高速钢刀具材料及热处理工艺选择

主要刀 具品种 选用
热轧直 钻 、 热轧 （ 挤压 ） 锥钻 、 手用丝 锥 、 机 用丝锥 、 机用锯 条 、 手用锯 条 、 立铣 刀 、 机绞 刀 、 车刀 、 木 工刨 刀等 普通 刀具
１ ． ４ 高性 能高 速钢主要牌号及应用 与低合金 高 速钢 更看 重 实用 性 不 同 ， 高性 能 高 速钢更加追求提 高刀具材料 的综合机 械性 能以及提 高刀具 的切 削速 度 、 争取 较 长 的使用 寿命 。高 性 能
性较好 的 特征 ， 又 显著 提 高 了切 削 性 能。ｂ ｉ ４ ２钢具 有高硬度 、 高耐磨性 、 高红 硬性 ， 主要用 于军 品、 高 强
较为先进的高速钢冶炼 生产新工 艺 。 由于钢液 被强 制雾化 成超细 小 的液滴 颗 粒 并迅 速 冷却 成 细 粉状 ， 使 高速 钢铸 造组 织及碳 化 物得 到 了充 分 的细化 ， 彻 底 改变 和提 高 了高速 钢 的综 合性 能。２ ０世 纪 ７ ０年
４ ． ０ ０
４． ０ ０ ４． ０ ０
．
． ．
．
微 量稀 土元 素
０． ０５— ０． ０ ８ ０． ０ ５—０． １ ６ Ｚｒ ０． ０ ５—０． １ ６ ０． ０ ５—０． ２ ０ Ｎｂ
ｌ ￣ Ａ Ｍ ３ ０ ２ 前 苏联
ｓ ３ ． ３ ． ２ （ Ａ Ｂ Ⅲ） 德 国 Ｄ ９ ５ ０ 瑞典
代， 伴 随国外粉末 雾化技术及 大型冷 、 热 等静 压机 的 应用 ， 使粉末 高 速钢 生 产得 到 了迅 速 发 展 。粉 末 高 速钢解 决 了碳 化 物偏 析 问题 ， 大 大提 高 了钢 材 的强
度调质钢 及 不锈 钢 、 耐热 钢 的加 工 。Ｍ ４ ２钢 的不 足
．
是， 在使用 的状 态 下脆 性 较大 ， 刀具 易发 生 崩齿 、 掉
哈 尔滨第一工具有限公 司热工处 （ 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ５ ６ ） 宋学全 刘秀英 赵黎娟
０ 引 言
的工具钢 。其 中碳元 素 含 量一 般在 ０ ． ７ ％ １ ． ６ ％；
高速 钢 自诞 生 以来 ， 作为 机 械加 工 中切 削刀 具
Ｗ、 Ｍ ｏ 、 Ｃ ｒ 、 Ｖ 、 Ｃ ｏ 等贵 重主 要合 金元 素 含量 的重 量 百
wenku.baidu.com钢 号 国别 Ｃ
０． ９ ０一 １． ０ ５
％
Ｓ ｉ
０． ７ ０一 １ ． ３ ０
Ｗ
２． ７ ０—３． ７ ０
Ｍ ｏ
１． ７ ０— ２． ７ ０
Ｖ
１ ． ２ ０一 １ ． ８ ０
Ｑ
３． ８ ０—４． ４ ０
Ｎ
＜０． １ ０
其 它元素
Ｗ ４ Ｍ ｏ ２ Ｃ ａ ４ Ｖ Ｓ ｉ 中 国 Ｗ ４ Ｍ ｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ Ｓ ｉ 中 国
牙、 脆断等提前失效 的情况 ， 近来有 被强韧 性兼具 的 Ｍ ３ ５替 代 的 趋 势 。Ｍ ４ ２ 、 ｂ １ ３ ． ５使 用 状 态 下 的 硬度 范
