高速鋼材料
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:5807
高速鋼是一種含多量碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等元素的高合金鋼,熱處理后具有高熱硬性。當(dāng)切削溫度高達(dá)600℃以上時(shí),硬度仍無明顯下降,用其制造的刀具切削速度可達(dá)每分鐘60米以上,而得其名。高速鋼按化學(xué)成分可分為普通高速鋼及高性能高速鋼,按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼。
普通高速鋼
圖一: 高速鋼是制造形狀復(fù)雜、磨削困難的刀具的主要材料。普通高速鋼可滿足一般需求。常見的普通高速鋼有兩種,鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。 鎢系高速鋼 典型牌號(hào)為W18Cr4V,熱處理硬度可達(dá)63-66HRC,抗彎強(qiáng)度可達(dá)3500MPa,可磨性好。
鎢鉬系高速鋼
典型牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2,目前正在取代鎢系高速鋼,具有碳化物細(xì)小分布均勻,耐磨性高,成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。熱處理硬度同上,抗彎強(qiáng)度達(dá)4700MPa,韌性及熱塑性比w18Cr4V提高50%。常用于制造各種工具,例如鉆頭、絲錐、銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等,可以滿足加工一般工程材料的要求。只是它的脫碳敏感性稍強(qiáng)。
另一牌號(hào)的普通高速鋼為W9Mo3Cr4V,這是中國(guó)近幾年發(fā)展起來的新品種。強(qiáng)度及熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2,硬度為HRC63-64,與韌性相配合,容易軋制、鍛造,熱處理工藝范圍寬,脫碳敏感性小,成本更低。這三個(gè)牌號(hào)的普通高速鋼在中國(guó)市場(chǎng)的比例分別為:W18Cr4V,16.5%W6Mo5Cr4V2,69%;W9Mo3Cr4V,11%。
高性能高速鋼
高性能高速鋼具有更好的硬度和熱硬性,這是通過改變高速鋼的化學(xué)成分,提高性能而發(fā)展起來的新品種。它具有更高的硬度、熱硬性,切削溫度達(dá)攝氏650度時(shí),硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性為普通高速鋼的1.5-3倍,適用于制造加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金、高強(qiáng)度鋼等難加工材料的刀具。
主要品種有4種,分別為高碳系高速鋼、高釩系高速鋼、含鈷系高速鋼和鋁高速鋼。
高碳系高速鋼
牌號(hào)為9w18Cr4V,因含碳量高(0.9%),故硬度、耐磨性及熱硬性都比較好。用其制造的刀具在切削不銹鋼、耐熱合金等難加工材料時(shí),壽命顯著提高,但其抗彎強(qiáng)度為3000MPa,沖擊韌性較低,熱處理工藝要求嚴(yán)格。
高釩系高速鋼
牌號(hào)有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美國(guó)牌號(hào)M3),含釩量達(dá)3-4%,使耐磨性大大提高,但隨之帶來的是可磨性變差。高釩系高速鋼的使用及發(fā)展還需要依賴于磨削工藝及砂輪技術(shù)的發(fā)展。
鈷高速鋼
牌號(hào)有W2Mo9Cr4VCo8(美國(guó)牌號(hào)M42)。其特點(diǎn)為:含釩量不高(1%),含鈷量高(8%),鈷能促使碳化物在淬火加熱時(shí)更多地溶解在基體內(nèi),利用高的基體硬度來提高耐磨性。這種高速鋼硬度、熱硬性、耐磨性及可磨性都很好。熱處理硬度可達(dá)67-70HRC,但也有采取特殊熱處理方法,得到67-68HRC硬度,使其切削性能(特別是間斷切削)得到改善,提高沖擊韌性。鈷高速鋼可制成各種刀具,用于切削難加工材料效果很好,又因其磨削性能好,可制成復(fù)雜刀具,國(guó)際上用得很普遍。但中國(guó)鈷資源缺乏,鈷高速鋼價(jià)格昂貴,約為普通高速鋼的5-8倍。
鋁高速鋼
牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入鋁(Al)和硅(Si)、鈮(Nb)元素,來提高熱硬性、耐磨性。適合中國(guó)資源情況,價(jià)格較低。熱處理硬度可達(dá)到68HRC,熱硬性也不錯(cuò)。但是這種鋼易氧化及脫碳,可塑性、可磨性稍差,仍需改進(jìn)。國(guó)際市場(chǎng)上高性能高速鋼使用量已經(jīng)超過普通高速鋼25-30%。
