物能有效地提高刃具鋼的耐磨損能力
（3）由于在各種形式的切削加工過(guò)程中．對(duì)具承受著沖擊、振動(dòng)等作用，應(yīng)當(dāng)要求對(duì)具有足夠的塑性和韌性．以防止使用中崩刃或折斷。
（4）為了使刃具能承受切削熱的作用．防止在使用過(guò)程中因溫度升高而導(dǎo)致硬度下降．應(yīng)要求刃具有高的紅硬性。鋼的紅硬性是指鋼在受熱條件下．仍能保持足夠高的硬度和切削能力，這種性能稱為鋼的紅硬性。紅硬性可以用多次高溫回火后在室溫條件下測(cè)得的硬度值來(lái)表示。所以紅硬性是鋼抵抗多次高溫回火軟化的能力，實(shí)質(zhì)上這是一個(gè)
回火抗力的問(wèn)題。
應(yīng)當(dāng)指出．上述四點(diǎn)是對(duì)刃具鋼的一般使用性能要求．而視使用條件的不同可以有所側(cè)重。如挫刀不一定需要很高的紅硬性．而鉆頭工作時(shí)．其對(duì)部熱量散失困難．所以對(duì)紅硬性要求很高。
此外，選擇刃具鋼時(shí)．應(yīng)當(dāng)考慮工藝性能的要求．例如．切削加工與磨削性能好．具有良好的淬透性．較小的淬火變形、開(kāi)裂敏感性等各項(xiàng)要求都是刀具鋼合金化及其選材的基本依據(jù)。
刃具鋼 - 鋼種衍變
通常按照使用情況及相應(yīng)的性能要求不同．將刃具鋼分為：碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼三類。衡量一個(gè)國(guó)家工具材料的水平常以高速鋼為標(biāo)準(zhǔn)．故重點(diǎn)討論之。
1.碳素刃具鋼
刃具鋼最基本的性能要求是；高硬度高耐磨性。高硬度是保證進(jìn)行切削的基本條件，高耐磨性可保證刃具有一定的壽命．即耐用度。針對(duì)上述兩個(gè)要求．最先發(fā)展起來(lái)的是碳素刃具鋼。其合碳量范圍在0.65%～1．35％，屬高碳鋼．包括亞共析鋼、共析鋼和過(guò)共析鋼。
（1）碳素刃具鋼的熱處理工藝為淬火十低溫回火。
一般亞共析鋼采用完全淬火．淬火后的組織為細(xì)針狀馬氏體。過(guò)共析鋼采用不完全淬火．淬火后的組織為隱晶馬氏體十位溶碳化物．且由于未溶碳化物的存在，使鋼的韌性較低．脆性較大．所以在使用中脆斷傾向性大．應(yīng)予以充分注意。 在碳素刃具鋼正常淬火組織中還不可避免地會(huì)有數(shù)量不等的殘余奧氏體存在。
（2）碳素刃具鋼在性能上有兩個(gè)缺點(diǎn)、一個(gè)不足。
即淬透性低．工具斷面尺寸大于15mm時(shí)．水淬后只有工件表面層有高硬度．故不能做形狀復(fù)雜、尺寸較大的刀具；紅硬性差．當(dāng)工作溫度超過(guò)250℃，硬度和耐磨性迅速下降．而失去正常工作的能力；碳素刃具鋼從成分上看，不含有合金元素．淬火回火后碳化物屬于滲碳體型．硬度雖然可達(dá)HRC62 ，但耐磨性不足。
（3）碳素刃具鋼在熱處理時(shí)須注意以下幾點(diǎn)
①碳素工具鋼淬透性低，為了淬火后獲得馬氏體組織．淬火時(shí)工件要在強(qiáng)烈的淬火介質(zhì)（如水、鹽水、堿水等）中冷卻．因而淬火時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力大．將引起較大的變形甚至開(kāi)裂．故而淬火后應(yīng)及時(shí)回火。
②碳素刃具鋼在淬火前經(jīng)球化退火處理，在退火處理過(guò)程中．由于加熱時(shí)間長(zhǎng)、冷卻速度慢，會(huì)有石墨析出使鋼脆化（稱為黑脆）。
③碳素刃具鋼由于含碳量高．在加熱過(guò)程中易氧化脫碳．所以加熱時(shí)須注意保護(hù)．一般用鹽浴爐或在保護(hù)氣氛條件下加熱。