钢、 粉末 冶 金高 速钢 等 。对 于高 速钢 刀 具 而言 。尽 管存在高速 钢冶炼方式 的差 异 ， 但 刀具 的耐用 与否 ， 更直接地 与高速 钢的化学成 分 以及通 过合 理 的热加 工处 理 、 使其建立起 “ 化学成分 ． 组织结构 ． 机械性 能 ” 三者 的 良好 的对应 关 系相 关 。因此 ， 高速 钢 刀具 材
进 了我 国高性 能 高速 钢 的迅速 发展 ， 这 一 时期 称 得 上是 我 国高 速钢研 发成 果 最多 、 高速 钢实 物 内在 质 量稳定提高的黄金时期 高 性能 高速钢 按合 金化 特 点， 可分成无钴 、 含钴 、 高钒、 含钴 高钒 等 几类 。表 ３ 为研究较为成熟 ， 应用 较多 的几类高 性能高速钢 。
高 速钢一 般 泛指 材料 的热 处理硬 度 、 抗 回火 软化 能
质量 ， 提高高速钢实物 水平 方 面取 得 了大量 成果 ， 积
累了丰富的经验 。不仅有效 地引进 、 吸收 、 消化了国
外成 熟 牌号 高性 能高速 钢 ， 还 自主研发 了符 合 我 国 国情 的 特 有 的 高 性 能 高 速 钢 品 种 ， 如 Ｗ９系 列 ，
加工件硬 度不 大 于 Ｈ Ｂ ２ ８ ０ ， 切 削速 度 不高 于 ２ ５—４ ０
ｍ／ ｍｉ ｎ ｏ
１ ． ３ 低合 金高速钢 主要牌 号及应用 低合 金高 速钢 属 经济 型 的高 速钢 ， 一 般 碳 含量
较高 ， Ｗ、 Ｍ ｏ 、 Ｃ ｒ 、 Ｖ等 贵金 属 元 素 含 量 总 和不 大 于
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第２ ６卷第 １ 期
２ ０ ０ ５年 ２月
国外 金属热 处 理
Ｇ Ｕ０Ｗ Ａ ｌⅡ Ｎ ｓ ＨＵ Ｒｌ １ Ｃ Ｈ叫
Ｖ０ １ ． ２ ６． Ｎｏ． １
Ｆ ｅ ｂ ， ２ ０ ０ ５
高 速 钢 刀 具 材 料 及 热 处 理 工 艺 选 择
北 冶金工具 厂等 攻关 联合 体 为代 表 的科 研一 生 产． 应 用 三结合 的多个科 研 攻关 团队 ， 在 稳定 高速 钢冶 炼
表３ 几种常用高性能高速钢牌号及特性
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・
３ ２・
国 外 金 属 热 处 理
第２ ６ 卷
Ｍ ４ ２是工具 行业 多年 来 首选 的含 Ｃ ０高性 能 高 速钢 ， 该 钢是 在 通用 型 高 速钢 Ｍ ７ （ ｗ２ Ｍ ０ ９ ｃ Ｉ ４ Ｖ ２ ） 基 础上添加 ８ ％Ｃ ｏ变化 而来 ， 既保 留了钼 系 高速 钢 韧
的８ ０ ％以上 。具有百年发 展史 的 Ｗ１ ８ Ｃ ｒ ４ Ｖ（ Ｗ１ ８ ） 是
的最基础用材料一 直被广泛采 用 ， 目前 ， 高速钢 刀具 仍 占据着刀具市场 的主导地位 。尽 管镶 片硬质合 金
刀具 、 全 磨制硬质合金 刀具 的发展 十分迅 速 ， 但除 车 刀外 ， 其 它品种刀具仍 以采 用高速 钢材料 制造 为主 。 高速钢按最终 冶炼方法 的不 同可分 为电孤 炉冶炼 高 速钢 、 中频感 应 炉 冶 炼 高速 钢 、 电 渣重 熔 冶 炼 高速
Ｓ ４ ０ ４
美国 美 国
Ｂ 咖 Ｒ
０． ８ １ ０． 踞
０． Ｂ ９
． Ｉ ． １ ０
１ ． ２ ０
