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[摘 要]本文通过介绍高速钢的成分特点、性能、应用范围以及热处理工艺特点，阐述了如何高效利用高速钢。
[关键词]高速钢 成分特点 性能 热处理
中图分类号：TF124.36 文献标识码：TF 文章编号：1009―914X（2013）22―0391―01
引 言：高速钢又称高速工具钢或锋钢，它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素，于1898年由美国的F.W.泰勒和M.怀特创制。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。通常采用熔炼方法和粉末冶金方法生产高速钢，粉末冶金高速钢具有避免熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形的优点，故而近年来这种方法被广泛应用。在生产精密零件、复杂零件及成型加工零件时，刀具必须具备高速使用性能，需要有热硬性、耐磨性、沖击韧性高等特点，这无疑给高速钢提供了广阔的市场空间。鉴于此，本文对高速钢成分特点、性能、应用范围以及热处理工艺特点进行介绍，以便更好地把握高速钢成分特点与性能之间的内在关系，为高效应用高速钢提供参考。
一、高速钢的成分特点
在我国，W18Cr 4V、W6Mo 5Cr 4V2的高速钢被广泛应用，这是由于高速钢具有较强的热硬性，在温度达到600℃时仍可保持约HRC60的硬度。这一优良特性使得高速钢成为拉刀、铣刀、钻头以及车刀、刨刀等成型刀具的首选。然而，这种优良的性能取决于其特殊的成分。下面对高速钢的成分特点进行介绍：
一是具有较高的碳含量。高速钢的含碳量一般在0.70-1.65%之间，含碳量越高其硬度也就越高。比如含碳量达到1.6-1.9%的W12Cr4Mo3Co5Si就属于超硬高速钢，热处理后的硬度可以达到HRC69-70，可用来代替硬质合金刀具使用。恰恰是高速钢较高的含碳量才保证了其在猝得马氏体后有高的硬度，在与强碳化物形成元素生成极硬的合金碳化物，大大增大钢的耐磨性和热硬性。[1] 高速钢之所以具有如此好的性能，是因为其含碳量恰如其分、恰到好处。如果含碳量过低，则达不到必要的硬度；如果含碳量过高，又会因碳化物偏析而导致钢的塑性和韧性达不到预期效果。
二是含有铬、钨、钼、钒、钴等成分。高速钢中铬（Cr）的成分约占3.5-4.5%，它可形成Cr23C6，也能部分固溶于其它碳化物。淬火加热时Cr23C6能全部固溶于奥氏体，是增大钢的淬透性的主要元素，使不太厚的刀具加热后空冷即可淬成马氏体。铬也可提高钢的回火稳定性和二次硬化效应，但比强碳化物元素微弱的多。固溶体中合有较高的铬，刃具在切削过程中抗氧化能力增大，粘刀现象减小，切削能力提高；钨、钼钼和钨是同族元素，也是碳化物形成元素，在高速钢中的作用也相似。淬火加热时都很难溶解，对晶粒长大起到阻碍作用。在回火过程中它们的碳化物弥散析出于马氏体基体上造成高速钢的二次硬化效应，并且其碳化物不易聚集长大，因而有利于高速钢的红硬性；高速钢中含钒量为1%-5%，钒是高速钢中提高红硬性的主要元素，钒所形成的稳定的VC在回火过程中能以细小弥散质点析出，达到比钨、钼还强的二次硬化效果，使钢的热硬性明显提高；钴在高速钢中不能形成碳化物，但它在加热时能大部分或全部溶解于奥氏体中，它还能够阻碍其他元素扩散、阻碍奥氏体分解，有一定的提高淬透性的作用。正因为在高速钢中加入了钴，才保证了其热硬性和硬度。高速钢的成分特点决定了其具有其他钢所无可比拟的优良特性。
二、高速钢的性能及其应用范围
高速钢作为一种成分复杂的高合金钢，通过一定的热处理工艺后具有较好的热硬性。在切削温度达到600℃时，其硬度用仍能保持较高的水平，这一性能赋予它成为高速切削刀具。作为切削刀具，其刃部必须承受巨大的外部压力、炙热的高温、强烈的摩擦以及剧烈的磨损，只有承受住这些考验才可能圆满完成切削任务，不至于弯曲、扭转、断裂。而高速钢恰恰因为其成分特点具备了高硬度、高热硬性、高耐磨性、足够的强度、塑性和韧性。高速钢的良好性能决定了其广泛的市场前景，它被广泛应用于机械和工具制造业，成为精密零件、复杂零件及成型加工零件的必然选择。
