高强度、高抗压性、高硬度高速工具钢的性能和用途

高强度、高抗压性、高硬度高速工具钢的性能和用途

W18Cr4V钢是W系高速工具钢。该钢具有高强度、高抗压性、高热稳定性和高硬度及高温硬度，该钢的热硬性很高，耐磨性较好，耐回火性好，淬硬深度大，承载能力居各种模具钢之首。但韧性、可加工性和导热性较差，淬火不变形性中等。该钢成本高、制造工艺不佳，热处理工艺复杂、淬火、回火以后的零件变形难以控制。但在使用中发现该钢脆性较大，易产生崩刃现象，其主要原因是碳化物不均匀性较大。

高速钢锻造以后必须经过球化退火，有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。冷压毛坯软化处理工艺，采用上限温度加热，分段等温，再附加等温回火过程。高速钢在淬火时要进行两次预热，原因在于高速钢中含有大量合金元素，导热性较差，以免引起工件变形或开裂，特别是大型复杂工件则更为突出。通过事先预热，可缩短在高温处理停留的时间，减少氧化脱碳及过热的危险性。

高速钢的淬火工艺比较特殊，即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。生产中必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火保温时间，淬火、回火冷却方法。如果控制不当，易产生过热、过烧、萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。油韧性处理可提高该钢的塑性。

第一次预热可烘干工件上的水分，第二次预热可使索氏体向奥氏体的转变在较低温度内发生。

高速钢中含有大量难溶的合金碳化物，淬火加热时，温度必须足够高，才可使合金碳化物溶解到奥氏体中，淬火之后马氏体中合金元素的含量才足够高，钢才会具有高的热硬性。对高速钢热硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V，只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加。当温度≥1300℃时，各元素的溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界处发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。对高速钢来说，合适的晶粒度为9.5～10.5级。

淬火温度对该钢的性能影响较大，淬火温度上升，则耐磨性、抗压性、热稳定性提高，钢的韧性随温度的下降而增高。1230～1250℃淬火加热出现抗弯强度的峰值，在550～570℃回火后具有最佳的综合力学性能。表面脫碳层还明显地加剧该钢淬裂和磨裂敏感倾向。

淬火冷却通常在油中进行，但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残留奥氏体的体积分数增加20%～30%，使工件变形、开裂倾向减小，强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体。等温淬火以后，与分级淬火相比，其主要淬火组织中除马氏体、碳化物、残留奥氏体外，还含有下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形，并提高韧性。

进行分级淬火时，如果在分级温度停留时间过长，就可能会大量析出二次碳化物。等温淬火所需时间一般较长，随等温时间不同，所获得的贝氏体数量不同，在生产中通常只能获得体积分数为40%的贝氏体，而等温时间过长可显著增加残留奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来消除残留奥氏体，否则将会影响回火后钢的硬度及热处理质量。

为了消除淬火应力、稳定组织、减少残留奥氏体量、达到所需要的性能，高速钢一般要进行三次560℃的高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂。在回火过程中马氏体和残留奥氏体发生变化，过剩碳化物在回火时不发生变化。

主要作用于以下方面：

1）冷挤压冲头，重载冷镦冲头，中、厚（10～25mm）钢板冲孔冲头，直径＜5～6mm的小冲头。

2）用于各种冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强钢板的中、小型冲头。

3）用于制作钢件冷挤压凸模时，硬度选用62～64HRC。

4）用于制作挤压温度＞400℃的温挤压模中的凸弋凹模时，硬度分别选用60～62HRC,62～64HRC。

5）用于制作不锈钢拉深模的凸模，要求硬度选用62～64HRC。

6）用于制作铝件冷挤压模，凸模硬度推荐选用60～62HRC，凹模硬度推荐选用62-64HRC。

7）用于制作铜件冷挤压模凸模，推荐选用硬度62～64HRC。

8）采用Cr6WV、Cr12MoV、Cr12等钢制作的冲头，硬度为61～66HRC，其使用寿厂命仅数十件，就呈现镦粗以后的断裂失效，在改用W18Cr4V高速钢制作冲头以后，其使用寿命高于3000次。

9）粉末冶金压模和各种小型高使用寿命冷冲剪工具等。

10）可以用于制作在≤600℃工作的模具、工具。

11）冷镦M10～M24螺母的五工序冲孔冲针，使用寿命较低，采用强韧化热处理规范，每件冲针可冲孔1.3万件以上。

12）该钢用于制作冲制电池锌筒的冲棒，采用常规淬火、回火工艺，每根冲棒只能冲2万支，而改用低温淬火+回火+气体氮碳共渗工艺后，单头可冲6万支以上，双头可冲10万支以上，比常规工艺处理的冲棒提高使用寿命3～5倍。

13）冷挤凸模采用高温淬火等温+高温回火规范，模具使用寿命有过去的几百件提高到3万件以上。

14）对W18Cr4V钢冷挤压启动机齿轮模具，采用贝氏体等温淬火，模具使用寿命由几百件提高到几千件。