解析W7Mo4Cr4V2Co5钢钨钼系含钴高速工具钢的淬火、 回火
普通高速钢的常用牌号
普通高速钢的常用牌号普通高速钢是一种高合金钢，主要成分包括碳、钨、钼、铬、钒等元素。
普通高速钢通过热处理后具有高热硬性，当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降。
用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，因此得名高速钢。
普通高速钢主要用于制造形状复杂、磨削困难的刀具，可满足一般需求。
常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢。
1. 钨系高速钢：典型牌号为W18Cr4V（W18）。
这种高速钢的综合性能好、通用性强、可磨削性强。
主要用于制造轻合金、碳素钢、合金钢、普通铸铁的精加工和复杂刀具，如螺纹车刀、钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具、拉刀等。
W18Cr4V的热处理硬度可达63-66HRC，抗弯强度可达3500MPa，可磨性好。
2. 钨钼系高速钢：典型牌号为W6Mo5Cr4V2（M2）。
这种高速钢的强度和韧性略高于W18Cr4V，耐磨性高，成本低。
W6Mo5Cr4V2主要用于制造要求热塑性好的刀具和受大冲击载荷的刀具。
其热处理硬度与W18Cr4V相当，抗弯强度达4700MPa，韧性及热塑性比W18Cr4V提高50%。
常用于制造各种工具，例如钻头、丝锥、铣刀、铰刀、拉刀、齿轮刀具等，可以满足加工一般工程材料的要求。
只是它的脱碳敏感性稍强。
另一个牌号的普通高速钢为W9Mo3Cr4V，这是中国近几年发展起来的新品种。
强度及热塑性略高于W6Mo5Cr4V2，硬度为HRC63-64，与韧性相配合，容易轧制、锻造，热处理工艺范围宽，脱碳敏感性小，成本更低。
除了通用型高速钢以外，还有一些特殊用途的高速钢牌号，例如W12Cr4V4Mo（EV4）、W6Mo5Cr4V3（M3）、W6Mo5Cr4V2Co8（M36）、W12Cr4V5Co5（T15）和W12Mo3Cr4V3Co5Si等。
这些特殊用途高速钢的硬度和耐磨性好，适合于加工耐热不锈钢、高温合金、高强度钢等难加工材料，适于制造钻头、滚刀、拉刀、和铣刀等。
高性能金属结构材料 —工具钢
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主要内容
1 碳素及低合金工具钢 2 高速工具钢 3 冷作模具钢 4 热作模具钢
重点及基本要求
掌握各类钢的典型牌号、成分特点、合金元素的作 用、热处理及应用。
重点是高速钢钢、高碳高铬模具钢、锤锻模用钢。 难点是高速钢的合金元素作用、热处理工艺制定的
依据和显微组织与性能特点。
淬火：高速钢的淬火是为了获得高合金的奥氏体，淬火后获得高合金 的马氏体，具有高的回火稳定性，在高温回火时析出弥散合金碳化物 产生次生硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。
高速钢中的M6C、M23C6和MC比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。 三者中M23C6稳定性最差，在900℃以上大量溶解，到1090 ℃溶解完 毕； M6C在1037℃以上开始溶解，对W18Cr4V钢，1250 ℃以上溶解 量逐渐减小；MC在1100℃以上逐渐溶解，溶解速度比M6C慢。
MS(220℃)以下为马氏体转变区间。淬 火 后 约 含 有 70 ％ 的 隐 晶 马 氏 体 ， 还 用 20～25％残留奥氏体。在冷却过程中中 温停留或缓冷，将发生奥氏体热稳定化， 使MS点下降，残留奥氏体增多。
W18Cr4V钢加热1300℃时过 冷奥氏体恒温转变曲线
淬火方式一般用油淬空冷，对细长 件和薄片刃具采用分级淬火，一般用 580～620℃一次分级或再在350～400 ℃做二次分级。
二、高速工具钢
工具钢－高速工具钢
➢ 高速工具钢适用于高速切削刃具，由于合金度高，可保证刃部 在650℃时硬度仍高于HRC50，从而具有优良的切削性和耐磨 性。高速钢可分为三类：钨系高速钢，钼系高速钢和钨钼系高 速钢。其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的W6Mo5Cr4V2应用最普 遍，属于通用型高速钢，而高碳高钒、含钴高钒高钴和超硬高 速钢属于特殊高性能高速钢。
火焰淬火钢7CrSiMnMoV在模具上的应用
火焰淬火钢7CrSiMnMoV在模具上的应用由于在高温、高速、高负荷条件下工作，模具通常采用耐高温、耐磨、合金成分较高的合金钢、耐热钢、硬质合金等难加工材料制成。
