高速钢简介

　　高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。其它许多钢在进行淬火时，当材料被加热到完全奥氏体的相变温度以后，必须放入水或其它介质中急速冷却以得到坚硬的“马氏体”组织，如果冷却速度慢了（例如在空气中冷却），就会变成较软的珠光体、渗碳体等组织，硬度就会比较低，而高速钢在加热到“奥氏体”组织后即使在空气中冷却，也会得到“马氏体”组织，即高速钢能够在“风”中淬硬，它“风钢”的名称由此而来。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素。合金元素总量达10～25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约600℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。
　　现在有些人对“高速钢”这个名字有些不解，因为它的速度比起眼下流行的硬质合金来要低许多。但就高速钢诞生的时候，它的速度的确比原有的刀具材料高很多。
　　高速钢刀具材料主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物（碳化钨、碳化钼或碳化钒），它赋予刀具较好的耐磨性；二是分布在周围的钢基体，它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。碳化钨（WC）在大幅度提高高速钢切削速度方面的贡献是决定性的，这一发现对于以后硬质合金的发明也具有奠基石的作用。如今我们大量使用的钨基硬质合金，其主要的硬质相（对刀具硬度、耐磨性起决定作用的成分）依然是碳化钨。
　　高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，提高淬火温度可以增加钢的红硬性，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1220～1250℃，后油冷。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。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三个项目。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。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别十分重视。而经过锻打的高速钢材料中的碳化物组织更均匀、更细化地分布，从而大大的提高了高速钢材料的综合性能，如：冲击韧性、抗疲劳强度等。因此与同等硬度的高速钢相比，经过锻打的高速钢材料可有效地提高材料韧性，使用寿命也就更加长久，综合性能有了大幅度的提升。
　　自二十世纪初发现高速钢以来，对现代工业发展起到了重要作用。可以说没有高速钢，就没有现代的金属加工业。尽管六十年代起，硬质合金等材料崛起，但是对于制造形状复杂、磨削困难的刀具，如拉刀、剃齿刀、插齿刀等，高速钢始终处于主导地位。特别是要求刀具具备高韧性时，就非高速钢莫属了。20世纪中叶以后，科学技术迅速发展，各种难加工材料不断涌现，通用高速钢的性能已不复使用，于是高性能高速钢和粉末冶金高速钢相继出现，使高速钢刀具材料的性能得到了很大提高。因为高速钢刀具的综合性能好，可加工性优于其他刀具材料，各种刀具都可用高速钢制作，加上它的性能不断提高，故至今仍是用得最多的刀具材料之一。
　　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。
　　普通高速钢 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。
　　钨钼系高速钢：典型牌号为W6Mo5Cr4V2(美国牌号M2,国内俗称W6)，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、锯片等，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(无国际牌号,国内俗称W9)，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。
　　另一牌号的普通高速钢为W5Mo2Cr4V(无国际牌号,国内俗称W5)，这是06年发展起来的新品种。强度及热塑性略低于W9Mo3Cr4V，硬度为HRC62-63，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。
　　高性能高速钢 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。
　　高碳系高速钢：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。用其制造的刀具在切削不锈钢、耐热合金等难加工材料时,寿命显著提高,但其抗弯强度为3000MPa,冲击韧性较低，热处理工艺要求严格。
　　高钒系高速钢：牌号有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美国牌号M3)，含钒量达3-4%，使耐磨性大大提高，但随之带来的是可磨性变差。高钒系高速钢的使用及发展还需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展。
钴高速钢：
　　a、牌号有W6Mo5Cr4VCo5(美国牌号M35,国内俗称W6+钴)。钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度来提高耐磨性。这种高速钢硬度、热硬性、耐磨性及可磨性都很好，热处理硬度可达65-67HRC。
　　b、牌号有W2Mo9Cr4VCo8(美国牌号M42)。其特点为：含钒量不高(1%)，含钴量高(8%)，热处理硬度可达67-70HRC，但也有采取特殊热处理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特别是间断切削)得到改善，提高冲击韧性。钴高速钢可制成各种刀具，用于切削难加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制成复杂刀具，国际上用得很普遍。但中国钴资源缺乏，钴高速钢价格昂贵。
　　铝高速钢：牌号为W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入铝(Al) 、硅(Si)、铌(Nb)元素，来提高热硬性、耐磨性。适合中国资源情况，价格较低。热处理硬度可达到68HRC，热硬性也不错。但是这种钢易氧化及脱碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改进。
　　注：国际市场上高性能高速钢使用量已经超过普通高速钢25-30%。按照通常的国际标准，只有含钴量在2%以上的高速钢才称为高性能高速钢，代号为HSS-E。其它如铝高速钢等，虽然性能较普通高速钢有所提高，但尚未有证据表明可以达到钴高速钢的同等性能。
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