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高速工具钢介绍
发布者:顺华仪器 发布时间:2013/9/23 7:57:57 浏览:4331次 【字体:

【高速工具钢——介绍】

1740年英国亨茨曼(B.Huntsman)用坩埚法冶炼含碳0.751.5%的碳钢以切削熟铁???⊿铸铁和铜合金(切削速度≤5m/min)??。1868年英国马希特(R.F.Mushet)创造Mn-W系自硬钢(C2%,W7%,Mn2.5),切削低碳钢(切削速度≤8m/min)??。美国泰勒(F.W.Taylor)1898年创造接近熔点的高温淬火工艺,用于Cr-W系自硬钢,这是早期的高速钢,高速钢的发展见表1??。20世纪30年代涌现了硬质合金刀具,但高速钢工艺性能优越,尤其是强度和韧性匹配良好,用来制作复杂刀具???⊿薄刃和受冲击的刃具,是硬质合金难以比较的??。长期以来二者并列为最重要的刃具材料,粉末冶金高速钢涌现较晚,但将成为今后发展的一个重要方面??。

以钨???⊿钼???⊿铬???⊿钒,有时还有钴为重要合金元素的高碳高合金莱氏体钢,通常用作高速切削工具,简称高速钢,俗称锋钢??。

以类别???⊿性能???⊿用处 高速钢按所含合金元素可分为:

      钨系高速钢(W 918)

      钨钼系高速钢(W512%,Mo 26)

      高钼系高速钢(W 02%,Mo 510)??。

又可按含钒量的多少分为一般含钒量(V 12)和高含钒量(V 2.55%)??。任何高速钢如含钴 (Co 510)时,又归入钴高速钢??。

高速钢按用处可分为综合性通用型高速钢和特种用处高速钢两类??。通用高速钢广泛用于制作各种金属切削普通刀具(如钻头???⊿丝锥???⊿锯条)和精密刀具(如滚刀???⊿插齿刀???⊿拉刀)??。被切削材料一般硬度 HB300??。特种用处高速钢又可分为高钒高速钢,一般含钴高速钢和超硬型(洛氏HRC 6870)高速钢??。

高速钢重要用处是制作高速切削工具,除具有高硬度(一般大于洛氏HRC 63,高的可达HRC 6870,高耐磨性和足够韧性外,还要有在高速切削下刀刃不因发热而软化的耐热性??。耐热性通常用红硬性衡量,也就是在580650℃把钢先后加热4次,每次保温 1小时后空冷,然后在室温下测定其硬度值??。高速钢的韧性通常用弯曲强度和冲击值来衡量??。近年来,高速钢利用于制作冷作模具,在应用性能上重要请求有高的抗压屈服强度,高的耐磨性和高韧性,而对耐热性则请求不高,因此可采用较低的温度淬火??。

高速钢的合金元素重要有碳???⊿钨???⊿钼???⊿铬???⊿钒???⊿钴等,其作用分述如下:

碳:一般含碳量为0.701.65%,以保证足够的碳与各种碳化物形成元素相配合??。通常采用平衡碳(Cs)近似盘算公式求得最佳的二次硬化效果的含碳量:

Cs=0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.200V

式中Cs是假设W???⊿Mo???⊿Cr???⊿VC形成W2C(Fe4W2C)???⊿Mo2C(Fe4Mo2C)???⊿Cr26C6???⊿V4C3时碳与各元素的定比关系而定出的??。随着钢中含碳量逐渐接近Cs,二次硬化效果(硬度和红硬性)也逐步上升到最高值,而韧性则随之降落??。因此只在超硬高速钢中含碳量采用接近Cs的成分,为了保持通用型高速钢的高韧性,含碳量一般比Cs0.150.30%??。至于用于载荷较低的低合金高速钢,实际含碳量可能还超过Cs??。

钨和钼:

