工业加工大百科之 闲话高速钢

     高速钢是一种重要的金属材料，在工业加工领域起到了不可替代的作用，为现代工业的发展奠定了坚实的基矗这种材料是怎样发现并被人们所使用的？它又具有哪些独有的优良性能？本文中，让我们介绍一下，有关高速钢的一些知识。

    高速钢的百年发展史

    在20世纪以前，机械加工所采用的切削工具材料大多为合金工具钢，由于这些材料的硬度和耐磨度达不到人们理想的要求，所以严重制约着机加工行业的发展。1898年，美国F.W.泰勒和M.怀特发现，将多碳、钨、钼、铬、钒等金属及非金属元素添加到钢材中，可以得到一种具有极高硬度、耐磨性和耐热性的高合金工具钢。这就是高速钢，这种材料非常适合用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可用来制造高温轴承和冷挤压模具。

    这一重要的发现很快在工业加工的切削刀具材料领域掀起了一场风暴。1900年，由美国匹兹堡伯利恒钢铁公司生产的W18Cr4V高速钢在巴黎博览会上的公开演示，更是让这种材料走上了历史舞台。加工中的切削速度也随之大幅提高，其中对于中碳钢的切削速度可达到每分钟30米之多。

    经过60多年的探索，用粉末冶炼高速钢的工艺于上世纪60年代在瑞典开发成功。这一方法解决了传统冶炼工艺中的诸多问题，还能够使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，提高了刀具的使用寿命，并其性能和生产效率得到进一步的提升。到1980年，欧洲、美国、日本都开始采用这一工艺生产高速钢工具。紧接着，氮化钛图层的采用，又大大提高了刀具的使用寿命。到今天，各种高性能高速钢和粉末冶金高速钢相继出现，使高速钢刀具材料的性能不断得到完善。

    高速钢有哪些工艺特性

    高速钢又被称为风钢或锋钢，意思就是在淬火时即使在空气中冷却也能够发生硬化，并且非常锋利。它具有最显著的特征就是红硬性——即在很高的温度下，仍具有很大的硬度。一般碳素工具钢在温度达到200度以上时，印度会急剧下降，而当温度达到500摄氏度时，碳素工具钢硬度已经降低到接近于退火状态，完全不适于再进行金属切削作业。而高速钢即便在500摄氏度的温度下，仍然可以保持HRC在60以上的高硬度。因为机械加工中不可避免的会产生切削热，所以材料的红硬性对于制造切削刀具是非常重要的。

    为了得到优良的材料性能，高速钢生产需要经过极为复杂的热处理工艺才能实现。具体过程包括淬火、回火等一系列步骤。由于高速钢的导热性较差，其淬火过程一般分为两个阶段。第一阶段要在800到850摄氏度的温度下进行预热，第二阶段再迅速加热至淬火温度，即1190到1290摄氏度。冷却过程一般采取油冷或空冷，也可以采用充气体冷却的方法。淬火后，由于内部组织仍保留了约30%的残余奥氏体没有转变成马氏体，会影响高速钢的性能，因此还需要进行二次、甚至是三次回火。回火温度控制在560摄氏度，每次保温1个小时。

    高速钢的分类及用途

    高速钢按照所含合金元素及比例不同可分为钨系高速钢、钨钼系高速钢、高钼系高速钢、钒高速钢和钴高速钢这几类。按照用途不同又可分为通用型高速钢和特殊用途高速钢两大类。

    通用型高速钢常用钢号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等，它主要用于制造切削硬度HB不超过300的金属材料的切削刀具，如钻头、丝锥、锯条，还可用于制造精密刀具如滚刀、插齿刀、拉刀等。特殊用途高速钢常用钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等，它主要用于制造切削难加工金属，如高温合金、钛合金和高强钢等的刀具。

    随着各种新型高速钢的应用，这种材料在金属加工领域将占据越来越重要的地位，并必将为其带来新的发展。