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談一下刀具材料中的高速鋼

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談一下刀具材料中的高速鋼

發布日期:2018-08-14 作者:www.nomiyamaki.com 點擊:

談一下刀具材料中的高速鋼

高速鋼刀具材料主要由兩種基本成分構成:一種是金屬碳化物(碳化鎢、碳化鉬或碳化釩),它賦予刀具較好的耐磨性;二是分布在周圍的鋼基體,它使刀具具有較好的韌性和吸收沖擊、防止碎裂的能力。

高速鋼的發明使切削中碳鋼的速度由提高到大約30m/min。拿一個直徑65mm,長度1000mm的45鋼工件來說,原來的加工時間需要100分鐘,而應用高速鋼只需要約25分鐘。因此,人們對它的速度驚嘆不已,稱其為“高速鋼”。W18Cr4V作為一個經典的高速鋼牌號,一直延續使用至今。只是由于鎢資源的缺乏,以及高鎢高速鋼在熱成形工藝性方面的一些不足,在近20年里,它的統治地位才逐漸被W6Mo5Cr4V2(即M2)所取代。

碳化鎢(WC)在大幅度提高高速鋼的切削速度方面的貢獻是決定性的,我個人的看法,是這一發現對于以后硬質合金的發明也具有奠基石的作用。如今我們大量使用的鎢基硬質合金,其主要的硬質相(對刀具硬度、耐磨性其決定作用的成分)依然是碳化鎢。

高速鋼后來有被稱為“風鋼”。我在30年前進入工具廠時,絕大多數的工人師傅都是這么稱呼高速鋼的。在學習有關熱處理的知識時,老師告訴我,其它許多鋼材在進行淬火時,當材料被加熱到完全奧氏體的相變溫度以后,必須放入水或其它介質中急速冷卻以得到堅硬的“馬氏體”組織,如果冷卻速度慢了(例如在空氣中冷卻),就會變成較軟的珠光體、滲碳體等組織,硬度就會比較低;而高速鋼在加熱到“奧氏體”組織后即使在空氣中冷卻,也會得到“馬氏體”組織,即高速鋼能夠在“風”中淬硬,它“風鋼”的名稱由此而來。

實踐發現高速鋼的晶粒大小對高速鋼的性能產生著巨大的影響。在網站上曾經發過一份資料,是《W18Cr4V鋼奧氏體晶粒度參考圖》,其中號碼數字較大的高速鋼(如11號)比號碼數字較小的(如8.5號)的性能優越許多。有資料稱,制備普通高速鋼時,是將熔化的鋼水從鋼水包中注入鑄模,使其緩慢冷卻凝固。此時,金屬碳化物從溶液中析出,并形成較大的團塊。高速鋼中添加的合金含量越多,碳化物團塊就越大。達到某一臨界點時,可形成尺寸極大的碳化物團塊(直徑可達40μm)。出現大的碳化物團塊的臨界點根據鋼錠的尺寸以及其它因素而略有不同,但一般是在碳化釩含量達到約4%時發生。通過對鋼錠進行鍛造、軋制等后續加工,可以粉碎其中一部分碳化物團塊,但不可能將其完全消除。雖然增加鋼材中金屬碳化物顆粒的數量可以改善材料的耐磨性,但隨著合金含量的增加,碳化物的尺寸及團塊數量也會隨之增加,這對于鋼材的韌性會產生極其不利的影響,因為大的碳化物團快可能成為產生裂紋的起始點。因此,國外很早就開展研究,追求高速鋼的細晶?;?。


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