綜上所述，由于碳素工具鋼淬透性低、紅硬性差、耐磨性不夠高．所以只能用來(lái)制造切屑量小、切削速度較低的小型刃具．常用來(lái)加工硬度低的軟金屬或非金屬材制。對(duì)于重負(fù)荷、尺寸較大、形狀復(fù)雜工作溫度超過(guò)200℃的刃具．碳素刃具鋼就滿足不了工作的要求、在制造這類刃具時(shí)應(yīng)采用合金刃具鋼、但碳素刃具鋼成本低，在生產(chǎn)中應(yīng)盡量考慮選用。
（4）碳素工具鋼的牌號(hào)、成分和用途
T7 T7A 承受沖擊，任性較好，硬度適當(dāng)?shù)墓ぞ撸绫忡P、手鉗、大錘、木工工具
T8 T8A 承受沖擊，任性較好，硬度適當(dāng)?shù)墓ぞ撸绫忡P、手鉗、大錘、木工工具
T8Mn T8MnA 承受沖擊，任性較好，硬度適當(dāng)?shù)墓ぞ撸绫忡P、手鉗、大錘、木工工具，但淬透性較大。可制斷面
較大的工具
T9 T9A 韌性中等、硬度高的工具、如沖頭、木工工具、鑿巖工具
T10 T10A 不受劇烈沖擊，高硬度耐磨的工具、如車刀、刨刀、絲錐、鉆頭、手鋸條
T11 T11A 不受劇烈沖擊，高硬度耐磨的工具、如車刀、刨刀、絲錐、鉆頭、手鋸條
T12 T12A 不受劇烈沖擊，高硬度耐磨的工具、如銼刀、刮刀、絲錐、精車刀、量具
T13 T13A 不受沖擊，高硬度耐磨的工具、如銼刀、刮刀、絲錐、精車刀、量具要求更高耐磨的工具如刮刀、銼刀。
2.合金刃具鋼
（1）定義
合金刃具鋼是在碳素刃具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素而發(fā)展起來(lái)的。其目的是克服碳素刃具鋼的淬透性低、紅硬性差、耐磨性不足的缺點(diǎn)。合金刃具鋼的合碳量在0.75％～1.5％合金元素總量則在5％以下．所以又稱低合金刃具鋼。加入的合金元素為Cr、Mn、Si、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬造性．同時(shí)強(qiáng)化馬氏體基體，提高h(yuǎn)回火穩(wěn)定性；W和V還可以細(xì)化晶粒； Cr、 Mn等可溶入滲碳體．形成合金滲碳體，有利于鋼耐磨性的提高。
另外，Si使鋼在加熱時(shí)易脫碳和石墨化．使用中應(yīng)注意。如 Si、 Cr同時(shí)入鋼中則能降低鋼的脫碳和石墨化傾向。
合金刃具鋼有如下特點(diǎn)；淬透性較碳素刃具鋼好，淬火冷卻可在油中進(jìn)行，放熱處理變形和開(kāi)裂傾向小，耐磨性和紅硬性也有所提高。但合金元素的加入，提高了鋼的臨界點(diǎn)，故一般淬火溫度較高．使脫碳傾向增大。
（2）用途
①截面尺寸較大且形狀復(fù)雜的刃具
②精密的刀具
③切削刃在心部的刃具，此時(shí)要求鋼的組織均勻性要好
④切削速度較大的刃具等。
（3）合金刀具鋼兩個(gè)體系
A.針對(duì)提高鋼的淬透性的要求，發(fā)展了Cr、Cr2、9SiCr和CrWMn等鋼。其中9SiCr鋼在抽中淬火淬造直徑可達(dá)40—50 mm．適宜制造薄刃或切削刀在心部的工具．如板牙、滾絲輪、絲 錐等。
CrWMn鋼是最常用的合金刃具鋼。經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)HRC64—66且有較高的耐磨性。CrWMn鋼淬火后．有較多的殘余奧氏體，使其淬火變形小．故有低變形鋼之稱。生產(chǎn)中常用調(diào)整淬火溫度和冷卻介質(zhì)配合，使形狀復(fù)雜的薄壁工具達(dá)到激變形或不變形。這種鋼適于做截面尺寸較大、要求耐磨性高、淬火變形小．但工作溫度不高的拉 刀、長(zhǎng)絲錐等。也可作量具、冷變形模具和高壓油泵的精密部件（柱塞）等。
B.針對(duì)提高耐磨性的要求，發(fā)展了Cr06、W、W2及CrW5等鋼。其中CrW5又稱鉆石鋼．在水中冷卻時(shí)，硬度可達(dá)HRC67—68。主要用于制作截面尺寸不大（5～15mm）、形狀簡(jiǎn)單又要求高硬度、高耐磨性的工具，如雕刻工具及切削硬材料的刃具。
