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高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜,必須經(jīng)過淬火

發(fā)布時(shí)間: 2021-12-29  點(diǎn)擊次數(shù): 4734次
高速鋼(HSS)是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼,又稱高速工具鋼或鋒鋼,俗稱白鋼。高速鋼是美國的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創(chuàng)制的。
高速鋼的工藝性能好,強(qiáng)度和韌性配合好,因此主要用來制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具,也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。除用熔煉方法生產(chǎn)的高速鋼外,20世紀(jì)60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼,它的優(yōu)點(diǎn)是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機(jī)械性能降低和熱處理變形。

發(fā)展歷史

編輯 播報(bào)
1898年,美國機(jī)械與管理工程師泰勒(TaylorF.W.)和冶金學(xué)家懷特(WhiteM.)研制發(fā)明了高速鋼,并作了系統(tǒng)切削試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)他們確定的高速鋼成分為C-0.67%,W-18.91%,Cr-5.47%,Mn-0.11%,V-0.29%,F(xiàn)-余量,與后來的W18Cr4V成分很接近。高速鋼刀具可用30m/min的速度切削鋼材,其效率比過去用的碳素工具鋼和合金工具鋼提高了好幾倍,為美國當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)贏得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好,由于麻花鉆熱軋工藝的需要,后來研制成功了W6Mo5Cr4V2高速鋼,此外,還有W9Mo3Cr4V。這三種高速鋼的切削性能和力學(xué)性能近似,稱為通用型。
20世紀(jì)中葉以后,科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,各種難加工材料不斷涌現(xiàn),通用高速鋼的性能已不復(fù)使用,于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn),使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。
高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜,必須經(jīng)過淬火、回火等一系列過程。淬火時(shí)由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800~850℃預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力),然后迅速加 熱到淬火溫度1190~1290℃(不同牌號(hào)實(shí)際使用時(shí)溫度有區(qū)別),后由冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱,現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體,影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變,進(jìn)一步提高硬度和耐磨性,一般要進(jìn)行2~3次回火,回火溫度560℃,每次保溫1小時(shí)。
生產(chǎn)制造方法:通常采用電爐生產(chǎn),曾采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼,使碳化物呈極細(xì)小的顆粒均勻地分布在基體上,提高了使用壽命。
用途:用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機(jī)用鋸條及要求高的模具等。

規(guī)格成分

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規(guī)格和外觀

規(guī)格主要有圓鋼和方鋼、板材。鋼材的表面要加工良好,不得有肉眼可見的裂紋、折疊、結(jié)疤和發(fā)紋。冷拔鋼材表面應(yīng)潔凈、光滑、無夾雜和氧化皮等。

化學(xué)成分

中國國標(biāo)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中主要鋼號(hào)的化學(xué)成分如表 6—7—24。
中國國標(biāo)(第一行、第二行)與日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中國國標(biāo)(第一行、第二行)與日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
高速鋼是一種復(fù)雜的鋼種,含碳量一般在0.70~1.65%之間。含合金元素量較多,總量可達(dá)10~25%。
按所含合金元素不同可分為:
①鎢系高速鋼(含鎢 9~18%);
②鎢鉬系高速鋼(含鎢5~12%,含鉬2~6%);
③高鉬系高速鋼(含鎢0~2%,含鉬5~10%);
④釩高速鋼,按含釩量的不同又分一般含釩量(含釩 1~2%)和高含釩量(含釩2.5~5%)的高速鋼;
⑤鈷高速鋼(含鈷 5~10%)。
按用途不同高速鋼又可分為通用型和特殊用途兩種。
①通用型高速鋼:主要用于制造切削硬度HB≤300的金屬材料的切削刀具 (如鉆頭、絲錐、鋸條)和精密刀具(如滾刀、插齒刀、拉刀),常用的鋼號(hào)有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
②特殊用途高速鋼:包括鈷高速鋼和超硬型高速鋼(硬度HRC68~70),主要用于制造切削難加工金屬(如高溫合金、鈦合金和高強(qiáng)鋼等)的刀具,常用的鋼號(hào)有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

