（1）材料的特性
W18Cr4V钢是W系高速工具钢。该钢具有高强度、高抗压性、高热稳定性和高硬度及高温硬度，该钢的热硬性很高，耐磨性较好，耐回火性好，淬硬深度大，承载能力居各种模具钢之首。但韧性、可加工性和导热性较差，淬火不变形性中等。该钢成本高、制造工艺不佳，热处理工艺复杂、淬火、回火以后的零件变形难以控制。但在使用中发现该钢脆性较大，易产生崩刃现象，其主要原因是碳化物不均匀性较大。
高速钢锻造以后必须经过球化退火，有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。
冷压毛坯软化处理工艺，采用上限温度加热，分段等温，再附加等温回火过程。
高速钢在淬火时要进行两次预热，原因在于高速钢中含有大量合金元素，导热性较差，以免引起工件变形或开裂，特别是大型复杂工件则更为突出。通过事先预热，可缩短在高温处理停留的时间，减少氧化脱碳及过热的危险性。
高速钢的淬火工艺比较特殊，即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。生产中必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火保温时间，淬火、回火冷却方法。如果控制不当，易产生过热、过烧、萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。油韧性处理可提高该钢的塑性。
第一次预热可烘干工件上的水分，第二次预热可使索氏体向奥氏体的转变在较低温度内发生。
高速钢中含有大量难溶的合金碳化物，淬火加热时，温度必须足够高，才可使合金碳化物溶解到奥氏体中，淬火之后马氏体中合金元素的含量才足够高，钢才会具有高的热硬性。对高速钢热硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V，只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加。当温度≥1300℃时，各元素的溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界处发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。对高速钢来说，合适的晶粒度为9.5～10.5级。
淬火温度对该钢的性能影响较大，淬火温度上升，则耐磨性、抗压性、热稳定性提高，钢的韧性随温度的下降而增高。1230～1250℃淬火加热出现抗弯强度的峰值，在550～570℃回火后具有最佳的综合力学性能。表面脱碳层还明显地加剧该钢淬裂和磨裂敏感倾向。
淬火冷却通常在油中进行，但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残留奥氏体的体积分数增加20%～30%，使工件变形、开裂倾向减小，强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体。等温淬火以后，与分级淬火相比，其主要淬火组织中除马氏体、碳化物、残留奥氏体外，还含有下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形，并提高韧性。
进行分级淬火时，如果在分级温度停留时间过长，就可能会大量析出二次碳化物。等温淬火所需时间一般较长，随等温时间不同，所获得的贝氏体数量不同，在生产中通常只能获得体积分数为40%的贝氏体，而等温时间过长可显著增加残留奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来消除残留奥氏体，否则将会影响回火后钢的硬度及热处理质量。
为了消除淬火应力、稳定组织、减少残留奥氏体量、达到所需要的性能，高速钢一般要进行三次560℃的高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂。在回火过程中马氏体和残留奥氏体发生变化，过剩碳化物在回火时不发生变化。
（2）供货状态
