高速鋼(HSS)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,俗稱白鋼。高速鋼是美國的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創(chuàng)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(fù)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(chǎn)的高速鋼外,20世紀(jì)60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼,它的優(yōu)點是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機(jī)械性能降低和熱處理變形。
1898年,美國機(jī)械與管理工程師泰勒(TaylorF.W.)和冶金學(xué)家懷特(WhiteM.)研制發(fā)明了高速鋼,并作了系統(tǒng)切削試驗。當(dāng)時他們確定的高速鋼成分為C-0.67%,W-18.91%,Cr-5.47%,Mn-0.11%,V-0.29%,F(xiàn)-余量,與后來的W18Cr4V成分很接近。高速鋼刀具可用30m/min的速度切削鋼材,其效率比過去用的碳素工具鋼和合金工具鋼提高了好幾倍,為美國當(dāng)時的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)贏得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好,由于麻花鉆熱軋工藝的需要,后來研制成功了W6Mo5Cr4V2高速鋼,此外,還有W9Mo3Cr4V。這三種高速鋼的切削性能和力學(xué)性能近似,稱為通用型。
20世紀(jì)中葉以后,科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,各種難加工材料不斷涌現(xiàn),通用高速鋼的性能已不復(fù)使用,于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn),使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。
高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜,必須經(jīng)過淬火、回火等一系列過程。淬火時由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800~850℃預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)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(qū)別),后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱,現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體,影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變,進(jìn)一步提高硬度和耐磨性,一般要進(jìn)行2~3次回火,回火溫度560℃,每次保溫1小時。
生產(chǎn)制造方法:通常采用電爐生產(chǎn),曾采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼,使碳化物呈極細(xì)小的顆粒均勻地分布在基體上,提高了使用壽命。
用途:用于制造各種切削工具。如車刀、鉆頭、滾刀、機(jī)用鋸條及要求高的模具等。
又名風(fēng)鋼或鋒鋼,又稱白鋼。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(fù)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(dá)10~25%左右。它在高速切削產(chǎn)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(jīng)淬火和低溫回火后,在室溫下雖有很高的硬度,但當(dāng)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(tài)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(jīng)正確的熱處理后,洛氏硬度能達(dá)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(yīng)小于1級。
金相檢驗的內(nèi)容主要包括脫碳層、顯微組織和碳化物不均勻度3個項目。
1.高速鋼不應(yīng)有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。
2.高速鋼中碳化物不均勻度對質(zhì)量影響最大,冶金和機(jī)械部門對碳化物不均勻度的級別 十分重視。根據(jù)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(yīng)小于3級。
3.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(tài)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(fù)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(jìn)行強化處理,如低溫氰化、氮化、硫氮共滲等。
M2是鉬系高速鋼,具有碳化物不均勻性小和韌性較高的優(yōu)點.易于過熱,故應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度,對熱處理保護(hù)要求較嚴(yán).由于其硬度和耐磨性好,多用于制造切削較難切削材料的刀具.M2高速鋼具有碳化物傾向性較大,故對熱處理保護(hù)要求較嚴(yán),適合承受震動和沖擊荷載的模具.
出廠硬度:≤255HB
淬硬溫度:1220-1240
硬度:≤63
主要用途:
冷鍛模、精沖模、粉末壓制模等,剪切機(jī)模,添加玻纖之塑料模等。適合承受震動和沖擊荷載的模具:深拉模具、沖孔模。金屬切割鋸刃,冷鐓和擠出工具等。
碳 C :0.80~0.90(允許偏差:±0.01)
硅 Si:0.20~0.45(允許偏差:±0.05)
錳 Mn:0.15~0.40(允許偏差:+0.04)
硫 S :≤0.030
磷 P :≤0.030
鉻 Cr:3.80~4.40(允許偏差:±0.05)
鎳 Ni:允許殘余含量≤0.30
銅 Cu:允許殘余含量≤0.25
釩 V :1.75~2.20(允許偏差:±0.05)
鉬 Mo:4.50~5.50(允許偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸>6,±0.10)
鎢 W :5.50~6.75(允許偏差:尺寸≤10,±0.10;尺寸>10,±0.20)
注:根據(jù)供需雙方協(xié)議,V的含量可為1.60~2.20