高速钢回火时产生二次硬化最基础的合金元素??。钨和钼作用类似,Mo的原子量约为W的一半,一般可用 1Mo代替2W??。高速钢中最重要的碳化物M6CM代表金属)是以Fe???⊿Mo???⊿W为主的复合碳化物,它在淬火时部分固溶,回火时又以M2C碳化物弥散析出,使钢强化,进步硬度和耐磨性,剩下未溶的M6C 化物(重要来自共晶碳化物)可禁止淬火加热时的晶粒长大和增长耐磨性??。含钼的高速钢铸态共晶碳化物网较细薄,易于加工破碎,散布较均匀,颗粒较小,热塑性和韧性也较高;但含钼的钢易脱碳,淬火过热敏感性也较大,而钨钢在此方面正与之相反??。因此钨和钼适当配合,能获得综合性能更好的钢种??。

铬:为保证钢的高淬透性,各种高速钢都含铬4%左右??。钢中形成以铁铬为主的M26C6碳化物,铬也可溶于M6CMC中形成合金碳化物,促使这些难溶碳化物淬火时较多地固溶??。使淬火马氏体具有足够的碳和合金元素,有利于回火时大批析出 M2CMC??。所以铬对二次硬化也有间接作用??。此外,含 4%铬对高速钢的抗氧化性起重要作用??。

钒:所有高速钢都含钒 1%以上??。碳化钒淬火加热时可部分固溶,回火时析出弥散的MC型碳化钒,有力地加强二次硬化作用;未溶的碳化钒有助于禁止淬火加热时晶粒长大,而且由于硬度极高,能明显进步钢的耐磨性;但降低了可磨削性??。高钒钢中如能采用措施细化一次碳化物MC的颗粒,可改良磨削性??。目前,最有效的措施是用雾化法快速冷却钢液得到合金粉末,制成粉末冶金高速钢,使一次碳化物得到细化??。

钴:钴本身不形成碳化物,其作用重要是增长回火时析出 MC???⊿M2C的形核率,减缓其凑集长大速度??。此外,钴可进步高速钢晶界融化温度,因而进步钢的淬火温度,使奥氏体内的合金度增大??。这些作用都有效地进步了高速钢的耐热性,但钴含量过高时也会降低钢的韧性??。

工艺性能:

工艺性能也是高速钢的重要指标??。首先,要有良好的热塑性,以便充分破碎共晶碳化物和加工成形;其次,要有低的退火硬度,以便在生产过程中进行冷成形和切削加工??。其他工艺性能如过热不敏感性,脱碳不敏感性,低的淬火变形性,在电阻焊和摩擦焊中与柄部碳钢联合的良好焊接性能等也很重要,尤其是磨削性,对于制作 复杂刀具是极其重要的??。

保证碳化物充分破碎???⊿细化并均匀散布(见图),历来是高速钢生产工艺和进步质量的要害问题??。为此,高速钢应采用低温浇铸工艺,选择良好锭型,并根据钢材规格选用足够大的压缩比??。中国自1965年以来采用扁锭生产高速钢,其优点为明显加快钢锭凝固速度,从而改良了钢材的碳化物不均匀度和低倍组织??。大尺寸钢材多采用电渣重熔钢锭??。锻造开坯???⊿轧制成材的工艺有利于进步质量??。高速钢的热加工温度???⊿变形量和退火制度,对钢材的热处理性能,尤其是对淬火后的晶粒度有明显的影响,须严加把持??。热加工中如终锻()温度过高,变形量不足或已经过一次淬火,但未经充分退火又进行第二次淬火,会涌现特别闪光的萘状断口,从而明显降低钢的韧性,使刀具脆崩??。近年来还采用快锻液压机开坯???⊿精锻机成材的新工艺??。

高速钢需通过特别的热处理才干获得所需的性能??。一般淬火温度均接近这种钢的融化温度,例如高钨钢为12701290,钨钼钢为12101240,高钼钢为11801210℃,一般采用540560℃回火三次,以得到二次硬化的最佳效果??。对韧性和红硬性有不同请求时,可适当调剂淬火温度??。

粉末冶金高速钢可保证碳化物渺小和均匀散布,对改良高碳高钒高速钢的磨削性???⊿改良热加工性,减少淬火变形以及供给碳化物质量优良的大尺寸钢材确有奇特 优点;可以生产出合金含量更高和切削能力较大的高速钢??。近年来高速钢刀具的真空热处理获得广泛利用;刀具的氧氮化???⊿碳氮氧共渗等表面化学热处理,也正在广泛采用,尤其是化学气相沉积法和物理气相沉积法的发展,可进一步进步刀具的应用寿命??。

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