为了提高寿命还须进行特定的热处理工艺或表面强化工艺，所以加工难度很大。
超硬刀具切削、电、化学加工等特殊的加工方法可以解决一些问题，但成本明显增加。
目前，我国广泛使用的冷作模具钢有CrWMn 和Cr12型钢等。
前者的缺点是易形成网状碳化物，而后者共晶碳化物带状偏析严重，结果都使钢的强韧性降低，导致模具易崩刃、断裂而早期失效。
为了改善强韧性，生产上采用了多种强韧化工艺，如低温淬火工艺等。
另一方面，人们通过合金化方法，在努力寻求性能更为优越的冷作模具钢。
火焰淬火模具钢7CrSiMnMoV(代号CH-1)即是工业发达国家近年开发和使用的新型模具钢，其主要特点如下：(1)强韧性好火焰淬火具有和整体淬火相近的硬度和各种性能。
淬硬层下有高韧性基体作衬垫，工作时刃口不易产生开裂、崩刃现象。
采用表面强化工艺后硬化层保留了一定的压应力(304MPa)，可提高疲劳强度，使模具获得较高的使用寿命。
(2)淬火变形小当模具全部加工成型后，在刃口用氧-乙炔火焰加热至淬火温度，然后空冷即达到淬火目的，不须其它加工，所以变形很小。
(3)修复方便可焊性好，制造有偏差时可用相应的焊条进行补焊，经打磨修整即可达到理想的效果。
(4)节省费用，降低成本由于只需氧-乙炔气源，不受场地、装备的限制，操作方便。
省去整体淬火多次加热回火的繁琐工序，提高了生产率。
初步统计结果，7CrSiMnMoV钢采用火焰淬火工艺制造的模具与Cr12钢模具相比省电约80%，劳动生产率提高约20%，热处理总费用降低70%左右，模具寿命提高1.5倍以上。
汽车、摩托车用大型模具切边刃口通常采用Cr12或Cr12MoV钢材料。
由于模具尺寸较大，又多为三维异型曲面，所以不论采用整体结构或镶拼结构，加工都十分困难。
整体结构浪费材料，工艺的可行性要受到热处理炉口尺寸的限制。
常用钢的牌号成分热处理性能及用途
常用钢的牌号成分热处理性能及用途钢是一种铁碳合金，通过调整碳含量和添加其他合金元素，可以获得不同性能的钢材。
下面介绍几种常用的钢材及其牌号、成分、热处理、性能和用途。
1.高速钢（HSS）牌号：W18Cr4V（国内）、M2（国外）成分：碳（C）0.80%~0.90%、钼（Mo）4.50%~5.50%、铬（Cr）3.80%~4.60%、钒（V）1.70%~2.10%、钨（W）5.50%~6.70%热处理：淬火（1150℃~1230℃）+回火（530℃~560℃）性能：高硬度、高耐磨性、耐高温疲劳、较好的切削性能用途：刀具、钻头、铣刀等，适用于高速切削、金属切削加工。
2. 不锈钢（Stainless Steel）牌号：201、304、316等成分：铬（Cr）≥12%，镍（Ni）≥10%热处理：抗应力腐蚀热处理性能：耐腐蚀性好、高强度、耐高温用途：厨具、家电、建筑、化工、医疗器械等。
3. 低合金高强度结构钢（High Strength Low Alloy Steel，HSLA）牌号：Q345B、Q420、Q690等成分：碳（C）≤0.20%、锰（Mn）≤1.70%、硅（Si）≤0.50%、磷（P）≤0.030%、硫（S）≤0.025%热处理：淬火（910℃~960℃）+回火性能：高强度、良好的可塑性、焊接性能好用途：桥梁、建筑、汽车、造船等领域的结构件。
4. 冷轧板（Cold Rolled Steel）牌号：SPCC、DC01等成分：碳（C）≤0.08%、锰（Mn）≤0.50%、硅（Si）≤0.035%、磷（P）≤0.020%、硫（S）≤0.020%热处理：无需热处理，冷轧后直接成型性能：表面质量好、尺寸精度高、机械性能较好用途：汽车、家电、建筑、家具等。
5. 工具钢（Tool Steel）牌号：T7、T8、T10等成分：碳（C）0.70%~1.00%、锰（Mn）0.20%~0.60%、硅（Si）≤0.35%、磷（P）≤0.03%、硫（S）≤0.03%热处理：淬火（840℃~870℃）+回火（150℃~250℃）性能：硬度高、加工性能好、耐磨性好用途：冲模、挤压模具、金属切削工具等。
淬火后的W钢-合金工具钢的有什么样的特性
淬火后的W钢-合金工具钢的有什么样的特性
W钢加铬、钨以增加淬火性、耐磨损性，其淬火性与耐磨性较好，淬火后的硬度和耐磨性较碳工钢好，且淬火变形较小，水淬不易开裂。
W钢模具钢的特性，常用的合金工具钢，刃具用钢，量具用钢。
供货状态及硬度，退火态，硬度229～187HBS，压痕直径4.0～4.4mm。
淬火、回火规范淬火温度800～820℃，水冷，硬度62～64HRC ；回火温度150～180℃，硬度 59～61HRC。
化学成分（质量分数，%）C1.05～1.25、Mn 0.20～040、Si≤0.35、Cr 0.10～0.30、W 0.80～1.20。