退火态温度≤255HBW，其他加工状态硬度≤269HBW。
（3）化学成分
根据标准YB/T 4146—2006，该钢的化学成分（质量分数）：C0.70%～0.80%、Si≤0.40%、Mn≤0.40%、Cr3.80%～4.40%、W17.50%～19%、V1.00%～1.40%。
（4）参考对应牌号
中国GB标准牌号W18Cr4V、中国台湾CNS标准牌号SKH2、俄罗斯ГОСТ标准牌号P18、德国DIN标准材料编号1.3355、德国DIN标准牌号S18-0-1、英国BS标准牌号BT1、法国AFNOR标准牌号Z80WCV、法国NF标准牌号18-04-01、意大利UNI标准牌号X75W18KU、西班牙UNE标准牌号HS18-0-1、日本JS标准牌号SKH2、美国AISI/SAE标准牌号T1、瑞典SS标准牌号2750、美国UNS标准牌号T12002、韩国KS标准牌号SKH2、国际标准化组织（ISO）牌号HS18-0-1。
（5）临界点温度（近似值）
Ac1=820℃、Ac3=1330℃、Ar1=760℃。
（6）软化退火规范
退火温度860～880℃，保温2h，再以20～30℃/h的冷速随炉冷却到500～600℃，硬度≤227HBW。
（7）冷压毛坯软化处理规范
（880±10）℃×3～4h，降温到（770±10）℃×6～8h，再降温到（750±10）℃×2～3h，缓冷到≤650℃，出炉空冷。处理前硬度≤255HBW，处理后硬度≤229HBW。
（8）普通退火规范
840～860℃×2～3h，以20～30℃/h的冷速冷却至730℃×5～6h等温，随炉冷却到500～600℃，出炉空冷。
退火周期很长，时间达20～40h或者10～25h。
（9）等温球化退火规范
850～870℃×3～4h，炉冷740～760℃×4～5h，硬度≤241HBW，共晶碳化物等级≤3级。
（10）等温退火规范
退火温度860～880℃，保温2h，炉冷至740～760℃，保温2～4h，再炉冷至500～600℃，出炉空冷，硬度≤255HBW。
（11）快速退火规范
工件随炉升温到600～650℃，以20～40℃/h的加热速度继续升温至880～900℃，保温0.1～0.3h，再以40～60℃/h的冷却速度炉冷至780～800℃，然后按30～40℃/h的冷却速度炉冷至600～650℃，出炉空冷。
快速退火可代替常规退火工艺用于高速钢铸造毛坯、焊接毛坯和返修工具淬火前的退火，显著缩短热处理周期，减少能耗，提高工具的使用寿命20%～30%。
（12）循环退火规范
退火温度上限为840℃，退火温度下限为680℃，经三次循环退火。钢棒直径为ϕ20mm时，加热时间为10min。
循环退火可代替普通等温退火，对模具毛坯进行预先热处理，可缩短加热保温时间，细化奥氏体晶粒，改善组织，提高钢的强度、韧性和高速钢焊接工具的强度，有利于消除淬火过热，防止晶粒异常长大和形成萘状组织，有利于减少淬火变形和提高性能。
（13）油韧性处理规范
退火以后加热到（740±10）℃，回火后油冷，硬度100HRB，冲击韧度21.2J/cm2。
（14）普通淬火、回火规范
淬火温度1200～1240℃，油冷，硬度≥60HRC，回火温度560～580℃。
（15）模具钢淬火、回火规范
预热温度850℃，保温时间24s/mm，淬火温度1260～1300℃，保温时间12～15s/mm，油冷，回火温度560℃，回火三次，每次1h，空冷，淬火、回火后硬度≥62。
用作冷作模具钢时，淬火温度1200～1240℃，保温时间15～20s/mm。
（16）低温淬火加回火规范
预热温度：第一次低温（560±10）℃，第二次中温800～850℃，转入高温盐浴中加热，加热温度1250～1260℃，加热时间按10s/mm计算，保温后入（280±30）℃硝盐浴，停留2～5min，空冷到室温，然后在（560±10）℃连续回火三次，每次1.5～2h，硬度62～64HRC。
（17）真空淬火、回火规范
1）预热温度：第一次500～600℃，第二次800～850℃，真空度0.1Pa，淬火温度1000～1100℃，真空度1～10Pa，油或N2气冷却，回火温度180～220℃，硬度58～62HRC。