（4）合金刃具鋼的熱處理
與碳素刃具鋼基本相同，也包括加工前的球化退火和成形后的淬火與低溫回火．回火溫度一般為160—200℃。合金刃具鋼為過(guò)共析鋼一般采用不完全淬火。淬火加熱溫度要根據(jù)工件形狀、尺寸及性能要求等選定并嚴(yán)格控制．以保證工件質(zhì)量。另外．合金刃具鋼導(dǎo)熱性較差．對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸大的工件，在淬火加熱前往往先在600—650℃左右進(jìn)行預(yù)熱，然后再淬火加認(rèn)一般采用油淬、分級(jí)淬火或等溫淬火。少數(shù)淬透性較低的鋼（如Cr06．CrW5等鋼）采用水淬。
綜上所述．合金刃具鋼解決了淬透性低、耐磨性不足等缺點(diǎn)。但由于合金刃具鋼所加合金元素?cái)?shù)量不多．仍屬于低合金范圍．故其紅硬性雖比碳素刃具鋼高．但仍滿足不了生產(chǎn)要求。如回火溫度達(dá)到250℃時(shí)硬度值已降到HRC60以下。因此要想大幅度提高鋼的紅硬性，靠合金刃具鋼難以解決，故發(fā)展了高速鋼。
3.高速鋼
多少年來(lái)．人們?yōu)榱颂岣咔邢魉俣龋烁纳茩C(jī)床和刀具設(shè)計(jì)外．刀具材料一直是一個(gè)核心問(wèn)題。前已指出合金刃具鋼基本上解決了碳素刀具鋼淬透性低、耐磨性不足的缺點(diǎn)，但沒(méi)有從根本上解決紅硬性不高的問(wèn)題。只有在高速鋼問(wèn)世以后，不但保證了鋼的淬透性和耐磨性，而且紅硬性也得到了顯著提高。
高速鋼是一種高碳且含有大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素的合金刃具鋼。
高速鋼經(jīng)熱處理后，在600℃以下仍然保持高的硬度．可達(dá)HRC60以上故可在較高溫度條件下保持高速切削能力和高耐磨性。同時(shí)具有足夠高的強(qiáng)度，并兼有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性，這是其他超硬工具材料所無(wú)法比擬的。高速鋼還具有很高的淬透性．中小型刃具甚至在空氣中冷卻也能淬透，故有風(fēng)鋼之稱。
同碳素刃具鋼和合金刀具鋼相比，高速鋼的切削速度可提高2～4倍，刃具壽命提高8—15倍。
高速鋼廣泛用于制造尺寸大、切削速度快、負(fù)荷重及工作溫度高的各種機(jī)加工工具。如車刀、刨刀、拉刀、鉆頭等。此外．還可應(yīng)用在模具及一些特殊軸承方面。總之．現(xiàn)代工具材料高速打仍占對(duì)具材料總量的65％而產(chǎn)值則占70％左右．所以高速鋼自問(wèn)世以來(lái)．經(jīng)百年使用而不衰。
（l）高速鋼的化學(xué)成分。
高速鋼是含有大量W、Mo、Cr、V及Co的高碳高合金鋼。高速鋼成分大致范圍如下C0.7％一1.65％、W0％一12％、Mo0％～10％、約Cr4%、V1％～5％及Co0%～12%%5，高速鋼中也往往含有其它合金元素如Al、Nb、Ti、Si及稀土元素、總量小于2％。
①碳的作用。碳在淬火加熱時(shí)溶入基體a相中，提高了基作中碳的濃度，這樣既可提高鋼的淬透性，又可獲得高碳馬氏體，進(jìn)而提高了硬度。高速鋼中碳與合金元素Cr、W、Mo、V等形成合金碳化物，可以提高硬度、耐磨性和紅硬化高速鋼中合碳量必須與合金元素相匹配，過(guò)高過(guò)低都對(duì)其性能有不利影響．每種鋼號(hào)的合碳量都限定在較窄的范圍。所以有人提出平衡碳理論，認(rèn)為高速鋼中含磷量應(yīng)該滿足下式
C=0.033W十0.063Mo+0.060Cr+0.200V
此式稱為G．steven的平衡碳計(jì)算式。式中化學(xué)符號(hào)代表1／100含量，如W1％（質(zhì)量）要求有0.033％的碳與之相匹配．V1％（質(zhì)量）要求有）2％的碳相匹配．以下如此類推。
