高速钢
1. 概述高速钢又名风钢或锋钢,意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化,并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢,含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素。合金元素总量达10~25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度,HRC能在60以上。这就是高速钢*主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后,在室温下虽有很高的硬度,但当温度高于200℃时,硬度便急剧下降,在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度,完全丧失了切削金属的能力,这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好,弥补了碳素工具钢的致命缺点,可以用来制造切削工具。高速钢的热处理工艺较为复杂,必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力,降低硬度,使显微组织均匀,便于淬火。退火温度一般为860~880℃。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800~850℃预热(以免引起大的热应力),然后迅速加热到淬火温度1220~1250℃,后油冷。工厂均采用盐炉加热。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体,影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变,进一步提高硬度和耐磨性,一般要进行2~3次回火,回火温度560℃,每次保温1小时。
(1)生产制造方法:通常采用电炉生产,近来曾采用粉末冶金方法生产高速钢,使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上,提高了使用寿命。
(2)用途:用于制造各种切削工具。如车刀、钴头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。
2. 主要生产厂 我国大连钢厂、重庆钢厂、上海钢厂是生产高速钢的主要生产厂。
3. 主要进口生产国家 我国主要从日本、俄罗斯、德国、巴西等国进口。
4. 种类 有钨系高速钢和钼系高速钢两大类。钨系高速钢有W 18 CR 4 V,钼系高速钢有W 6 Mo 5 Cr 4 V 2等。
5. 规格和外观质量规格主要有圆钢和方钢。钢材的表面要加工良好,不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和发纹。冷拔钢材表面应洁净、光滑、无夹杂和氧化皮等。
6. 化学成分 我国国标和日本工业标准中主要钢号的化学成分如表 6—7—26。
7. 物理性能高速钢一般不做抗拉强度检验,而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后,洛氏硬度能达到63以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、翻皮。中心疏松,一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响*大,目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求,通常情况下应小于3级。
8. 包装 成捆交货,用铁丝捆扎,并有标牌标明炉号,规格等印记。但对冷轧钢还要涂防锈油,并用防潮纸包裹。对银亮钢还应装箱。
9. 注意事项检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有关标准中只提出腐蚀要适当不能过腐蚀,这一点往往被人们所忽视。实践证实,如果发生了过腐蚀,就会将碳化物染黑,表现出不均匀程度改善的假相,就可能将质量不好的高速钢误判为上等钢,这一点尤为重要。高速钢按性能分为普通型和高性能高速钢;按化学成分分为钨系,钨钼系,钼系高速钢;按工艺分为熔炼和粉末冶金高速钢。高性能高速钢,是在通用型高速钢中增大含碳量,含钒量,还增加了钻,铝等合金元素,捉高了高速钢的耐磨性和耐热性。这些高性能高速钢,温度在650℃时,其硬度为HRC60,而普通高速钢W18Cr4V只有49~49.2,高出了10HRC;耐用度为普通高速钢的1~3倍。用它制作各种切削刀具,切削加工难切削材料,如不锈钢,高温合金,钛合金,高强度钢等。1.高性能高速钢的性能,牌号与用途:
