高速钢.

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库

金属材料与热处理课程

高速钢

主讲教师：王仙萌

西安航空职业技术学院

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高速钢

用于高速切削且加入较多的合金元素的高合金刃具钢，简称高速钢。 高速钢自二十世纪初问世以来，由于它具有高硬度和耐磨性，高的热硬性和强度，良好的淬透性和一定韧性，所以应用非常广泛。 高速钢的主要特点是高速切削时，刀具温度升高到500℃~600℃时，它仍有良好的切削性能，故俗称“锋钢”。高速钢按所加入的主要合金元素可分为三类，即钨钼系、钨系、钒系高速钢。

W18Cr4V钢是我国目前应用最广的高速钢，其热硬性高,过热和脱碳倾向小, 但钢中碳化物偏析严重。主要制作中速切削刀具或结构复杂低速切削的刀具 ( 如拉刀、齿轮刀具等)。

W6Mo5Cr4V2钢由于加入钼元素，降低了碳化物的偏析程度，提高热塑性，同时钼的碳化物细小，故有较好的韧性。它与W18Cr4V钢相比，具有较高的弯曲强度和较好的冲击韧性，但这种钢过热敏感性较大，有氧化、脱碳倾向，热硬性略差，主要制作耐磨性和韧性配合较好的刃具,尤其适于制作热加工成型的薄刃刀具（如麻花钻头等)。

一、应用举例

以W18Cr4V高速钢制作齿轮滚刀为例，分析其热处理工艺规范。 技术要求：刃部硬度指标：63～65HRC。 （1）齿轮滚刀的加工工艺路线

下料→锻造→等温退火→粗加工→淬火、回火→精机加工→成品检验。 锻造、热处理工艺曲线（如图1所示）分析

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图1 高速工具钢（W18Cr4V钢）热处理工艺曲线 W18Cr4V高速钢含有多量的合金元素，E点显著左移，故其铸态组织中有莱氏体，且合金碳化物呈粗大鱼骨状，如图2所示。由于粗大鱼骨状的碳化物硬而脆，不能用热处理方法消除，必须采用反复锻打的方法将其击碎，使碳化物细化并均匀分布在基体上。

（a） （b） 图2 高速工具钢（W18Cr4V钢）铸态组织 等温退火的目的是消除内应力，改善切削加工性能，为淬火作好组织准备。退火后组织为索氏体和粒状合金碳化物（图3所示），硬度为207～255HB。

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图3 W18Cr4V高速钢退火后组织 淬火目的是获得含合金元素较多的合金马氏体和碳化物，最大限度地提高硬度、耐磨性和热硬性。由于高速钢导热性差，为减少淬火加热时的内应力，防止零件变形、开裂，必须采取分级预热，一般采取两次预热，第一次预热温度500℃~600℃，第二次预热温度800℃~850℃。对于截面小、形状简单的刀具也可采用一次预热方法（预热温度500℃~600℃）。为使钨、钼、钒尽可能多的溶入奥氏体, 以提高热硬性, 其淬火温度为1270℃~1280℃，采用油冷淬火或盐浴中分级冷却，其淬火组织为马氏体、粒状碳化物和残留奥氏体（20％~30％），如图4。

图4 W18Cr4V高速钢淬火组织 多次回火目的是显著减少残留奥氏体，提高硬度和热硬性，同时消除

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淬火内应力，稳定零件尺寸。W18Cr4V高速钢淬火后，在560℃加热时，从马氏体中析出弥散的特殊碳化物形成“弥散硬化”, 提高了钢的硬度（图5）, 同时从残留奥氏体中析出弥散的合金碳化物，使残留奥氏体中的碳和合金元素含量降低，Ms点歌升高，在随后的冷却过程中残留奥氏体转变为马氏体，故回火后硬度不仅没有降低，反而有所升高。为了将残留奥氏体量减少到最低，一般应进行三次回火，使残留奥氏体量从20％~30％减少到1％~2％。高速工具钢正常淬火、回火后的组织为回火马氏体、合金碳化物和少量残留奥氏体，如图6，硬度为63～65 H RC。

图5 W18Cr4V高速钢硬度与回火温度关系 图6 W18Cr4V高速钢淬火、回火 金属材料与热处理课程