参考对应钢号我国GB标准钢号W、我国台湾SNS标准钢号SKS21、日本JIS标准钢号SKS21、美国ASTM标准钢号F1、美国UNS 标准钢号T60601、德国DIN标准钢号120W4、德国DIN标准材料编号1.2414、俄罗斯гOCT标准钢号B1、英国BS标准钢号BF1。
热加工规范开始温度1050℃，终止温度850℃。
典型应用举例
①多用于工作温度不高、切削速度不大的刀具，如小型麻花钻、丝锥、板牙、铰刀、锯条、辊式刀具等。
②也可用于耐冲击工具。
③量具用钢。
④适用于冷作模具钢。
刀具的牌号标准
国家标准GB/T17111《切削刀具高速钢分组代号》规定了用于制造切削刀具，如丝锥、钻头、立铣刀等的高速钢的分组代号，适用于切削刀具用高速钢的分类。
国家标准GB/T17111《切削刀具高速钢分组代号》规定了用于制造切削刀具，如丝锥、钻头、立铣刀等的高速钢的分组代号，适用于切削刀具用高速钢的分类。
但该标准不规定高速钢成分，它由GB/T 9943规定。
在该标准中，定义常规高速钢(conventional high-speed steel)是通过传统的铸锭冶炼工艺生产的高速钢，而定义粉末冶金高速钢(powder metallurgy high-speed steel)是通过粉末冶金工艺生产的高速钢。
该标准的切削刀具用高速钢分组代号见表1。
标准说明，除标准代号之外，制造商该标准还举出了5个示例。
∙示例1：按照常规工艺生产，符合GB/T 9943的高速钢W4Mo3Cr4VSi ，钨当量[W]为8 ，其代号为：HSS-L；∙示例2 ：按照常规工艺生产，符合GB/T 9943的高速钢W6Mo5Cr4v2，含钴量为0%，含钒量为2% ，钨当量[W]为13.6，其代号为：HSS；1：按照常规工艺生产，符合GB/T9943的高速钢W4Mo3Cr4VSi ，钨当量[W]为8 ，其代号为：HSS-L；∙示例2 ：按照常规工艺生产，符合GB/T 9943的高速钢W6Mo5Cr4v2，含钴量为0%，含钒量为2% ，钨当量[W]为13.6，其代号为：HSS；3：按照常规工艺生产，符合GB/T9943的高速钢W6Mo5Cr4v2Co5，含钴量为5%，含钒量为2% ，其代号为：HSS-E；∙示例4 ：按照粉末冶金工艺生产，符合ISO 4957的高速钢HS6-5-2(相当于我国GB/T 9943的高速钢W6Mo5Cr4v2)，含钴量为0%，含钒量为1.8% ，其代号为：HSS-PM ∙示例5：按照粉末冶金工艺生产，符合ISO 4957的高速钢HS6-5-3-8，含钴量为8%，含钒量为3%，其代号为：HSS-E-PM该标准还给出了一个资料性附录，对列如国家标准的19种常用高速钢的代号进行了列举，见表2。
高速工具钢材料
高速工具钢棒牌号：W18Cr4V标准：GB/T 9943-1988●特性及适用范围：是使用最广泛的钨系通用型高速钢，硬度、红硬性及高温硬度较高，易于磨削加工。
适用作工作温度在600℃以下仍能保持切削性能的刀具，如车、刨、铣、铰、拉刀、钻头、各种齿轮刀具及丝锥、板牙等，适于加工软的或中等硬度(300～320HB以下) 的材料。
及制作高温耐磨机械零●化学成份：碳 C ：0.70～0.80(允许偏差:±0.01)硅Si：0.20～0.40(允许偏差:±0.05)锰Mn：0.10～0.40(允许偏差:+0.04)硫S ：≤0.030磷P：≤0.030铬Cr：3.80～4.40(允许偏差:±0.05)镍Ni：允许残余含量≤0.30铜Cu：允许残余含量≤0.25钒V ：1.00～1.40(允许偏差:±0.05)钼Mo：≤0.30(允许偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸＞6,±0.10)钨W ：17.50～19.00(允许偏差:尺寸≤10,±0.10;＞10,±0.20)●力学性能：硬度：交货硬度:(其他加工方法)≤269HB; (退火)≤255HB。
试样热处理制度及淬回火硬度:≥63HRC●热处理规范及金相组织：热处理规范：淬火,820～870℃预热，1270～1285℃(盐浴炉)或1270～1285℃(箱式炉)加热，油冷，550～570℃回火2次，每次1h。
牌号：W18Cr4VCo5标准：GB/T 9943-1988●特性及适用范围：为钨系一般含钴型高速钢，较W18Cr4V的红硬性和高温硬度稍高，但韧性低，淬火后，表面硬度可达63～66HRC 。
用作高速切削刀具、自动化机床的刀具，供切削较高强度材料用。
