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高速鋼的基本知識與用途分析

發布時間:2017-07-04 11:10:33點擊率:

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 高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼,又稱高速工具鋼或鋒鋼。高速鋼是美國的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創制的。高速鋼的工藝性能好,強度和韌性配合好,因此主要用來制造復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。除用熔煉方法生產的高速鋼外,20世紀60年代以后又出現了粉末冶金高速鋼,它的優點是避免了熔煉法生產所造成的碳化物偏析而引起機械性能降低和熱處理變形。高速鋼是一種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的高合金鋼,熱處理后具有高熱硬性。當切削溫度高達600℃以上時,硬度仍無明顯下降,用其制造的刀具切削速度可達每分鐘60米以上,而得其名。  常見的普通高速鋼有兩種:鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。鎢系高速鋼典型牌號為w18Cr4V,熱處理硬度可達63-66HRC,抗彎強度可達3500MPa,可磨性好。鎢鉬系高速鋼典型牌號為W6Mo5Cr4V2,目前正在取代鎢系高速鋼,具有碳化物細小分布均勻,耐磨性高,成本低等一系列優點。熱處理硬度同上,抗彎強度達4700MPa,韌性及熱塑性比w18Cr4V提高50%。常用于制造各種工具,例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等,只是它的脫碳敏感性稍強。 另一牌號的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V,這是中國近幾年發展起來的新品種。強度及熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2,硬度為HRC63-64,與韌性相配合,容易軋制、鍛造,熱處理工藝范圍寬,脫碳敏感性小,成本更低。
高性能高速鋼具有更好的硬度和熱硬性,這是通過改變高速鋼的化學成分,提高性能而發展起來的新品種。具有更高的硬度、熱硬性,切削溫度達攝氏650度時,硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5-3倍,適用于制造加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具。主要品種有4種,分別為高碳系高速鋼、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。鈷高速鋼牌號有W2Mo9Cr4VCo8。其特點為:含釩量不高(1%),含鈷量高(8%),鈷能促使碳化物在淬火加熱時更多地溶解在基體內,利用高的基體硬度來提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達67-70HRC,但也有采取特殊熱處理方法,得到67-68HRC硬度,使其切削性能(特別是間斷切削) 得到改善,提高沖擊韌性。鋁高速鋼牌號為W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素,來提高熱硬性、耐磨性。熱處理硬度可達到68HRC,熱硬性也不錯。但是這種鋼易氧化及脫碳,可塑性、可磨性稍差,仍需改進。粉末冶金高速鋼具有良好的力學性能,適合制造:間斷切削條件下易崩刃的刀具、強度高而切削刃又必須鋒利的刀具,如插齒刀、滾刀、銑刀,高壓動載荷下使用的刀具。它的碳化物偏析小,晶粒細,可磨性好,適合制造:大尺寸刀具、精密刀具、復雜刀具。這類材料的高溫熱硬度高,又適合制造難加工材料所用的刀具,確實是面面俱到。
技術指標