②合金元素的作用。高速鋼的合金代主要是圍繞提高紅硬性這～中心環(huán)節(jié)而展開(kāi)的。加入會(huì)金元素Cr、W、Mo、V等．以形成大量細(xì)小、彌散、堅(jiān)硬而又不易聚集長(zhǎng)大的合金碳化物．以造成二次硬化效應(yīng)。通常所形成的強(qiáng)化相有M2C型（如W2C、Mo2C）、MC型碳化物（如 VC）、 M23C6型碳化物（如 Cr23C6）等。這些碳化物硬度很高．如 VC的硬度可高達(dá) HV2700～2990，并且在高溫下不易發(fā)生聚集長(zhǎng)大。另外、W的存在可提高馬氏體的高溫穩(wěn)定優(yōu)W系高速鋼在450～60℃還能保持馬氏體晶格特征，以維持高的硬度。同時(shí)也使w的碳化物在560℃仍保持極為細(xì)小的尺寸．于是提供了二次硬化的能力。
由于對(duì)具進(jìn)行高速切削時(shí)，使用溫度大體在500—600℃還以上，故高速鋼實(shí)際上是一種熱強(qiáng)鋼，即高速鋼基體有一定的熱強(qiáng)性，而合金元素Cr、W、Mo在高溫下固溶強(qiáng)化效果顯著，使基體有一定的熱強(qiáng)性。這便是高速鋼含有大量的Cr、W、Mo等合金元素的目的。
此外，也應(yīng)指出，Cr的良好作用在于提高鋼的淬透性與耐磨性。Cr還能使高速鋼在切削過(guò)程中的抗氧化作用增強(qiáng)．形成較多致密的氧化股．并減少粘刀現(xiàn)象，從而使刃具的耐磨性與切削性能提高。
有些高速鋼中加Co元素可顯著提高鋼的紅硬性，如W2Mo10Cr4Co8〔美國(guó)M42）鋼在650～660℃時(shí)還具有很高的紅硬性。Co雖然不是碳化物形成無(wú)氟但在退火狀態(tài)下大部分Co處于a-Fe中．在碳化物MoC中仍有一定的溶解度；
可提高高速鋼的熔點(diǎn)，從而使淬火溫度提高，使奧氏體中溶解更多的W、 Mo、V等合金元素，可強(qiáng)化基體；Co可促進(jìn)回火對(duì)合金碳化物的析比還可以起減慢碳化物長(zhǎng)大的作用．因此Co可通過(guò)細(xì)化碳化物而使鋼的二次硬化能力和紅硬性提高；Co本身可形成CoW金屬間化合物，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效果，并能阻止其它碳化物聚集長(zhǎng)大。
圖中表示了不同含鉛量對(duì)高速鋼切削壽命、硬度及紅硬性的影響。
綜上所述．由于高速鋼的成分特點(diǎn)．便決定了高速鋼在一定的熱處理工藝條件下，具有淬透性好、耐磨性及紅硬性高的性能特點(diǎn)
（2）高速鋼的鑄態(tài)組織及其壓力加工。
高速鋼在成分上差異較大，但主要合金元素大體相同、所以其組織也很相似。以W18Cr4V鋼為例，當(dāng)鋼成接近平衡冷卻時(shí)。其在室溫下的平衡組織為榮氏體十珠光體十碳化物。但在實(shí)際生產(chǎn)中，高速鋼鑄件冷卻速度較快．得不到上述平衡組織，這樣．高速鋼的鑄態(tài)組織由魚(yú)骨狀菜氏體、黑色組織δ共析體及馬氏體加殘余奧氏體所組成。
高速鋼的鑄態(tài)組織中出現(xiàn)萊氏體．故又稱高速鋼為萊氏體鋼。
高速鋼鑄態(tài)組織中的碳化物含量多達(dá)18％一27％，且分布極不均勻。雖然鑄錠組織經(jīng)過(guò)開(kāi)還和軋制，但碳化物的不均勻性仍非常顯著。這種不均勻性對(duì)鋼的力學(xué)性能和工藝性能及所制工具的使用壽命均有很大影響。
(3）高速鋼的熱處理。
高速鋼的熱處理包括：機(jī)械加工前的球化退火處理和成形后的淬火回火處理。