2）预热温度：第一次500～550℃，第二次800～820℃，真空度0.1Pa，淬火温度1240～1300℃，真空度1～10Pa，油或N2气冷却，回火温度540～600℃，硬度62～66HRC。
（18）气体渗氮和气体氮碳共渗规范
1）技术要求：硬度＞1000HV，渗层深度0.03～0.05mm，渗氮温度540℃，气体比例：氨气30%，载气（RX气）70%，氨分解率30%～40%，保温时间3h。用于冷挤模、冲裁模。
2）技术要求：硬度＞1000HV，渗层深度0.05～0.07mm，渗氮温度540℃，气体比例：氨气40%，载气（RX气）50%，氨分解率30%～40%，保温时间5h。用于拉深模、弯曲模。
（19）气体氮碳共渗+去氢处理
1）在RJJ-35-9T井式电炉中进行模具氮碳共渗：560℃×4.5～5.0h，NH30.45～0.6m3/h，甲醇60～70滴/min，出炉油冷。(www.xing528.com)
2）去氢处理：250～300℃×2h，氮碳共渗层深度≥0.08mm，表面硬度950HV0.1，心部硬度60～62HRC。
（20）冷挤凸模高温、等温淬火+高温回火规范
预热温度800～850℃，保温时间8min，淬火温度（1260±5）℃，保温时间4min，分级淬火，（280±10）℃×3h等温淬火处理；（560±10）℃×90min×3次回火，空冷。
（21）滚丝模推荐热处理工艺
840～860℃预热，保温时间按40s/mm计算，1220～1240℃加热，加热时间按20s/mm计算。先于580～620℃分级（按20s/mm计算），再入260～280℃硝盐中等温2.5h，580～585℃×1h+550℃×1h×2次回火。硬度61～62HRC。
（22）强韧化热处理规范
600℃预热，840～860℃预热，保温时间按30s/mm计算；1200℃加热，加热时间按8～15s/mm计算。550～570℃等温（按30s/mm计算），空冷，550℃×1h×3次回火。硬度59～61HRC。
（23）贝氏体等温淬火
810～830℃预热，保温时间按20s/mm计算，1230～1250℃加热，加热时间按10～15s/mm计算；淬入810～830℃盐浴中5～8s，在260～300℃等温3h，空冷至室温，（560±10）℃×1.5h×4次回火。硬度62HRC。
（24）低温淬火+高温回火
850～860℃预热，保温时间按30～40s/mm计算，盐浴炉加热，淬火温度1240～1250℃，保温时间按6～10s/mm计算，盐浴冷却温度580～620℃，保温2h，580～590℃×1h，550℃×1h×2次回火。硬度62～62.5HRC。
（25）冲孔模增碳淬火规范
选用粒度5～10mm的木炭，加入Na2CO3（木炭与Na2CO3比例为9∶1）充分混合，将冲模直接插入渗碳箱内，密封后于500℃入炉，升温至820℃保温1h，然后加热至1000℃保温2h。
最后加热至1150～1160℃，短时保温，开箱淬入热油，在200℃左右出炉（出油时掌握工件只能冒烟不燃烧），带温于560℃进行90min三次回火。其淬火工艺如图17所示。
（26）典型应用举例
1）冷挤压冲头，重载冷镦冲头，中、厚（10～25mm）钢板冲孔冲头，直径＜5～6mm的小冲头。
2）用于各种冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强钢板的中、小型冲头。
3）用于制作钢件冷挤压凸模时，硬度选用62～64HRC。
图17 高速钢增碳淬火工艺
4）用于制作挤压温度＞400℃的温挤压模中的凸、凹模时，硬度分别选用60～62HRC、62～64HRC。
5）用于制作不锈钢拉深模的凸模，要求硬度选用62～64HRC。
6）用于制作铝件冷挤压模，凸模硬度推荐选用60～62HRC，凹模硬度推荐选用62～64HRC。
7）用于制作铜件冷挤压模凸模，推荐选用硬度62～64HRC。