三、高速钢热处理特点
尽管高速钢的成分特点使其具备较好的性能提供了前提，但终究离不开科学的热处理加工工艺。高速钢的成分特点决定了其热处理工艺所具有的特殊性，只有科学、正确的热处理工艺才能保证热处理后高速钢优良的性能。对于高速钢而言，常见的热处理主要包括锻造后的退火，加工后的淬火和回火。锻造后的退火分普通退火和等温退火两种工艺方法，退火是为了达到降低硬度、改善切削加工性、消除锻后残余应力的目的。同时，退火还是为淬火做准备的必须过程。淬火温度通常为1200℃左右，淬火前，需要充分进行预热。这样不仅能避免将工件由室温骤然上升至1200℃的淬火温度导致工件的变形和断裂，还可以大大缩短淬火加热时间、防止工件氧化脱碳。由于高速钢中合金碳化物具有较高的溶解温度，难于溶解，加热温度越高，碳化物溶入奥氏体越多，淬火后马氏体中的合金含量也越多，马氏体硬度越高，而回火后得到高的热硬性。[2] 但需要合理掌握淬火温度，一旦温度过高会导致高速钢的韧性减弱、脆性增大，影响到高速钢的性能。还需对回火时机准确把握，一般掌握在温度达到550-570℃时进行多次回火，这样能够使残余的奥氏体得到消除，才能使高速钢的硬度和热硬性得到保证。此外，在回火冷却过程中，会将部分奥氏体转为马氏体，这相当于是进行了二次淬火，会大大提高高速钢的硬度。为确保二次回火冷却时的马氏体消除内应力，还需进行第三次回火。由此可见高速钢的热处理是一个经历退火、淬火和多次回火的复杂过程。
结语：通过对高速钢的成分特点、性能、应用范围以及热处理工艺特点的介绍，进一步明确了高速钢成分与性能之间、热处理工艺与性能之间存在的内在联系。为确保高速钢刀具得到高效利用，需高度重视其热处理工艺，做到锻造后的退火，加工后的淬火和回火，这样才能使其性能得到最大限度发挥，才能降低高速钢的浪费率。
参考文献
[1] 杨 杰，祁宇翔. 高速钢的成分及热处理特点分析. 承德民族职业技术学院学报.2005 年第2 期：86.
[2] 黄敏. 高速钢热处理特点分析. 科技信息.2010年26期：604.
作者简介
刘生伟，1968年8月，男，河北省黄骅市人，本科，工程师，研究方向：热处理；河北省黄骅市五一机械有限公司。
[关键词]高速钢 成分特点 性能 热处理
中图分类号：TF124.36 文献标识码：TF 文章编号：1009―914X（2013）22―0391―01
引 言：高速钢又称高速工具钢或锋钢，它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素，于1898年由美国的F.W.泰勒和M.怀特创制。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。通常采用熔炼方法和粉末冶金方法生产高速钢，粉末冶金高速钢具有避免熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形的优点，故而近年来这种方法被广泛应用。在生产精密零件、复杂零件及成型加工零件时，刀具必须具备高速使用性能，需要有热硬性、耐磨性、沖击韧性高等特点，这无疑给高速钢提供了广阔的市场空间。鉴于此，本文对高速钢成分特点、性能、应用范围以及热处理工艺特点进行介绍，以便更好地把握高速钢成分特点与性能之间的内在关系，为高效应用高速钢提供参考。
一、高速钢的成分特点
在我国，W18Cr 4V、W6Mo 5Cr 4V2的高速钢被广泛应用，这是由于高速钢具有较强的热硬性，在温度达到600℃时仍可保持约HRC60的硬度。这一优良特性使得高速钢成为拉刀、铣刀、钻头以及车刀、刨刀等成型刀具的首选。然而，这种优良的性能取决于其特殊的成分。下面对高速钢的成分特点进行介绍：
一是具有较高的碳含量。高速钢的含碳量一般在0.70-1.65%之间，含碳量越高其硬度也就越高。比如含碳量达到1.6-1.9%的W12Cr4Mo3Co5Si就属于超硬高速钢，热处理后的硬度可以达到HRC69-70，可用来代替硬质合金刀具使用。恰恰是高速钢较高的含碳量才保证了其在猝得马氏体后有高的硬度，在与强碳化物形成元素生成极硬的合金碳化物，大大增大钢的耐磨性和热硬性。[1] 高速钢之所以具有如此好的性能，是因为其含碳量恰如其分、恰到好处。如果含碳量过低，则达不到必要的硬度；如果含碳量过高，又会因碳化物偏析而导致钢的塑性和韧性达不到预期效果。
