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常用高速钢的性能

时间:2024-04-26 16:09:30 来源:admin 点击:0

1)低合金高速钢,主要有W3Mo3Cr4VSi、W2MoCr4V、W4Mo3Cr4VSi等。由于其减少了W、Mo、V等较昂贵金属元素而降低了成本,其价格较通用刚型高速钢W6Mo5Cr4V2便宜25%~30%,特别适合制作低、中速切削刀具,如中心钻、丝锥、小直径麻花钻、扩孔钻、铰刀,甚至小直径立铣刀等。

2)通用型高速钢,又称为普通高速钢,约占高速钢总产量的75%~80%。一般可分为钨系与钨钼系高速钢两类。这类高速钢w(C)为0.7%~0.9%。按钢中含W量的不同,可分为钨系高速钢[w(W)高达18%]和钨钼系高速钢[w(W)为6%或8%]。通用型高速钢具有一定的硬度(63~66HRC)和耐磨性、高的强度和韧性、良好的塑性和加工工艺性,广泛用于制造各种复杂刀具。我国长期使用的通用型高速钢的典型牌号为W18Cr4V(简称W18),具有较好的综合性能,在600℃时的高温硬度为48.5HRC,可用于制造各种复杂刀具。其具有可磨削性好、脱碳敏感性小等优点,但由于碳化物含量较高,分布较不均匀,颗粒较大,强度和韧性不高,特别是热塑性差,不宜做大截面的刀具。目前,W18Cr4V逐渐由钨钼系高速钢取代,特别是国外W元素紧缺的国家,使用量较少甚至不用钨系高速钢。钨钼系高速钢是指将钨钢中的一部分W用Mo代替所获得的一种高速钢。钨钼钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2(简称M2)。W6Mo5Cr4V2的碳化物颗粒细小均匀,强度、韧性和高温塑性都比W18Cr4V好。其主要缺点是含V量稍多,磨削加工性比W18Cr4V差,脱碳敏感性大,淬火温度范围较窄。另一种钨钼系高速钢为W9Mo3Cr4V(简称W9),其热稳定性略高于W6Mo5Cr4V2,抗弯强度和韧性都比W6Mo5Cr4V2好,具有良好的可加工性能。这种钢易轧、易锻、热处理温度范围较宽、脱碳敏感性小、磨削性能较好。

3)高性能高速钢,指在通用型高速钢成分中再增加一些含碳量、含钒量及添加Co、Al等合金元素,以提高耐热性和耐磨性的新钢种。高性能高速钢制作的刀具与通用型高速钢相比,刀具寿命和切削速度得到提高,从而可提高切削加工生产率。高性能高速钢主要有以下四大类:

①高碳高速钢,如9W18Cr4V(简称9W18)和9W6Mo5Cr4V2(简称CM2),其w(C)比通用型高速钢高0.20%~0.25%,使钢中合金元素全部形成碳化物,从而提高钢的硬度、耐磨性与耐热性,但其强度和韧性略有下降。其常温硬度提高到66~68HRC,600℃时高温硬度提高到51~52HRC。适用于耐磨性要求高的铰刀、锪钻、丝锥以及加工较硬材料(220~250HBW)的刀具,寿命一般可提高50%~80%,也可用于切削不锈钢、奥氏体材料及钛合金。这时,耐磨性比普通高速钢高2~3倍。

②高钒高速钢,如W12Cr4V5Mo和W6Mo5Cr4V3等,其w(V)为3%~5%,由于形成大量高硬度耐磨的VC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。这种钢适于加工对刀具磨损严重的材料,如硬橡胶、塑料等。对低速薄切屑精加工刀具,如铰刀、丝锥等也有较长的寿命。其不足之处是磨削加工性差。