高速工具鋼低倍組織檢驗是根據國標GB226-77《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》規定,采用熱酸浸蝕法。低倍組織檢驗與金相組織檢驗相結合金相組織檢驗是指在金相顯微鏡的放大倍數為100倍情況下進行。若高速工具鋼的低倍組織中的點狀偏析大于1級,在進行金相組織檢驗其共晶碳化不均勻度時,發現其共晶碳化物級別大約是7級左右,而且帶狀的碳化物和網狀的碳化物的網角上都有嚴重堆積的大顆粒的碳化物。在高速工具鋼的低倍組織中,其點狀偏析主要呈不同形狀和大小的暗色斑點。這主要是由于鋼材的化學成分偏析,合金碳化物大量聚集在一起,經酸蝕試驗的熱酸浸蝕后,合金碳化物會脫離其基體而在試樣表面留下剝落的凹坑。在鍛造時,在碳化物剝落的凹坑處,非常容易聚集擴展成為裂紋。而其點狀偏析的嚴重程度,其實質就碳化物剝落的輕重程度。對于存在碳化物剝落的試樣,其共晶碳化物的不均勻度也是不合格的,因此,我們可以利用低倍組織檢驗相結合的方法,來進一步保證試驗的準確性。對于高速工具鋼的鍛造而言,偏析不允許存在缺陷組織,相對而言,疏松對于高速工具鋼鍛造來說,要求的寬容度就要大一些。一般來說,若其心部疏松為5~2級的高速工具鋼,在其鍛造時一般不會產生裂紋,而對于不是均勻的一般疏松,又不是中心疏松,不集中在鋼材的中心,且呈不規則的偏析分布,則在鍛造時非常容易發生鍛裂。高速工具鋼低倍組織的優劣,將嚴重影響其鍛造性能。鍛造 - 是用錘擊使金屬成為一定形狀 的方法, 當鋼件加熱達到鍛造溫度時, 可以從事鍛造, 彎屈, 抽拉, 成型等操作。大多數鋼材加熱至鮮明櫻紅色時都很易鍛造。 脆性 - 表示金屬容易破裂的性質, 鑄鐵的脆性大, 甚至跌落地上亦會破裂。 脆性與硬度有密切關系, 硬度高的材料通常脆性亦大。
高速鋼為什么要進行三次高溫回火?
因為高速鋼淬火后大部分轉變為馬氏體,殘留奧氏體量是20—25%,甚至更高。第一次回火后,又有15%左右的殘留奧氏體轉變為馬氏體。還有10%左右的殘留奧氏體,15%左右新轉變未經回火的馬氏體,還會產生新的應力,對性能還有一定的影響。為此,要進行二次回火,這時又有5—6%的殘留奧氏體轉變為馬氏體,同樣原因為了使剩余的殘留奧氏體發生轉變,和使淬火馬氏體轉變為回火馬氏體并消除應力,需進行第三次回火。經過三次回火殘留奧氏體約剩1—3%左右高速鋼鋸片是一種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素組成的鋸片,熱處理后具有高熱硬性。由于高速鋼切削溫度高達600℃以上時,硬度仍無明顯下降,用其制造的鋸片切削速度可達每分鐘60米以上,高速鋼鋸片由此而得名。高速鋼鋸片分類高速鋼按化學成分可分為普通高速鋼及高性能高速鋼。按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼。高速鋼鋸片的使用1. 新安裝的高速鋼鋸片試運行時為了保證其擁有更長的使用壽命,最好先讓圓鋸機與新鋸片(重新更換或重新磨過的高速鋼鋸片)有一個充分的磨合過程,在鋸片切割的前10分鐘,減少進料的速度是很有必要性的,在10分鐘后就可以恢復正常的進料速度。
2. 進料速度和切割速度取決于被切割材料的截面及韌度,對于不銹鋼這種難切削,韌度較高的材料,相應的減少進料是非常有利于提高鋸片的使用壽命,當材料截面較小時,可以適當提高機器轉速。
3.如果切割相同的材料時增加了進刀的速度,相應的應該選擇有較粗齒的鋸片。
4.由于切割材料的任何時候都需要有效的切割角度和有效齒距, 正確及時的對鋸片進行重新研磨,有助于高速鋼鋸片發揮最大功效。
5. 通過觀察鋸片產生的鋸屑,你可以判斷鋸片目前的切割狀態:
a.鋸屑很細的或成粉狀表示切割壓力太小 。
b.鋸屑很粗但是卻柔軟表示切割超負荷。
c.鋸屑是長的螺旋絲表示狀態良好。
高速鋼鋸片用途高速鋼鋸片用途:
主要用于鋼,鐵,銅,鋁等中硬以下金屬材料窄而深的槽加工或切斷。也可用于非金屬的銑削加工。超硬材料、硬質合金鋸片主要用于難切削材料(耐熱鋼,不銹鋼等高強度鋼)的削加工。又名風鋼或鋒鋼,意思是淬火時即使在空氣中冷卻也能硬化,并且很鋒利。它是一種成分復雜的合金鋼,含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。合金元素總量達10~25%左右。它在高速切削產生高熱情況下(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。