①高速鋼球化退火。高速鋼鍛造以后必須經(jīng)過(guò)球化退火．其目的不僅在于降低鋼的硬度，以利于切削加工．而且也為以后的淬火做好組織準(zhǔn)備。另外，返修工件在第二次淬火前也要進(jìn)行球化退火．否則，第二次淬火加熱時(shí)，晶粒將過(guò)分長(zhǎng)大而使工件變脆。
②高速鋼淬火。高速鋼的熱處理工藝曲線如圖所示。高速鋼的淬火工藝比較特殊：即經(jīng)過(guò)兩次預(yù)熱、高溫淬火，然后再進(jìn)行三次高溫回火。
高速鋼淬火時(shí)進(jìn)行兩次預(yù)熱．其原因在于：①高速鋼中含有大量合金元素．導(dǎo)熱性較差、如果把冷的工件直接放人高溫爐中．會(huì)引起工件變形或開(kāi)裂，特別是對(duì)大型復(fù)雜工件則更為突出。②高速鋼淬火加熱溫度大多數(shù)在1200℃以上，如果先預(yù)熱．可縮短在高溫處理停留的時(shí)間，這樣可減少氧化脫碳及過(guò)熱的危險(xiǎn)性。
高速鋼第一次預(yù)熱溫度在600～650℃可烘干工件上的水分。第二次預(yù)熱溫度在800～820℃，使索氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可在較低溫度內(nèi)發(fā)生。
高速鋼中含有大量難溶的合金碳化物，淬火加熱溫度必須足夠高才可使合金碳化物溶解到奧氏體中．淬火之后馬氏體中的合金元素含量才足夠高．而只有合金元素含量高的馬氏體才具有高的紅硬性。圖中已經(jīng)表示出了淬火溫度對(duì)奧氏體（或馬氏體）內(nèi)合金元素含量的影響、由此可知，對(duì)高速鋼紅硬性影響最大的合金元素是W、Mo及V只有在1000℃以上時(shí)．其溶解量才急劇增加。溫度超過(guò)1300℃時(shí)，各元素溶解量雖然還有增加，但奧氏體晶粒則急劇長(zhǎng)大．甚至在晶界處發(fā)生熔化現(xiàn)象，致使鋼的強(qiáng)度、韌性下降。所以在下發(fā)生過(guò)熱的前提下，高速鋼淬火溫度越高．其紅硬性越民在生產(chǎn)中常以淬火狀態(tài)奧氏體晶粒的大小來(lái)判斷淬火加熱溫度是否合適．對(duì)高速鋼來(lái)說(shuō)．合適的晶粒度為9.5～10.5級(jí)。
淬火冷卻通常在油中進(jìn)行．但對(duì)形狀復(fù)雜、細(xì)長(zhǎng)桿狀或薄片零件可采用分級(jí)淬火和等溫淬火等方法。分級(jí)淬火后使殘余奧氏體量增加20％～30％，使工件變形、開(kāi)裂傾向減小，使強(qiáng)度、韌性提高。油淬及分級(jí)淬火后的組織為馬氏體十碳化物十殘余奧氏體。如圖所示。
等溫淬火也稱奧氏體淬火．也有人稱之為無(wú)變形淬火。等溫淬火和分級(jí)淬火相比．其主要淬火組織中除馬氏體，碳化物、殘余奧氏體外，還有了下貝氏體。等溫淬火可進(jìn)一步減小工件變形，并提高韌性。
最后應(yīng)提出，分級(jí)淬火的分級(jí)溫度停留時(shí)間一般不宜太長(zhǎng)，否則二次碳化物可能大量析出。等溫淬火所需時(shí)間較長(zhǎng)．隨等溫時(shí)間不同，所獲得貝氏作量不同，在生產(chǎn)中通常只能獲得40％的回氏體。而等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可大大增加殘余奧氏體量．這需要在等溫淬火后進(jìn)行冷處理或采用多次回火來(lái)消除殘余奧氏體。否則將會(huì)影響回火后的硬度及熱處理質(zhì)量。
③高速鋼回火。為了消除淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減少殘余奧氏體量、達(dá)到所需要的性能．高速鋼一般要進(jìn)行三次560℃的高溫回火處理。高速鋼的回火轉(zhuǎn)變比較復(fù)雜．在回火過(guò)程中馬氏體和殘余奧氏體發(fā)生變化，過(guò)剩碳化物在回火時(shí)不發(fā)生變化。