本站注:按照通常的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),只有含鈷量在2%以上的高速鋼才稱為高性能高速鋼,代號(hào)為HSS-E。其它如鋁高速鋼等,雖然性能較普通高速鋼有所提高,但尚未有證據(jù)表明可以達(dá)到鈷高速鋼的同等性能。
粉末冶金高速鋼
圖二:粉末冶金高速鋼及其制品。
近幾年來高速鋼的最大變革就是發(fā)展了粉末冶金高速鋼,它的能優(yōu)于熔煉高速鋼。用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融高速鋼水,得到細(xì)小高速鋼粉末,篩選后為0.4mm以下的顆粒;在真空(0.04Hg)狀態(tài)下,密閉燒結(jié)達(dá)到密度65%;再在1100℃高溫、300MPa高壓下制成密度100%的鋼坯,然后鍛軋成鋼材,這樣有效地解決了熔煉高速鋼在鑄錠時(shí)要產(chǎn)生粗大碳化物偏析的問題,而它無論截面多大,其碳化物級(jí)別均為一級(jí)。碳化物晶粒極細(xì),小于0.002mm,而熔煉高速鋼碳化物晶粒為0.008-0.02mm。牌號(hào)為CPM T15的粉末冶金高速鋼,它的強(qiáng)度、韌性分別是同化學(xué)成分的熔煉高速鋼的2倍及2.5倍。盡管含釩量達(dá)5%,但由于碳化物晶粒細(xì),可磨性依然很好。高溫?zé)嵊捕纫脖热蹮捀咚黉撎岣?.5-1HRC。
又由于其物理機(jī)械性能高度各向同性,淬火變形小。碳化物顆粒均勻分布的表面較大,不易從刀具的切削刃上剝落,小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍,大尺寸刀具提高20-30%。
粉末冶金高速鋼具有良好的力學(xué)性能,適合制造:間斷切削條件下易崩刃的刀具、強(qiáng)度高而切削刃又必須鋒利的刀具,如插齒刀、滾刀、銑刀,高壓動(dòng)載荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小,晶粒細(xì),可磨性好,適合制造:大尺寸刀具、精密刀具、復(fù)雜刀具。這類材料的高溫?zé)嵊捕雀,又適合制造難加工材料所用的刀具,確實(shí)是面面俱到。
粉末冶金高速鋼生產(chǎn)過程較復(fù)雜,造價(jià)較高。中國(guó)鋼廠提供的品種較少,市場(chǎng)用量也很少。國(guó)際上著名鋼廠如美國(guó)Crucible公司已可提供近二十種粉末冶金高速鋼,日本神戶制鋼所、日立金屬公司均可提供近十種粉末冶金高速鋼,供應(yīng)量也在迅速增長(zhǎng)。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速鋼制造了鉆頭、銑刀、絲錐,NACHI公司制造了滾刀、插齒刀、剃齒刀。有理由相信技術(shù)性能高的粉末冶金高速鋼將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用,為金屬加工業(yè)帶來新的發(fā)展。
高速鋼的市場(chǎng)定位及發(fā)展趨勢(shì)
圖三:高速鋼材料按制造工藝可分為熔煉高速鋼及粉末冶金高速鋼
自二十世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)高速鋼以來,對(duì)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展起到了重要作用?梢哉f沒有高速鋼,就沒有現(xiàn)代的金屬加工業(yè)。盡管六十年代起,硬質(zhì)合金等材料崛起,但是對(duì)于制造形狀復(fù)雜、磨削困難的刀具,如拉刀、剃齒刀、插齒刀等,高速鋼始終處于主導(dǎo)地位。特別是要求刀具具備高韌性時(shí),就非高速鋼莫屬了。
高速鋼的主要應(yīng)用領(lǐng)域是機(jī)械和工具制造業(yè),必然要適應(yīng)這個(gè)行業(yè)的發(fā)展,近幾年來機(jī)械加工采用了高速度的數(shù)控機(jī)床,例如加工中心、車削中心等,金屬切削速度越來越快,要求刀具必須具有高速使用性能,即熱硬性、耐磨性、沖擊韌性要好,因此,廠家紛紛研發(fā)符合上述要求的高速鋼材料。
在機(jī)加工費(fèi)用中,材料約占15-20%,刀具約占25-35%。用戶對(duì)刀具的選用也越來越趨向合理,即選用性能與價(jià)格比好的刀具。
高速鋼刀具占主導(dǎo)地位的領(lǐng)域,如精密零件、復(fù)雜零件、成形加工零件的市場(chǎng)也越來越大,對(duì)可磨性的要求也越來越高。
高速鋼-走過一個(gè)世紀(jì)的鋼種,應(yīng)瞄準(zhǔn)特定市場(chǎng)空間,提高自身技術(shù)含量,去抗衡其它材料的挑戰(zhàn)。
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