高速工具钢(简称高速钢)

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第289页（1993字）

高速钢属于含有大量钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢，一般含碳量为0．7～1．2%。由于高速钢中碳与不同合金元素化合成各种高熔点、高硬度的复合碳化物，在热处理过程中，即强化了基体，又因大量过剩碳化物的析出并呈均匀弥散的分布，形成硬质点，提高了钢的红硬性和耐磨性。一般高速钢在550～600℃的温度下，仍能保持极高的硬度(不低于HRC60)，这是碳素工具钢和一些合金工具钢所无法达到的。此外，由于大量合金元素的存在，使高速钢具有良好的淬透性，除大尺寸工具外，即使空冷条件下也可以完全淬透。因此高速钢被广泛用来制造各种金属切削工具。YB12－77中规定的高速工具钢钢号和化学成分见表93。

表93 高速工具钢钢号和化学成分(YB12－77)

注：①Xt表示稀土元素。为改善钢的组织和性能，允许在其他钢中也加入适量稀土元素，但需在证明书中注明。

②在钨系高速工具钢中，钼含量允许到1．0%。钨、钼二者的关系：当钼含量超过0．3%时，钨含量相应减少，在钼含量超过0．3%的部分每1%的钼代替2%的钨。在这种情况下，在钢号后面加上“Mo”。

③硫、磷含量各不大于0．030%。

我国最通用的高速钢钢号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，约占高速钢总消耗量的98%以上。W18Cr4V是世界上最早研制出的高速钢钢种，也是我国长期普遍采用的一个钢号。其特点是淬火温度范围较宽(通常采用1270～1310℃)，脱碳倾向小，磨削性能好，但原材料碳化物偏析严重(一般要经过改锻，以提高碳化物不均匀度级别)，热塑性差、韧性低，而且因含有大量合金元素钨，许多国家受资源限制，不得不着手低钨高速钢的研制。W6Mo5Cr4V2是高钨高速钢的代用钢号。由于以钼代钨，并相应提高了钒的含量，碳化物细小，分布均匀，使原材料碳化物不均匀度获得了很大程度的改善，而且在950～1150℃范围内具有良好的热塑性，便于进行压力加工，其韧性和耐磨性也有提高，价格也较为低廉，因此在一些国家已全部取代了W18Cr4V。七十年代以来，W6Mo5C4V2在我国的比重也在逐渐加大。但W6M5Cr4V2淬火温度范围较窄(为1220～1250℃)，过热敏感性脱碳敏感性都较为严重，热处理时必须引起足够重视。这两种高速钢淬火后经550～570℃多次回火，硬度均可达到HRC63～66，可以满足各种类型切削工具对常用材料加工的要求。

在高速钢中加入适量稀土元素可以细化钢锭组织，改变碳化物分布不均匀状态，提高塑性和冲击韧性，改善热加工工艺性能。W14Cr4VMnXt为适当减少含钨量，而含有少量锰及稀土元素的钨系高速钢新牌号。其性能相当于W18Cr4V，但具有较好的热塑性，符合我国资源情况，可以代替W6Mo5Cr4V2用于制造热轧成形刀具。

为进一步提高耐磨性和红硬性，国内外研制了一些含钒量较高的高性能高速钢，一般含钒量不超过5%。W12Cr4V4Mo是我国较早纳入冶金部标准的钢号。由于含钒量增高，钒和碳生成硬度极高的碳化钒(VC)从基体中弥散析出，同时难熔的初生碳化钒存在于晶界，可以阻止晶粒长大，细化了晶粒，因而提高了钢的耐磨性和韧性。此外，随着含碳量和含钒量的增加，还使硬度和红硬性得到提高(上海工具厂试验的几种高速钢的红硬性数据见表94)。因此W12Cr4V4Mo可以用于难加工材料的切削。但高钒高速钢的可磨削性差，只能用来制造简单的车、刨和镗刀，应用范围并不广泛。

表94 几种高速钢的红硬性(保持硬度HRC60)

在高钒高速钢中，为保证更多的VC析出，在增加含钒量的同时必须相应增大含碳量。根据合金碳化物中合金元素与碳的定比关系，我国一些部门试图从改变通用高速钢的化学成分入手，通过适当提高含碳量，来改进高速钢的性能，9W18Cr4V即属高碳型W18Cr4V。由于含碳量增加，提高了高速钢的硬度和红硬性，在切削耐热钢等难加工材料过程中，较通用的W18Cr4V刀具耐用度可提高3～5倍。但强度和韧性有所下降(其性能比较如表95所示)。试验证明，如果含碳量过高不仅使碳化物均匀性变坏，而且使机械性能和刀具耐用度显着下降，所以高碳型高速钢的应用也有局限性。

表95 高碳和通用型高速钢性能比较

注：(a)含碳量1．16%。