二是含有铬、钨、钼、钒、钴等成分。高速钢中铬（Cr）的成分约占3.5-4.5%，它可形成Cr23C6，也能部分固溶于其它碳化物。淬火加热时Cr23C6能全部固溶于奥氏体，是增大钢的淬透性的主要元素，使不太厚的刀具加热后空冷即可淬成马氏体。铬也可提高钢的回火稳定性和二次硬化效应，但比强碳化物元素微弱的多。固溶体中合有较高的铬，刃具在切削过程中抗氧化能力增大，粘刀现象减小，切削能力提高；钨、钼钼和钨是同族元素，也是碳化物形成元素，在高速钢中的作用也相似。淬火加热时都很难溶解，对晶粒长大起到阻碍作用。在回火过程中它们的碳化物弥散析出于马氏体基体上造成高速钢的二次硬化效应，并且其碳化物不易聚集长大，因而有利于高速钢的红硬性；高速钢中含钒量为1%-5%，钒是高速钢中提高红硬性的主要元素，钒所形成的稳定的VC在回火过程中能以细小弥散质点析出，达到比钨、钼还强的二次硬化效果，使钢的热硬性明显提高；钴在高速钢中不能形成碳化物，但它在加热时能大部分或全部溶解于奥氏体中，它还能够阻碍其他元素扩散、阻碍奥氏体分解，有一定的提高淬透性的作用。正因为在高速钢中加入了钴，才保证了其热硬性和硬度。高速钢的成分特点决定了其具有其他钢所无可比拟的优良特性。
二、高速钢的性能及其应用范围
高速钢作为一种成分复杂的高合金钢，通过一定的热处理工艺后具有较好的热硬性。在切削温度达到600℃时，其硬度用仍能保持较高的水平，这一性能赋予它成为高速切削刀具。作为切削刀具，其刃部必须承受巨大的外部压力、炙热的高温、强烈的摩擦以及剧烈的磨损，只有承受住这些考验才可能圆满完成切削任务，不至于弯曲、扭转、断裂。而高速钢恰恰因为其成分特点具备了高硬度、高热硬性、高耐磨性、足够的强度、塑性和韧性。高速钢的良好性能决定了其广泛的市场前景，它被广泛应用于机械和工具制造业，成为精密零件、复杂零件及成型加工零件的必然选择。
三、高速钢热处理特点
尽管高速钢的成分特点使其具备较好的性能提供了前提，但终究离不开科学的热处理加工工艺。高速钢的成分特点决定了其热处理工艺所具有的特殊性，只有科学、正确的热处理工艺才能保证热处理后高速钢优良的性能。对于高速钢而言，常见的热处理主要包括锻造后的退火，加工后的淬火和回火。锻造后的退火分普通退火和等温退火两种工艺方法，退火是为了达到降低硬度、改善切削加工性、消除锻后残余应力的目的。同时，退火还是为淬火做准备的必须过程。淬火温度通常为1200℃左右，淬火前，需要充分进行预热。这样不仅能避免将工件由室温骤然上升至1200℃的淬火温度导致工件的变形和断裂，还可以大大缩短淬火加热时间、防止工件氧化脱碳。由于高速钢中合金碳化物具有较高的溶解温度，难于溶解，加热温度越高，碳化物溶入奥氏体越多，淬火后马氏体中的合金含量也越多，马氏体硬度越高，而回火后得到高的热硬性。[2] 但需要合理掌握淬火温度，一旦温度过高会导致高速钢的韧性减弱、脆性增大，影响到高速钢的性能。还需对回火时机准确把握，一般掌握在温度达到550-570℃时进行多次回火，这样能够使残余的奥氏体得到消除，才能使高速钢的硬度和热硬性得到保证。此外，在回火冷却过程中，会将部分奥氏体转为马氏体，这相当于是进行了二次淬火，会大大提高高速钢的硬度。为确保二次回火冷却时的马氏体消除内应力，还需进行第三次回火。由此可见高速钢的热处理是一个经历退火、淬火和多次回火的复杂过程。
结语：通过对高速钢的成分特点、性能、应用范围以及热处理工艺特点的介绍，进一步明确了高速钢成分与性能之间、热处理工艺与性能之间存在的内在联系。为确保高速钢刀具得到高效利用，需高度重视其热处理工艺，做到锻造后的退火，加工后的淬火和回火，这样才能使其性能得到最大限度发挥，才能降低高速钢的浪费率。
参考文献
[1] 杨 杰，祁宇翔. 高速钢的成分及热处理特点分析. 承德民族职业技术学院学报.2005 年第2 期：86.
[2] 黄敏. 高速钢热处理特点分析. 科技信息.2010年26期：604.
作者简介
刘生伟，1968年8月，男，河北省黄骅市人，本科，工程师，研究方向：热处理；河北省黄骅市五一机械有限公司。