●化学成份：碳 C ：0.70～0.80(允许偏差:±0.01)硅Si：0.20～0.40(允许偏差:±0.05)锰Mn：0.10～0.40(允许偏差:+0.04)硫S ：≤0.030磷P：≤0.030铬Cr：3.75～4.50(允许偏差:±0.05)镍Ni：允许残余含量≤0.30铜Cu：允许残余含量≤0.25钒V ：0.80～1.20(允许偏差:±0.05)钼Mo：0.40～1.00(允许偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸＞6,±0.10)钨W ：17.50～19.00(允许偏差:尺寸≤10,±0.10;尺寸＞10,±0.20)钴Co：4.25～5.75(允许偏差:±0.15)●力学性能：硬度：交货硬度:(其他加工方法)≤285HB; (退火)≤269HB。
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬1、碳素工具钢碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。
用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。
常温硬度60～64HRC。
当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。
碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。
2、合金工具钢为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。
常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。
合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。
但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。
因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。
3、高速钢高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。
高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。
高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。
高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。
拉刀、齿轮刀具等。
高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。
1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。
常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。
② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。
因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。
2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。
6542高速钢的热处理及其性能
由显微金相照片可 以看出，高速钢水 淬所得的金相组织 为马氏体+碳化物+ 残余奥氏体。图中 马氏体跟碳化物清 晰可现。白色物质 为含碳化合物。
500× 高速钢水淬显微金相照片
高速钢1200℃加热油淬
图中所的金相 组织为马氏体+ 碳化物+残余奥 氏体，白色物 质为含碳化合 物，灰色针状 物质为回火马 氏体。
820~870 ℃
550~650℃
400℃分级淬火
560℃ 1h
560℃ 1h
560℃ 1h
时间/t
实验中所用实际热处理工艺曲线（考虑工件形状及其尺寸） W6Mo5Cr4V2高速钢实际热处理过程
温
1190~1230℃
度
/
℃
560℃
400℃分级
淬火
1h
560℃ 1h
560℃ 1h
时间/t
实验设计思想概述
实验结果
由图中可以看出，高 速钢退火态的组织为 在铁素体机体上分布 着弥散析出的球状碳 化物，图中白色点状 物质即为球状碳化物。
500×
不完全退火态原始
组织显微金相照片
1000 × 不完全退火态原始组织显微金相照片
1000℃加热不完全淬火
由图可以看出，高速 钢的不完全淬火金相 为大量的合金碳化物 并没有溶解而是弥散 分布在淬火后的马氏 体基体上，图中白色 物质即为合金碳化物。
实验共分6组进行 1组为退火后原始试样，打磨抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀做显微金相
照片
2组做1000 ℃ ℃加热不完全淬火，用400℃盐浴分级淬火，淬火后进行3 次高温回火
