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2024.02.20

刀具材料-高速钢及其性能

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  高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢,又名风钢或锋钢,意思是其在空气中冷却也能达到很好的淬火硬化效果,并且很锋利。高速钢的热处理工艺较为复杂,必须经过退火、淬火、回火等一系列工艺。高速钢是一种成分复杂的钢种,含碳的质量分数一般在0.70%~1.65%。含合金元素的质量分数较多,总量可达10%~25%。按切削性能可分为普通高速钢与高性能高速钢。普通高速钢有:钨系高速钢和钨钼系高速钢;高性能高速钢有:高碳高速钢、铝高速钢、钴高速钢和高钒速钢。按制造方法不同还可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。高速钢的性能:

  1、普通高速钢

  1)钨系高速钢。钨系高速钢是我国应用最多的高速钢,它具有较好的综合性能,有较高的常温硬度、强度、韧性和耐热性,通用性较强,常用于钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥等复杂刀具的制造。但其强度随横截面尺寸变大而下降较多。

  2)钨钼系高速钢。综合性能与钨系相近,但碳化物晶粒更小、分布更均匀,故强度和韧度好于钨系高速钢,可用于制造大截面尺寸的刀具,特别是热状态下塑性好,适于制造热轧刀具(如热轧钻头)。其主要缺点是热处理时脱碳倾向大,易氧化,淬火温度范围较窄。

高速钢图片

  2、高性能高速钢

  1)高碳高速钢。使用于制作耐磨性要求高的铰刀、锪钻和丝锥等刀具,也可用于切削奥氏体不锈钢。但钢中含碳的质量分数的增加使淬火残留奥氏体增多,需要增加回火次数,同时韧性降低,不能承受大的冲击。

  2)铝高速钢。因含钒量多,其磨削加工性较差,而过热敏感性强,氧化脱碳倾向较大,使用时要严格掌握热处理工艺。

  3)钴高速钢。高速钢中加入钴,可提高钢的热稳定性、常温和高温硬度及抗氧化性,改善高速钢的导热性,降低摩擦因数,从而提高切削速度,适合于制造加工高温合金、钛合金及其他难加工材料的高速钢刀具。由于我国钴资源有限,目前生产和使用不多。

  4)高钒高速钢。由于形成大量高硬度、耐磨的碳化钒弥散在钢中,提高了高速钢的耐磨性,且能细化晶粒和降低钢的过热敏感性,适合于加工硬橡胶、塑料等对刀具磨损严重的材料。对于低速、薄切屑、精加工刀具,如拉刀、铰刀和丝锥等,高钒高速钢具有较长的寿命。其主要缺点是磨削加工性差。

  5)粉末冶金高速钢。粉末冶金高速钢的碳化物相比于熔炼高速钢的晶粒细小,并且分布均匀,它避免了熔炼高速钢的碳化物偏析,其强度、韧性相比于熔炼高速钢有很大提高,而且能保证各向同性,热处理时内应力和变形小,可以用它制造熔炼高速钢无法制造的合金元素高的刀具,适合制造各种精密和复杂刀具以及大型拉刀和齿轮刀具等,特别是切削时受冲击载荷的刀具效果更好,但是其成本比普通高速钢高出很多。

  随着硬质合金刀具的性能不断提高,发展了许多新品种,逐渐占据着高速钢刀具的市场份额。随着高速钢材料中的一些主要元素如钨的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,因此高速钢面临严峻的发展危机。尽管高速钢刀具在全世界的销售额不断减少,但是高性能的钴高速钢和粉末冶金高速钢的使用量却在不断增加,主要用于钛合金等难加工材料的切削。它们相对于普通的高速钢有更好的耐磨性、热硬性和使用的可靠性,尤其是粉末冶金高速钢的性能更好,甚至在综合评价中优于硬质合金刀具。


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