高速钢种类及性能分析

高速钢是一种含钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）钒（V）等合金元素较高的合金工具钢。在熔炼与热处理过程中，部分合金元素与碳形成高硬度的碳化物，如WC、VC等，细化了晶粒，提高了合金的硬度和强度。高速钢具有较高的强度，在所有刀具材料中，其抗弯强度σ_bb和冲击韧度a_k最高。高速钢的抗弯强度是硬质合金的2～3倍，是陶瓷的5～6倍；淬火硬度可达62～70HRC；热硬性为600～700℃；切削中碳钢时，切削速度可达30m/min。经过仔细研磨，高速钢刀具钝圆半径可小于15μm，非常锋利，故也称“锋钢”，因其四面被磨得光亮而洁白又得名为“白钢”。

按其切削性能来分，高速钢可分为普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。几种常用高速钢的力学性能见表0-5。

表0-5 常用高速钢的种类、牌号及主要性能

注：M2、M42为AISI（American Iron and Steel Institute）牌号。

1.普通高速钢

普通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工。按其化学成分，普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。

（1）W18Cr4V

W18Cr4V属钨系高速钢。它含W18％、Cr4％、V1％（质量分数），是我国应用最多的高速钢。其具有较好的综合力学性能，可磨削性好，切削刃可刃磨得比较锋利（5～18μm），通用性较强，适于中等切削速度（v_c＜30m/min）下工作、形状复杂的刀具（如机用丝锥、车刀、钻头、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具）。其缺点是碳化物分布不均匀，强度和韧性显得不够，不宜做大截面的刀具，热塑性较差。另外，由于资源分布等原因，国外已用W6Mo5Cr4V2替代W18Cr4V。

（2）W6Mo5Cr4V2

W6Mo5Cr4V2是钨钼系高速钢的典型牌号。它是用Mo代替了一部分W（n_Mo∶n_W＝1∶1.45），其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，可用于制造大截面尺寸的刀具，特别是其热状态下塑性好，因而适合于制作加工轻合金、合金钢和碳素钢的热成形刀具，如热轧钻头和各种复杂刀具。

2.高性能高速钢(www.xing528.com)

通过调整普通高速钢的基本化学成分，或添加其他元素如V、Co、Al等提高其耐热性和耐磨性，以填补普通高速钢与硬质合金之间切削速度的空白（v_c＝50～100m/min）。高性能高速钢具有较高的生产率，刀具寿命长，主要有以下几种：

1）高碳高速钢。高碳高速钢中w（C）提高到0.9％～1.05％，使钢中的合金元素全部形成碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性和耐热性，但其强度和韧性略有下降。可用于制作形状较简单，而对耐磨性有特殊要求的刀具。

2）高钒高速钢。高钒高速钢中w（V）提高到3％～5％。由于碳化钒含量增加，提高了高速钢的耐磨性，一般用于切削高强度钢。但高钒高速钢刃磨比普通高速钢困难。

3）钴高速钢。它是在高速钢中加入钴，可提高钢的高温硬度和抗氧化能力，因此可以提高切削速度。其代表牌号为W2Mo9Cr4VCo8（M42），它的特点是综合力学性能在同类钢中居于前列，硬度高，可磨削性良好，可用于制造加工难切削材料（如高温合金、不锈钢、钛合金）的各种刀具。

4）铝高速钢。铝高速钢是我国独创的无钴高速钢。在高速钢中加铝增碳，可提高钢的耐热性和耐磨性，其综合力学性能均与国外高速钢M42相当。铝高速钢不含钴，成本较低，已逐渐推广使用，可用于制作拉刀、铣刀、滚刀、成形车刀等。但这种钢磨削性差，氧化脱碳倾向严重，热处理温度也较难控制。

3.粉末冶金高速钢

粉末冶金高速钢是采用高压惰性气体（如氩气）将高频感应炉熔炼的钢液雾化成细小的粉末，再经过高温高压制成钢坯，最后将钢坯锻轧成材或刀具形状的一种高速钢。

粉末冶金高速钢颗粒细小，有良好的各向同性，热处理变形小，可磨削性好，其强度和韧性比熔炼高速钢提高了2～3倍，硬度达到68～70HRC，可用于制作切削难加工材料的刀具及大尺寸复杂刀具（如滚刀、插齿刀）等，也适合制造精密刀具和断续切削的刀具。因粉末冶金高速钢的冶炼成本高，价格较贵，在国内使用得较少。

4.涂层高速钢

涂层高速钢是一种利用物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition）在韧性较好的高速钢基体上涂敷一薄层（约10μm）耐磨性高的难熔金属化合物的刀具材料。涂层高速钢既有基体的韧性又有涂层材料的硬度和耐磨性，近年来得到广泛应用，如TiN涂层（金黄色）钻头、齿轮刀具。近年来还开发了多涂层TiC-Al₂O₃-TiN，多元复合涂层TiCN、TAlN、Al-TiN，软硬组合涂层TiC/MoS₂（WS₂）（如钻头刃部涂TiC，螺旋沟部涂MoS₂（WS₂）），纳米涂层以及金刚石涂层技术。