3、4、5组为1200℃加热，分为400℃分级淬、水淬、油淬三种方式淬火， 然后进行三次高温回火
高速工具钢(GB／T9943—1988)
(1)牌号和化学成分见表3-48。
表3-48高速工具钢的牌号和化学成分牌号化学成分(质量分数)(％)C Mn Si Cr V W Mo CoW18Cr4V O.70～O.8O.10～0.400.20～0.403.80～4.401.00～1.4017.50～19.00≤O.30W18Cr4VC05 0.70～O.80.10～O.40O.20～0.403.75～4.500.80～1.2017.50～19.000.40～1.004.25～5.75W18Cr4V 2Co8 0.75～O.85O.20～O.40O.20～0.403.75～5.001.80～2.4017.50～19.000.50～1.257.00～9.50W12Cr4V 5Co5 1.50～1.60O.15～0.40O.15～0.403.75～5.004.50～5.2511.75～13.00≤1.004.75～5.25W6Mo5Cr4V2 0.80～O.9O.15～0.40O.20～0.453.80～4.401.75～2.205.50～6.754.50～5.50CW6Mo5 Cr4V2 0.95～1.05O.15～0.40O.20～O.453.80～4.401.75～2.205.50～6.754.50～5.50W6Mo5Cr4V3 1.00～1.10O.15～O.400.20～0.453.75～4.502.25～2.755.00～6.754.75～6.50CW6Mo5 Cr4V3 1.15～1.25O.15～0.40O.20～O.453.75～4.502.75～3.255.00～6.754.75～6.50W2M09Cr4V2 0.97～1.050.15～O.40O.20～O.553.50～4.001.75～2.251.40～2.108.2～9.20W6M05Cr 4V2Co5 O.80～O.90.15～O.40O.20～O.453.75～4.501.75～2.255.50～6.504.50～5.504.50～5.50W7M04Cr 4V2C05 1.05～1.150.20～0.600.15～0.503.75～4.501.75～2.256.25～7.003.25～4.254.75～5.75W2M09Cr 4VC08 1.05～O.15～O.40O.15～O.653.50～4.250.95～1.351.15～1.859.00～10.007.75～8.751.15W9M03Cr4V O.77～O.870.20～0.40O.20～0.403.80～4.401.30～1.708.50～9.502.70～3.30W6M05Cr 4V2Al 1.05～1.200.15～O.400.20～O.603.80～4.401.75～2.205.50～6.754.50～5.50A10.80～1.20注：1.所有牌号钢的磷、硫含量均分别不大于0.030％。
高速钢的分类
高速钢的分类、性能及用途高速钢是含有W、Mo、Cr等合金元素较多的合金工具钢。
热处理后的硬度为62-66HRC，抗弯强度约为3.3GPa，耐热性为600℃左右。
它具有热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口等优点。
高速钢的应用范围很广，使用量约占刀具材料总量的60%-70%，特别适合于制造各种形状复杂的刀具和精加工刀具，如各类孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、切齿刀具等。
高速钢按基本化学成分分为钨系和钨钼系两大类；按性能可分为普通高速钢（通用型高速钢）和高性能高速钢；按制造工艺方法的不同可分为熔炉高速钢和粉末冶金高速钢。
下面我们来看下常用高速的分类、性能以及用途：通用高速钢钢号：W18Cr4V(W18)硬度HRC：62-65抗弯强度/GPa：3.0-3.4冲击韧性/（MJm2）：0.18-0.32600℃时的硬度HRC：48.5特点：强度较好，可磨性好，可用普通钢玉砂轮磨削，耐热性中等，热塑性差主要用途：通用性强，广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等高性能高速钢钢号：W6Mo5Cr4V2(M2)硬度HRC：63-66抗弯强度/GPa：3.5-4.0冲击韧性/（MJm2）：0.30-0.40600℃时的硬度HRC：47-48特点：强度高，热塑性好，耐热性、可磨性稍次于W18Cr4V，可用普通钢玉砂轮磨削主要用途：适用于制作热成形刀具和承受冲击、结构薄弱的刀具钢号：W14Cr4VMnRE硬度HRC：64-66抗