8）采用Cr6WV、Cr12MoV、Cr12等钢制作的冲头，硬度为61～66HRC，其使用寿命仅数十件，就呈现镦粗以后的断裂失效，在改用W18Cr4V高速钢制作冲头以后，其使用寿命高于3000次。
9）粉末冶金压模和各种小型高使用寿命冷冲剪工具等。
10）可以用于制作在≤600℃工作的模具、工具。
11）冷镦M10～M24螺母的五工序冲孔冲针，使用寿命较低，采用强韧化热处理规范，每件冲针可冲孔1.3万件以上。
12）该钢用于制作冲制电池锌筒的冲棒，采用常规淬火、回火工艺，每根冲棒只能冲2万支，而改用低温淬火+回火+气体氮碳共渗工艺后，单头可冲6万支以上，双头可冲10万支以上，比常规工艺处理的冲棒提高使用寿命3～5倍。
13）冷挤凸模采用高温淬火等温+高温回火规范，模具使用寿命有过去的几百件提高到3万件以上。
14）对W18Cr4V钢冷挤压启动机齿轮模具，采用贝氏体等温淬火，模具使用寿命由几百件提高到几千件。
15）W18Cr4V钢冷挤压凸模经1280℃加热，在260℃硝盐中等温4h，再空冷，并进行正常回火三次。凸模硬度为62～64HRC，贝氏体约55%（体积分数），马氏体35%（体积分数）。凸模使用寿命可提高1～2倍。
16）低温淬火+高温回火用于12000kW发电机磁轭方推刀的热处理，该模具截面尺寸（45mm×70mm）～（45mm×70mm），长度320～600mm，切削部分硬度60～64HRC，导向部分长度为80～100mm，硬度40～45HRC。淬火过程中，预热时导向部分朝上，将整个工件浸入盐浴中，淬火加热时，导向部分露出盐浴。
17）用于高速耐热耐磨刃具、模具、轧辊。
18）用于整体淬硬型塑料模具。
19）冲模经增碳淬火处理后，表面碳的质量分数增至0.9%～1.0%，使用寿命比未经增碳处理的冲模提高一倍。
图17 高速钢增碳淬火工艺
4）用于制作挤压温度＞400℃的温挤压模中的凸、凹模时，硬度分别选用60～62HRC、62～64HRC。
5）用于制作不锈钢拉深模的凸模，要求硬度选用62～64HRC。
6）用于制作铝件冷挤压模，凸模硬度推荐选用60～62HRC，凹模硬度推荐选用62～64HRC。
7）用于制作铜件冷挤压模凸模，推荐选用硬度62～64HRC。
8）采用Cr6WV、Cr12MoV、Cr12等钢制作的冲头，硬度为61～66HRC，其使用寿命仅数十件，就呈现镦粗以后的断裂失效，在改用W18Cr4V高速钢制作冲头以后，其使用寿命高于3000次。
9）粉末冶金压模和各种小型高使用寿命冷冲剪工具等。
10）可以用于制作在≤600℃工作的模具、工具。
11）冷镦M10～M24螺母的五工序冲孔冲针，使用寿命较低，采用强韧化热处理规范，每件冲针可冲孔1.3万件以上。
12）该钢用于制作冲制电池锌筒的冲棒，采用常规淬火、回火工艺，每根冲棒只能冲2万支，而改用低温淬火+回火+气体氮碳共渗工艺后，单头可冲6万支以上，双头可冲10万支以上，比常规工艺处理的冲棒提高使用寿命3～5倍。
13）冷挤凸模采用高温淬火等温+高温回火规范，模具使用寿命有过去的几百件提高到3万件以上。
14）对W18Cr4V钢冷挤压启动机齿轮模具，采用贝氏体等温淬火，模具使用寿命由几百件提高到几千件。
15）W18Cr4V钢冷挤压凸模经1280℃加热，在260℃硝盐中等温4h，再空冷，并进行正常回火三次。凸模硬度为62～64HRC，贝氏体约55%（体积分数），马氏体35%（体积分数）。凸模使用寿命可提高1～2倍。
16）低温淬火+高温回火用于12000kW发电机磁轭方推刀的热处理，该模具截面尺寸（45mm×70mm）～（45mm×70mm），长度320～600mm，切削部分硬度60～64HRC，导向部分长度为80～100mm，硬度40～45HRC。淬火过程中，预热时导向部分朝上，将整个工件浸入盐浴中，淬火加热时，导向部分露出盐浴。
17）用于高速耐热耐磨刃具、模具、轧辊。
18）用于整体淬硬型塑料模具。
19）冲模经增碳淬火处理后，表面碳的质量分数增至0.9%～1.0%，使用寿命比未经增碳处理的冲模提高一倍。
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