綜上所述，高速鋼在熱處理操作時(shí)．必須嚴(yán)格控制淬火加熱及回火溫度，淬火、回火保溫時(shí)間，淬火、回火冷卻方法。上述工藝參數(shù)控制不當(dāng)，易產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、萘狀斷口、硬度不足及變形開(kāi)裂等缺陷．
（4）高速鋼系列的演變。
目前國(guó)內(nèi)外高速鋼的種類約有數(shù)十種，按其所含含金元素的不同．可分為三個(gè)基本系列．即W系Mo系和W-Mo系等。W系高速鋼以W18Cr4V為例．W18Cr4V鋼具有很高的打硬性．可以制造在600℃以下工作的工具但在使用中發(fā)現(xiàn)W系高速鋼的脆性較大，易于產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，其主要原因是碳化物不均勻性較大所致、為此．相應(yīng)發(fā)展了Mo系高速鋼。從保證紅硬性角度看，Mo與W的作用相認(rèn)．Mo系高速鋼是以Mo為主要合金元素．常用鋼種有M1和M10（W2Mo8Cr4V和Mo8Cr4V2）。Mo系高速鋼具有碳化物不均勻性小和韌性較高的優(yōu)成但又存在兩大缺點(diǎn)．限制了它的應(yīng)用一是脫碳傾向性較大．故對(duì)熱處理保護(hù)要求較嚴(yán)：二是晶粒長(zhǎng)大傾向性較大．易于過(guò)熱，故應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度，淬火加熱溫度為 1175～1220℃（W系高速鋼淬火溫度為1250～1280℃）。
自50年代以來(lái)，又發(fā)展了特殊用途的高速鋼．包括
①高釩高速鋼。高釩高速鋼主要是為適應(yīng)提高耐磨性的需要而發(fā)展起來(lái)的．最早形成9Cr4V2鋼、為了進(jìn)一步提高鋼的紅硬性和耐磨性而形成了高碳高釩高速鋼，如W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3。增加V含量會(huì)降低鋼的可磨削性能使高釩鋼應(yīng)用受到一定限制。
通常含V約3%的鋼．尚可允許制造較復(fù)雜的刃具．而含V量為4％～5%時(shí)．則宜制造形狀簡(jiǎn)單或磨削量小的刃具。
②高鈷高速鋼。含Co高速鋼是為適應(yīng)提高紅硬性的需要而發(fā)展起來(lái)的。
在高 Co高速鋼中通常含有 Co5％～ 12%，如 W7Mo4Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。但隨著含Co量的增加．會(huì)使鋼的脆性及脫碳傾向性增大．故在使用及熱處理時(shí)應(yīng)予以注意．例如含Co10％的鋼已不適宜于制造形狀復(fù)雜的薄刃工具。
③超硬高速鋼.超硬高速鋼是為了適應(yīng)加工難切削材料（如耐熱合金等）的需要，在綜合高碳高釩高速鋼與高碳高鈷高速鋼優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來(lái)的。這種鋼經(jīng)過(guò)熱處理后硬度可達(dá)HRC68～70，具有很高的紅硬性與切屑性能。典型鋼種為美國(guó)的M42（W2Mol0Cr4VCo8）和M44（W6Mo5Cr4V2Co12）等。
（5）發(fā)揮高速鋼性能潛力的途徑：
①提高含碳量。近年來(lái)，世界各國(guó)都普通趨向提高高速鋼的含碳量，其目的是增加鋼中碳化物的含量．以獲得最大的二次硬化效應(yīng)。但含碳量過(guò)高會(huì)增加碳化物的不均勻性．使鋼的塑性、韌性下降．還會(huì)導(dǎo)致鋼的熔點(diǎn)降低．碳化物聚集長(zhǎng)大傾向性增大這對(duì)鋼的組織和性能不利。自70年代以來(lái)，人們提出用平衡碳理論（前面已講過(guò)）來(lái)計(jì)算高速鋼的最佳含碳量。