而碳素工具鋼經淬火和低溫回火后,在室溫下雖有很高的硬度,但當溫度高于200℃時,硬度便急劇下降,在500℃硬度已降到與退火狀態相似的程度,完全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,彌補了碳素工具鋼的致命缺點,可以用來制造切削工具。高速鋼的熱處理工藝較為復雜,必須經過退火、淬火、回火等一系列過程。退火的目的是消除應力,降低硬度,使顯微組織均勻,便于淬火。退火溫度一般為860~880℃。淬火時由于它的導熱性差一般分兩階段進行。先在800~850℃預熱(以免引起大的熱應力),然后迅速加 熱到淬火溫度1190~1290℃(不同牌號實際使用時溫度有區別),后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱,現真空爐使用也相當廣泛。淬火后因內部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉變成馬氏體,影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉變,進一步提高硬度和耐磨性,一般要進行2~3次回火,回火溫度560℃,每次保溫1小時。   (1)生產制造方法:通常采用電爐生產,近來曾采用粉末冶金方法生產高速鋼,使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體上,提高了使用壽命。   (2)用途:用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。
主要生產廠
我國上鋼五廠、河冶科技是生產高速鋼的主要生產廠。 主要進口生產國家我國主要從日本、俄羅斯、德國、奧地利、法國、烏克蘭、巴西等國進口。 種類高速鋼是一種復雜的鋼種,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、鈦合金和高強鋼等)的刀具,常用的鋼號有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。
規格和外觀質量
規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、結疤和發紋。冷拔鋼材表面應潔凈、光滑、無夾雜和氧化皮等。
化學成分
我國國標和日本工業標準中主要鋼號的化學成分如表 6—7—26。
物理性能
高速鋼一般不做抗拉強度檢驗,而以金相、硬度檢驗為主。鎢系和鉬系高速鋼經正確的熱處理后,洛氏硬度能達到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,一般疏松應小于1級。金相檢驗的內容主要包括脫碳層、顯微組織和碳化物不均勻度3個項目。高速鋼不應有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。高速鋼中碳化物不均勻度對質量影響最大,目前冶金和機械部門對碳化物不均勻度的級別 十分重視。根據鋼的不同用途可對碳化物不均勻度提出不同的級別要求,通常情況下應小于3級。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,還有一個重要因素是具有紅硬性。紅硬性是指刀具在高速切削時,刀刃在紅熱狀態下抵抗軟化的能力。一種衡量紅硬性的方法是先把鋼加熱至580~650℃,保溫1小時,然后冷卻,這樣反復4次后測量其硬度值。 高速鋼的淬火溫度一般均接近鋼的熔點,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,可對其表面進行強化處理,如低溫氰化、氮化、硫氮共滲等。
包裝
成捆交貨,用鐵絲捆扎,并有標牌標明爐號,規格等印記。但對冷軋鋼還要涂防銹油,并用防潮紙包裹。對銀亮鋼還應裝箱。
注意事項
檢驗高速鋼碳化物不均勻度與試樣的腐蝕時間有關。有關標準中只提出腐蝕要適當不能過腐蝕,這一點往往被人們所忽視。實踐證實,如果發生了過腐蝕,就會將碳化物染黑,表現出不均勻程度改善的假相,就可能將質量不好的高速鋼誤判為優質鋼,這一點尤為重要。
高速鋼 檢驗
檢驗高速鋼碳化物不均勻度與試樣的腐蝕時間有關。有關標準中只提出腐蝕要適當不能過腐蝕,這一點往往被人們所忽視。實踐證實,如果發生了過腐蝕,就會將碳化物染黑,表現出不均勻程度改善的假相,就可能將質量不好的高速鋼誤判為優質鋼,這一點尤為重要。

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