弯强度/GPa：约4.0冲击韧性/（MJm2）：约0.31600℃时的硬度HRC：50.5特点：强度高，热塑性好，耐热性、可磨性稍次于W18Cr4V，可用普通钢玉砂轮磨削主要用途：切削性能与W18Cr4V相当，适于制作热轧刀具钢号：W9Mo3Cr4V硬度HRC：65-66.5抗弯强度/GPa：4.0-4.5冲击韧性/（MJm2）：0.35-0.40600℃时的硬度HRC：无特点：耐热性、热塑性、热处理性能均较好，综合性能优于W18与M2主要用途：刀具寿命较长，用于制作加工普通轻合金、钢和铸铁的刀具钢号：高碳高钒/W12Cr4V4Mo(EV4)、W6Mo5Cr4V3(M3)、W9Cr4V5硬度HRC：65-67、65-67、63-66抗弯强度/GPa：约3.2、约3.2、约3.2冲击韧性/（MJm2）：约0.245、约0.25、约0.25600℃时的硬度HRC：51.7、51.7、51特点：硬度及耐磨性高，但强度及韧性较低，耐热性比通用型高速钢高。
金属材料学（戴起勋版）第4章整理答案
金属材料学（戴起勋版）第4章整理答案4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？工具钢使用性能：（1）硬度。
工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。
工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
（2）耐磨性。
工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。
工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变。
（3）强度和韧性。
工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
（4）其他性能。
由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。
工艺性能:（1）加工性.工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造和使用。
钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。
（2）淬火温度范围.工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性。
（3）淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。
淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。
淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。
淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求。
（4）脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。
在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
（5）热处理变形性. 工具在热处理时，要求其尺寸和外形稳定。
（6）耐削性.对很制造刀具和量具用钢。
要求具有良好的磨削性。
钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量，如果钒质量分数不小于0.50%则磨削性变坏。
机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度。
（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。
（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度。
（4）较高的韧性，以降低缺口敏感性。
各元素在高速钢中的作用
各元素在高速钢中的作用高速钢是一种优质的工具钢，具有较高的硬度、抗磨损性和耐热性。
其主要成分包括碳、钼、钒、钨、铬和其他合金元素。
不同元素在高速钢中起到不同的作用，下面将详细介绍各元素的作用。
1.碳（C）：碳是高速钢的主要合金元素之一、适量的碳含量能提高高速钢的硬度和强度。
碳与铁的固溶体形成固溶体强化，可以阻碍位错运动，提高高速钢的硬度。
但是过高的碳含量会导致高速钢产生脆性，因此碳含量应控制在0.7%-1.2%。
2.钼（Mo）：钼是提高高速钢热硬性和耐热性的关键元素。
钼的主要作用是与碳形成碳化物，增加高速钢的硬度和强度。
