高速工具钢刀具材料的性能

高速工具钢刀具材料的性能主要有以下几部分。

1.硬度与耐磨性

通用型高速工具钢淬火并回火后的硬度一般为60~70HRC，超硬高速工具钢的硬度可达67~70HRC。提高高速工具钢的硬度可以提高刀具的耐性与持久性，高硬度高速工具钢经过适当的磨削及研磨后，可以获得比较小的表面粗糙度值，硬度提高可以减小刀具与切削的粘结与摩擦系数。实验结果表明，对于高速工具钢而言，其室温硬度也代表了高温硬度的一个指标，即高速工具钢的室温硬度提高时，高温硬度也相应提高。此外，高速工具钢的压缩屈服强度还与硬度成正比增加。因此，硬度即使稍有降低，在低应力下也会引起一定的塑性变形。由此可见，高速工具钢刀具应在该钢种较高温度范围内使用。

应当注意到，对于某一种高速工具钢，硬度的提高往往伴随着韧性的降低。

高速工具钢的硬度和强度的最佳组合可以通过适当的选择钢的化学成分和热处理工艺获得。高速工具钢的硬度和耐磨性主要取决于钢的含碳量，含碳量增加，硬度和耐磨性也提高。实践表明，对于不同牌号的高速工具钢都有其耐磨性达到最好时的最佳硬度值。

在标准成分的高速工具钢，如W6Mo5Cr4V2钢和W18Cr4V钢中，增加0.2%的碳含量而形成的CW6M5Cr4V2及9W18C4V钢，其硬度可提高至66~68HRC，耐性也有所提高。一些超硬高速工具钢就是按照碳化物形成元素的含量来计算含碳量的，其硬度可达60~70HRC，因而大大提高了刀具的切削性能。

高速工具钢的耐磨性还取决于钢中碳化物的种类和数量。碳化物数量越多，其损率(磨损体积与摩擦距离之比)越低。合金元素对耐性的影响能力按Cr、W、Mo、V的顺序增强，其效应之比为2:5:10:40。这表明V对工具钢的耐性有极大的影响。常用的高钒高速工具钢，如W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo等，硬度可达67HRC。我国研制的几种V含量为5%的超硬高速工具钢，在切削那些对于刀具具有强烈磨损性质的工件材料，如纤维，硬橡胶、塑料等时，高钒高速工具钢刀具具有特别高的寿命。高速工具钢的硬度虽不及硬质合金，但对于一般硬度的碳素钢和铸铁的切削加工，其硬度是足够的。而超硬高速工具钢刀具则可加工硬度达400HBW的中硬度工件和淬硬至48~54HRC的硬齿面齿轮。

2.强度、韧性及耐磨性

高速工具钢的强度与韧性在现有的刀具材料中是最高的。因此，高速工具钢刀具能承受较大的冲击载荷，这是高速工具钢仍然广泛使用的主要原因之一。

高速工具钢的强度与韧性与其品粒度、碳化物分布、残余应力的大小及奥氏体数量等都有关系。随着钢中品粒长大和碳化物分布不均匀性的增加，钢的强度与韧性也随之降低。

增加高速工具钢中的C、V、Co含量，会降低钢的强度与韧性。当Co的含量很高时，其韧性甚至会降低至接近硬质合金的韧性指标，因而不能承受大的冲击。

通用型高速工具钢的热稳定性为550~600℃，超硬高速工具钢则可达650~700℃高速工具钢的热稳定性虽不及硬质合金，但却比合金工具钢及碳素钢高很多，这是高速工具钢刀具切削性能高于后两者的主要原因，其切削速度和刀具寿命也要高得多，用超硬高速工具钢制造的滚刀的切削速度可高达100m/min以上。

高速工具钢中的C、V、Co含量增加时，钢的高温硬度则可以提高，其中添加Co的效果最为显著。国外生产的很多高性能高速工具钢成分中都添加Co，其主要目的是为了提高其高温硬度。高碳含钴超硬高速工具钢W2Mo9Cr4VCo8 在温度不是很高时的硬度已经达到钴较多的WC-Co硬质合金的硬度值范围。

3.加工工艺性

高速工具钢的锻造工艺性能、热处理工艺性能、切削加工工艺性能比较好，比硬质合金容易制成各种复杂形状的刀具，这是高速工具钢在刀具材料中，特别是在复杂刀具中仍然占据统治地位的主要原因。

磨削加工性能是决定刀具质量的最重要工艺性能之一，在刀具制造中，削加工的费用是很高的，有时要占工具总费用的50%~60%，而材料和热处理费用只占10%~20%。因此，磨削加工性能的好坏通常成为是否愿意使用某种牌号高速工具钢材料的主要依据。高钒高速工具钢材料虽然耐磨性能很好，刀具寿命明显提高，但由于其磨削加工性能差，使其使用范围受到很大限制。立方氮化硼砂轮的应用很好地解决了磨削加工性能差的高速工具钢刀具的刃磨问题。

4.高速工具钢刀具材料的刃磨性

磨削加工性能是决定刀具质量的最重要工艺性能之一。在刀具制造中，磨削加工费用占刀具总成本比例很高，因此，磨削加工性能的好坏也是高速工具钢刀具的主要性能指标。高速工具钢可以用普通砂轮磨出锋利的刃口，刃磨性能较好。但由于高速工具钢的导热性较差，磨削时温度很高，容易产生切削刃烧伤，因此，在削过程中应注意冷却。在部分复杂刀具的刃磨中(如高速工具钢板牙梳刀、高速工具钢滚刀)可选用CBN 砂轮进行磨削，粗磨粒度120~180，浓度均可采用100%。

5.粉末冶金高速工具钢刀具材料的性能

下表所示为部分国产粉末冶金高速工具钢的性能。