通用鋼

鋼號(hào):W18Cr4V(W18)
硬度HRC:62-65
抗彎強(qiáng)度/GPa:3.0-3.4
沖擊韌性/(MJm2):0.18-0.32
600℃時(shí)的硬度HRC:48.5
特點(diǎn):強(qiáng)度較好,可磨性好,可用普通鋼玉砂輪磨削,耐熱性中等,熱塑性差
主要用途:通用性強(qiáng),廣泛用于制造鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀、齒輪刀具及拉刀等。

高性能鋼

鋼號(hào):W6Mo5Cr4V2(M2)
硬度HRC:63-66
抗彎強(qiáng)度/GPa:3.5-4.0
沖擊韌性/(MJm2):0.30-0.40
600℃時(shí)的硬度HRC:47-48
特點(diǎn):強(qiáng)度高,熱塑性好,耐熱性、可磨性稍次于W18Cr4V,可用普通鋼玉砂輪磨削
主要用途:適用于制作熱成形刀具和承受沖擊、結(jié)構(gòu)薄弱的刀具
鋼號(hào):W14Cr4VMnRE
硬度HRC:64-66
抗彎強(qiáng)度/GPa:約4.0
沖擊韌性/(MJm2):約0.31
600℃時(shí)的硬度HRC:50.5
主要用途:切削性能與W18Cr4V相當(dāng),適于制作熱軋刀具。
又名風(fēng)鋼或鋒鋼,又稱白鋼。意思是淬火時(shí)即使在空氣中冷卻也能硬化,并且很鋒利。它是一種成分復(fù)雜的合金鋼,含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。合金元素總量達(dá)10~25%左右。它在高速切削產(chǎn)生高熱情況下(約500℃)仍能保持高的硬度,HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性——紅硬性。而碳素工具鋼經(jīng)淬火和低溫回火后,在室溫下雖有很高的硬度,但當(dāng)溫度高于200℃時(shí),硬度便急劇下降,在500℃硬度已降到與退火狀態(tài)相似的程度,*喪失了切削金屬的能力,這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好,彌補(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn),可以用來制造切削工具。
高速鋼一般不做抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn),而以金相、硬度檢驗(yàn)為主。
鎢系和鉬系高速鋼經(jīng)正確的熱處理后,洛氏硬度能達(dá)到63以上,鈷系高速鋼在65以上。鋼材的酸浸低倍組織不得有肉眼可見的縮孔 、翻皮。中心疏松,一般疏松應(yīng)小于1級(jí)。
金相檢驗(yàn)的內(nèi)容主要包括脫碳層、顯微組織和碳化物不均勻度3個(gè)項(xiàng)目。
1.高速鋼不應(yīng)有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。
2.高速鋼中碳化物不均勻度對(duì)質(zhì)量影響最大,冶金和機(jī)械部門對(duì)碳化物不均勻度的級(jí)別 十分重視。根據(jù)鋼的不同用途可對(duì)碳化物不均勻度提出不同的級(jí)別要求,通常情況下應(yīng)小于3級(jí)。
3.用高速鋼制造切削工具,除因其具有高硬度、高耐磨性和足夠的韌性之外,還有一個(gè)重要因素是具有紅硬性。(紅硬性是指刀具在高速切削時(shí),刀刃在紅熱狀態(tài)下抵抗軟化的能力。)
一種衡量紅硬性的方法是先把鋼加熱至580~650℃,保溫1小時(shí),然后冷卻,這樣反復(fù)4次后測(cè)量其硬度值。高速鋼的淬火溫度一般均接近鋼的熔點(diǎn),如鎢系高速鋼為1210~1240℃,高鉬系高速鋼為1180~1210℃。淬火后一般需在 540~560℃之間回火3次。提高淬火溫度可以增加鋼的紅硬性。為了提高高速鋼刀具的使用壽命,可對(duì)其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理,如低溫氰化、氮化、硫氮共滲等。


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