此外，钼还能够抑制高温下奥氏体晶粒的长大，提高高速钢的耐热性。
通常，高速钢中的钼含量为3%-10%。
3.钒（V）：钒是高速钢中的重要合金元素之一、钒能够与碳形成稳定的碳化物，进一步提高高速钢的硬度和热硬性。
此外，钒还能够改善高速钢的加工硬化性能，并提高高速钢的耐热性和耐磨性。
通常，高速钢中的钒含量为0.5%-6%。
4.钨（W）：钨是高速钢中的重要合金元素之一、钨在高温下具有较高的熔点和较高的热稳定性，能够提高高速钢的耐热性和耐磨性。
此外，钨还能够与碳形成稳定的碳化物，提高高速钢的硬度和强度。
通常，高速钢中的钨含量为1%-21%。
5.铬（Cr）：铬是高速钢中的重要合金元素之一、铬具有良好的耐腐蚀性和耐热性，可以提高高速钢的抗氧化性和耐磨性。
此外，铬还能够与碳形成稳定的碳化物，提高高速钢的硬度和强度。
通常，高速钢中的铬含量为3%-13%。
除了以上几种主要合金元素外，高速钢中还含有一些其他合金元素，如钴（Co）、镍（Ni）、锰（Mn）等。
这些元素主要起到合金调节剂的作用，可以改善高速钢的热硬性、强度和韧性。
综上所述，各元素在高速钢中的作用各不相同，但共同的目标是提高高速钢的硬度、强度、抗磨损性和耐热性。
合理控制各元素的含量和配比，可以制备出具有优异性能的高速钢。
各类钢制车刀的热处理工艺
各类钢制车刀的热处理工艺一、W2Mo9Cr4VCo8钢制车刀的热处理工艺金属切削机床的种类很多，但在机械制造业中，车床要占全部切削机床的50%～60%。
车刀不仅种类很多，而且工作条件各异，有重切削、断续切削、高速切削等许多作业条件，加上难切削材料增多，这就要求车刀必须具备很好的耐磨性和较高的热硬性。
一般情况下，由于W2Mo9Cr4VCo8钢太昂贵，主要用来制作高精度的复杂刀具，但也有些厂家用W2Mo9Cr4VCo8钢制作车刀。
热处理工艺简介如下：采用盐浴热处理。
预热840～860℃×24～30s/mm；1175～1185℃×12～15s/mm加热；淬火冷却介质为中性盐浴，分级冷却时间同高温加热时间；淬火晶粒度控制在9.5～10级；如果车刀细长易变形，还应进行等温处理；510～530℃×1h×3次回火，硬度可达68～69HRC。
如此高的硬度，脆性比较大，从机床上掉下来就可能折断。
我们追求高硬度，但不唯高硬度，故使回火温度高过二次硬化峰，采用560℃三次或四次（等温需四次）回火，可使硬度降至66.5～67.5HRC。
二、W6Mo5Cr4V2Co5钢制车刀的热处理工艺旧标准GB/T 9943—1988《高速工具钢》规定，W6Mo5Cr4V2Co5钢中碳的质量分数为0.80%～0.90%，如果碳的质量分数为0.80%～0.86%，就很难使其制造的刀具硬度≥66HRC，失去了高性能高速钢的实际意义，Co的加入也就不能体现其优越性。
现行标准GB/T 9943—2008《高速工具钢》参照国际先进标准，将W6Mo5Cr4V2Co5钢中碳的质量分数提到0.87%～0.95%，以确保W6Mo5Cr4V2Co5钢刀具的硬度、耐磨性及热硬性。
W6Mo5Cr4V2Co5钢制车刀的热处理工艺如下：（1）预热840～860℃×24～30s/mm盐浴预热。
（2）加热1190～1210℃×12～15s/mm高温盐浴加热。
高速钢淬火的回火工艺【详解】
高速钢淬火的回火工艺内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.高速工具钢由于合金化程度高，适合于制作高速切削刃具，可保证刃部在650℃时实际硬度仍高于50HRC，具有优良的切削性和耐磨性。
根据钢中的主要元素成分，高速钢可分成3类：钨系高速钢、钼系高速钢和钨钼系高速钢。
高速钢导热率低，为减少工件在加热时的变形开裂，缩短高温保温时间以减少脱碳，可采用预热处理。
一次预热采用温度800～850℃，两次预热即在800～850℃前加一次500～600℃预热。
一般工具可采用一次预热工艺，形状复杂的工具或大型工具宜采用两次预热。
淬火工艺在高温盐浴炉中进行，短时保温以防止刃部脱碳和过热，一般用油淬+空冷，对细长件和薄片刃具采用分级淬火，一般用580～620℃一次分级或再在350～400℃作第二次分级。
我公司采用的冷却方式为580～650℃、280～320℃的二次分级淬火。
高速钢（W18Cr4V）淬火后的显微组织如图1所示，具有细晶粒组织，奥氏体晶界因淬火时有微量二次碳化物析出而易于浸蚀。
淬火高速钢回火的目的是从马氏体中析出弥散碳化物，产生次生硬化效应，消除残留奥氏体和淬火内应力。
淬火后的残留奥氏体合金度高，稳定性大，在回火加热过程中不易分解，在500～600℃保温时也仅从中析出合金碳化物，使残留奥氏体合金度有所降低，因而Ms点升高，在冷却到低温时，部分残留奥氏体发生马氏体转变，残留奥氏体含量由20%～25%减少到约10%左右。