例如，W18Cr4V鋼含碳量為0.7％～0.8%按平衡假理論計(jì)算，其合碳量應(yīng)提高至0.9％～1.0%，淬火回火后其硬度才可達(dá)HRC67～68， 625℃回火時(shí)其紅硬性提高三個(gè)HRC讀數(shù)。
②進(jìn)一步細(xì)化碳化物。前已指出，細(xì)化碳化物可提高動(dòng)性、防止崩刃，是充分發(fā)揮高速鋼性能潛力的重要方法。除了在生產(chǎn)中采用鍛、軋方法外．還可采用以下措施．一是改進(jìn)冶煉、澆注工藝．以減少碳化物的偏析，如生產(chǎn)上采用電渣重溶可以顯著細(xì)化菜氏體共晶組織．改善鋼中碳化物的不均勻性。在澆注工藝上宜采用200一300kg的小錠．使鋼液凝固速度加快，以減少鋼錠中的宏觀液析。二是采用粉末冶金方法，從根本上消除菜氏體共晶組織．以徹底解決高速鋼中碳化物的不均勻性。采用這種方法可以得到極為細(xì)小的碳化物（＜ 1um），而且分布均勻。與普通方法生產(chǎn)的高速鋼相比．這種方法可提高鋼的韌性與紅硬性。但粉末冶金生產(chǎn)高速鋼的主要缺點(diǎn)是．成本高，質(zhì)量不穩(wěn)定。
③表面處理工藝的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高高速鋼的切削能力在淬火回火后還可進(jìn)行表面處理。例如，蒸汽處理、低溫氰化、軟氮化、硫氮共滲或采用硫氛共修一蒸汽處理的復(fù)合工藝等。如哈爾濱一工具廠采用蒸汽處理后可使鉆頭壽命提高20％左右。
應(yīng)該指出，高速鋼的表面處理是在最終熱處理后進(jìn)行的．故表面處理的溫度不應(yīng)超過(guò)回火溫度，以免使刀具軟化。同時(shí)因刃具已成形，故應(yīng)防止刃具發(fā)生變幾間）高速鋼的發(fā)展方向。在國(guó)外，通過(guò)研究已探索出新的合主化方案．當(dāng)前已在生產(chǎn)中形成初見(jiàn)成效的兩個(gè)方向；
①低碳高速鋼（M60～67）。這種鋼是采用含Co超硬高速鋼的合金成分．將碳量降至0.2％左右，通過(guò)滲碳及隨后的淬火、回火．使表層達(dá)到超高硬度（HRC70）故又稱滲碳高速鋼。
②無(wú)碳的時(shí)效型高速鋼。這種鋼是在高w高M(jìn)o的基礎(chǔ)上．加入15%以上的Co．甚至可高達(dá)25％的Co，經(jīng)固溶處理加時(shí)效以后．硬度可達(dá)HRC68～70，它的紅硬性比一般高速鋼高100℃、比含Co的超硬型高速鋼高50℃以上。經(jīng)L述處理后可使工具的切削性能、高溫強(qiáng)度及耐磨性發(fā)生重大變化。
1975年在法國(guó)的國(guó)際高速鋼會(huì)議上有人提出，含有低碳（約0.1％）高W（約20％）高鈷（25％）的高速鋼．在600一650℃回火時(shí)．拆出（Fe、Co)7W6型金屬問(wèn)他合物。當(dāng)溫度上升到650～670℃時(shí)，其硬度可達(dá)HRC68，在720℃回火時(shí)，硬度仍保持HRC60。
此類型的高速鋼切削鈦合金時(shí)．其壽命比W18Cr14V高出20～30倍。
對(duì)于目前正在使用的各種高速鋼．仍需進(jìn)一步研究各種合金元空（包括殘余元素和微量合金元素）的作用，以便進(jìn)一步提高其使用性能和工藝性能。
目前高速鋼的使用范圍已經(jīng)超出了切削工具范圍．已開(kāi)始在模具方面應(yīng)用。近年來(lái)多輥軋輥以及高溫彈簧、高溫軸承和以高溫強(qiáng)度、耐磨性能為主要要求的零件，實(shí)際上都是高速鋼可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域。
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