③钴高速钢,典型牌号为W2Mo9Cr4VCo8(简称M42),其硬度可达69~70HRC,比W18Cr4V高4~5HRC,600℃时的高温硬度达54~55HRC。这种高速钢的综合性能好,允许切削速度较高,由于含V量不高,因而磨削加工性也好,可刃磨的很锋利而制作精加工刀具。其优越性在高温切削时明显,故适合加工高温合金、钛合金、奥氏体耐热合金及其他难加工材料,刀具寿命可延长4~6倍,加工材料的硬度越高,效果越显著。但由于Co含量很高,而我国Co主要靠进口,价格很高,目前生产与使用不多。

④铝高速钢,是一种含Al不含Co的高性能高速钢,如W6Mo5Cr4V2Al(简称501),600℃时的高温硬度为 54~55HRC,由于不含Co,因而仍保留较高的强度和韧性。501高速钢的综合切削性能与M42相当,在加工30~40HRC的调质钢时,刀具寿命可比通用型高速钢高3~4倍。其主要缺点是加工工艺性稍差,并且过热敏感性大,淬火加热温度范围窄,氧化脱碳倾向大。这种钢立足于我国资源,与钴高速钢相比,成本较低,故已逐渐推广使用。

4)粉末冶金高速钢(Power Metallurgy High Speed Steel,PMHSS),是20世纪70年代发展起来的一种新型高速钢,它是将高频感应炉熔炼出的钢液,用高压氩气或纯氮气使之雾化,经过急冷得到细小均匀的结晶组织(高速钢粉末),再将所得的粉末在高温、高压下压制成刀坯,或先制成钢坯再经过锻造、轧制成所需刀具形状。与熔炼法制造的高速钢相比,粉末冶金高速钢具有以下优点:

①没有碳化物偏析的缺陷,不论刀具截面尺寸多大,其碳化物晶粒均细小均匀,可达2~3um(一般熔炼钢为8~20um),且均匀分布,非常适合制造大尺寸的刀具。

②具有良好的力学性能,在轻度变形条件下,其强度和韧性可比一般高速钢分别提高30%~40%和80%~90%。在化学成分相同的情况下,与熔炼钢相比,其常温硬度可提高1~1.5HRC,热处理后硬度可达60~70HRC,600℃时的高温硬度可达67~70HRC,高温硬度提高尤为显著。由于粉末冶金高速钢碳化物颗粒均匀性分布的表面积较大,且不易从切削刃上剥落,故其耐磨性比熔炼高速钢刀具提高20%~30%。

③由于碳化物细小均匀,其磨削加工性能得到了显著的改善,钢中的含V量越多,改善的程度越显著,并且砂轮消耗少,磨削效率高,磨削表面的表面粗糙度值小。w(V)=5%的粉末冶金高速钢的磨削加工性能与w(V)=2%的熔炼高速钢相当,故粉末冶金高速钢可以适当提高钒的含量,这一特点使得粉末冶金高速钢适合制造形状复杂、磨削加工量较大的刀具及要求刃口精密、细小、锋利的刀具。

④粉末冶金高速钢的成材率大大高于普通熔炼钢,若用高速钢粉末直接压制刀具毛坯,其材料利用率可高达90%以上。

⑤利用粉末冶金方法制造高速钢时,可进一步提高碳化物的比例,从而生产出熔炼法无法生产的高性能高速钢。这种钢的硬度有的可高达70HRC以上,在性能上填补了高速钢与硬质合金之间的空白。

⑥由于粉末冶金方法压制刀坯,能保证材料的物理和力学性能的各向同性,减少热处理变形和应力,降低晶粒长大的趋势。粉末冶金高速钢热处理时的变形只相当于熔炼钢的1/3~1/2,适合制造钻头、拉刀、螺纹刀具、滚刀、插齿刀等复杂刀具。若再配以表面涂层技术(如涂镀TiN、TiCN、TiAIN等),切削速度可以进一步提高。

国外刀具制造商的数控刀具、粉末冶金高速钢的应用较为广泛,其不足之处是制造成本比熔炼钢高。


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