(1)高碳高速钢:HRC67~68,625℃时,其硬度为64~65HRC。95W18Cr4V,100W6Mo5Cr4V2o适于加工不锈钢,高温合金,钛合金,超高强度钢等,其耐用度为W18Cr4V的2~3倍。
(2)钻高速钢:HRC为67;耐热性为640~650℃,其耐用度为普通高速钢的1.5~3倍。W6Mo5Cr4V2Co5,W8Mo5Cr4V2Co6Si,W9Mo4Cr4V2Co3,W9Cr4V2Co10,W12Mo3Cr4V2Co80适于加工奥氏体不锈钢,高温合金,钛合金等。
(3)高钒高速钢:HRC65~67,耐热性637~640℃。W12Cr4V4Mo,W6Mo5Cr4V3,W9Cr4V5适用于切削不锈钢,耐热合金,高强度钢。其刀具耐用度为普通高速钢的2~4倍。我国的典型牌号N3N(W12Mo3Cr4v3N)(4)高钒含钻高速钢:HRC66~68,在600℃时比普通高速钢高5.5HRC。W9Cr4V5Co5,W12Cr4V5Co5用于切削耐热合金,比普通高速钢的耐用度高2倍多。
(5)超硬高速钢:HRC67~70
①含钴超硬高速钢HRC69~70W2Mo9Cr4VCo8(M42)HRC69~70,用铁基高温合金,铸造高温合金,钛合金,超高强度钢,可用中硬(HB400)硬齿面加工。刀具耐用度比普通高速钢2~4倍。
②含铝超硬高速钢:W6Mo5Cr4V2A1(501钢),W10Mo4Cr4V3A1(5F-6钢),其特点在高温下和空气中的氮和氧生成氧化铝和氮化铝起润滑作用,降低摩擦系数,减轻切屑与刀具粘结。切削难切削材料时,刀具耐用度可提高3~4倍。
③含氮超硬高速钢HRC67~70。W12Mo3Cr4V3N(V3N钢)在高硬度(HRC69)时,脆性倾向小(σbb的为3000MPa),主要用于高硬度(HRC30~52)件的切削,奥氏体钢,钛合金,镍基耐热合金。
④含SiNbA1超硬高速钢W18Cr4V4SiNbA1(B212),W6Mo5Cr4V5SiNbA1(B201)用于切削高温合金,铁铝锰耐热钢,奥氏体不锈钢,加工硬度(HRC40~50)材料效果好(Vc=3~9m/min;f=0.15~0.33mm/r;ap=0.5~2mm)2.涂层高速钢性能特点:在高速钢刀具基体(HV850~900,HRC62~70)上用气相物理沉积法(PVD)涂层一层厚为2~6μm的TiN或TiC,可使刀具表面硬度达1950~3200HV;表面耐热性达到1000℃以上;切速可提高50~100%;刀具耐用度可提高2~10倍,如果涂层后再刃磨前刀面或后刀面后,其刀具耐用度还可以提高2倍左右。涂层高速钢刀具的切削力Fc可减小20~40%,切削热可降低20%。还可以采用PCVD工艺涂TiC,TiN,金刚石和CBN。PCVD工艺涂层温度高于PVD,低于CVD,并低于高速钢的回火温度(550℃)。
3.提高高速钢刀具耐用度的方法:
(1)低温渗硫①液体渗硫:将含硫的液体加热到150℃,将刀具浸泡在中间,保温一定时间,可使刀具耐用度提高1~3倍。②固体渗硫:将硫粉加热到200℃,把刀具放在中间,保温2h,效果同上。③离子渗硫:可提高刀具耐用度l~3倍。
(2)MoS2处理:①把MoS2粉加热到150℃,然后把刀具放在中间,保温4h。②在刀具上涂MoS2油膏。③在切削液中加MoS2。用上述方法,可使刀具耐用度提高1倍以上。(3)离子注入:它是将某些元素的原子进行电离,并使其它在电场中加速,以获得较高速度后射入固体材料表面,以改变材料的物理,力学性能的一种离子束技术。特点:可注入需要的任何元素(N,S,B,Ti等),使金属强化而提高耐磨性,温度可任意控制,适用于零件的*后处理,不退火、软化,Ra不变,只改变表面特性。不疏松,不剥落,**面,耐腐蚀。
(4)多元共渗(C,N,O,S,B):可使高速钢刀具的耐用度提高2~5倍,*合适于低速刀具(拉,推,铰刀等)。(5)氮化碳(C3N4涂层:它的表层硬度可达HV4000,刀具耐用度可提高10倍左右)。(注:TiN2000HV;TiCN2700HV,TiAIN3000HV)