但还需进一步降低残留奥氏体含量，消除新产生的马氏体引起的内应力，高速钢一般需在560℃回火3次。
W18Cr4V钢回火时的硬度变化如图2所示，回火次数与残留奥氏体量和硬度的关系如图3所示，回火后的组织为回火马氏体+碳化物。
W6Mo5Cr4V2钢制车刀的脉冲磁场回火工艺
W6Mo5Cr4V2钢制车刀的脉冲磁场回火工艺高速钢刀具的传统热处理工艺：高温淬火，550～570℃×1h×3次回火。
这种传统的热处理工艺，处理周期长，刀具寿命不高。
而采用脉冲磁场回火新工艺，可使钢的硬度、抗弯强度、冲击性能、热硬性等均有提高，刀具寿命提高1倍左右。
脉冲磁场回火工艺方法简介如下：（1）试验设备及方法选材采用国产的W6Mo5Cr4V2钢，淬火加热设备为高温盐浴炉和高温箱式炉，在硝盐浴中进行常规回火。
脉冲磁场回火在自制的脉冲磁场加热炉中进行，其功率为10kW，冷却介质也为硝盐浴。
脉冲磁场强度为1000Oe(1Oe=79.578A/m)以下。
冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm（无缺口）；抗弯试样是尺寸为10mm×10mm×120mm 的方钢。
（2）试验结果及分析1）脉冲磁场回火最佳工艺的确定。
为选择最佳回火工艺，确定在二次硬化峰560℃的温度下，改变磁场强度及回火时间，然后测定硬度的变化。
通过试验，560℃×45min2次回火，硬度均能达65.5HRC 以上；而常规560℃×1h×3次回火，要保证高硬度有一定难度。
2）脉冲磁场回火对组织和性能的影响由金相分析可知，经脉冲磁场回火者析出的二次碳化物弥散度大，而且晶粒细小、分布均匀；而常规回火析出的二次碳化物分布明显欠均匀。
再看断口形貌，经脉冲磁场回火的断口有局部的纤维区，有较多的撕裂岭。
脉冲磁场回火后的抗弯强度和冲击韧度比常规回火高出20%。
3）脉冲磁场回火对残余应力及残留奥氏体的影响。
从测试可知，高速钢刀具淬火后的残余应力经脉冲磁场回火后有明显下降，而常规回火下降幅度较小；脉冲磁场回火和常规回火残留奥氏体量相近。
但脉冲磁场回火时间短，速度快，完全可以代替常规多次回火。
（3）生产应用实例选用8mm×8mm、10mm×10mm、12mm×12mm W6Mo5Cr4V2钢制车刀做切削试验，结果表明，经脉冲磁场回火的车刀比常规回火的寿命提高近1倍。
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解析W7Mo4Cr4V2Co5钢钨钼系含钴高速工具钢的淬火、回火
W7Mo4Cr4V2Co5钢钨钼系含钴高速工具钢淬火、回火硬度66～68HRC，抗弯强度2500～3000MPa，冲击吸收功A ku＞0.23～0.35J,600℃时的硬度54HRC。
退火规范退火温度730～840℃，退火硬度≤269HBS。
推荐淬火、回火规范淬火温度盐浴炉1180～1200℃、箱式炉1190～1210℃淬火剂为油，回火温度530～550℃，硬度≥66HRC。
W7Mo4Cr4V2Co5钢是钨钼系含钴高速工具钢，简写代号7-4-4-2-5，由于其含4.75%～5.75%（质量分数）的钴，从而提高了钢的高温硬度和红硬性，在较高的温度下切削时刀具不变形，而且耐磨性好。
该钢的缺点是磨削性差。
为满足切削过程中，刀具线速度达80m/min，刀刃温度高达600℃，刀具硬度大于60HRC的要求，在高碳钢中加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素而获得高速钢，W和Mn可提高钢的热硬性，在回火温度5800～600℃时，W、Mo析出并生成Mo2C和W2C，发生二次硬化现象，钢的硬度不仅不下降，反而升高。
供货状态及硬度退火态，硬度269HBS，冷拉态，硬度285HBS；冷拉后退火态，硬度277HBS。
标准GB 9943-88钢的主要化学成分（质量分数，%）C 1.05～1.15、Mn 0.20～0.60、P 0.030、S 0.030、Si 0.15～0.50、Cr 3.75～4.50、V 1.75～2.25、W 6.25～7.00、Mo 3.25～4.25、Co 4.75～5.75。
参考对应钢号我国GB标准钢号W7Mo4Cr4V2Co5、美国AISI/ASTM 标准钢号M41、美国UNS标准钢号T11341、国际标准化组织ISO标准钢号HS2-9-1-8、法国NF标准钢号HS7-4-2-5、德国DIN标准钢号S7-4-2-5、德国DIN标准材料编号1.3246、英国BS标准钢号M41。
典型应用举例
①用于制造冷挤凹模和上、下冲头等。
②用于制造切削最难切削材料的刀具和刃具，如制造切削高温合金、钛合金和超高强度钢等难切削材料的车刀、刨刀、铣刀等。