４． ２ ５ ４． ５ ｏ
４． ５ ｏ
１ ． ０ ０ １ ． ８ ５
１ ． ９ ｏ
４． ０ ０ ４． １ ０
４． １ ０
０． ２ ０ ０． ３ ｏ
０． ８ ５ 一１ ． ０ ５
３． ０ ０—５ ． ０ ０
２ ． ５ ０— ３ ． ５ ０
１ ． ２ ０一 １ ． ８ ０
３ ． ５ ０— ５ ． ０ ０
０． ７ ０一 １ ． ２ ０ ０ ． ０ ２—０ ． ０ ８
ｌ ｌ Ｍ ４ Ｐ ２ Ｍ ５
． ０ ２ １ ． １ ０ 前 苏联 １ 前 苏联
或少 含 ｗ， ５ ６ ％Ｍ ｏ ， Ｉ 一２ ％Ｖ 。上 述三组低合金 高 速钢 Ｃ ｒ 含量均在 ４ ％、 Ｃ含量在 Ｉ ％左 右。表 ２为主
要低合金 高速钢 的化学成分及应 用表 。
１ ５ ％。前 苏联 是除德 国、 瑞典 外 ， 研究低合 金高 速钢
表 ２ 低合金 高速钢 主要 牌号对 照表 （ ｔ － ， ）
速钢 ， 可供 制造各种机加 工用一般 刀具选 用 ， 通常被
较 多的 国家 ， 文献［ ２ ］ 将低合金 高 速钢按 成分 特 点分
划分 为三组 ， Ｉ组 ： 一３ ％ Ｗ， ３ ％ Ｍ ｏ ， ２ ． ５ ％ ｖ；
Ⅱ组 ： 不含 Ｗ， ２ ． ５ —３ ． ５ ％ Ｍ ｏ ， ２ ３ ％ｖ ； Ｉ ｌ ｌ 组： 不 含
Ｗ９ Ｖ ３ ， Ｗ９ Ｃ ｏ ５ ， Ｗ９ Ａ １ ， Ｃ ｏ ３ Ｎ及 Ｍ ２ Ａ １ ， Ｍ ２ Ｓ ｉ 等， 全 面 推
力、 耐磨 性 等显 著 高于通 用 型高 速钢 的钢种 。上世 纪八 十年代 ， 我 国以“ 六・ 五” 、 “ 七・ 五” 等 国家科研 立
项攻关为 契机 ， 建立 了 由北钢 院 、 大连钢厂 、 重特 、 河
料 及热处 理 工艺 的选 择 ， 对 于保证 高速 钢 刀具 的使
用性 能至为重要 。 １ 高速工具钢分 类及刀具选材
最早确立成分并最早在世界 范 围广泛应 用 的通 用型
高速 工 具 钢 。上 世 纪 ４ ｏ年 代 起 ， 在 Ｗ６ Ｍ ｏ ５ Ｃ ｒ ４ Ｖ ２
（ Ｍ ２ ） 通用型高速 钢成 分 确立后 ， 各类 高 速钢 钢 种 的 发展演 变 多 以上 述 两种牌 号 为基 础展 开 ， 材 料工 作 者通过核考 ｗ 当量 、 以Ｍ ｏ 代 ｗ、 及 添加 提高性 能 的 Ｃ ０ 、 ＾ Ｊ 、 Ｖ等 元 素进 行 合 金化 冶 炼 ， 使 高 速 钢牌 号增 加达百余种 。表 １ 为不 同国别 高速钢 标 准对 照及最 具代表 的通用 型高速钢 牌号 比较 。
１ ． １ 高速钢化学成分 的基本 特点及分类
高速钢 就其 冶 金成 分 而言 属 于 高碳 、 高 合金 型
表 ｌ 常 用高速 钢牌号 对照及 制造 刀具 品种表
制造 刀具 品种
麻花 钻 、 攻 丝刀具 、 齿轮 刀具 、 拉削刀 具 、 刀 头与铣 刀 、 刨刀、 绞刀、 车刀、 锯片（ 条） 等 各类 刀具
分 比之 和在 １ ０ ％ ４ ｏ ％间 。高速 钢根 据主要合 金元 素配比的不 同 ， 可分 为 Ｗ． 系 高速 钢 ； Ｍ ０ － 系 高速 钢 ； Ｗ． Ｍ ｏ 系高 速钢 及 含 Ｃ ｏ 、 含Ａ ｌ 、 高 ｖ等 高性 能 高 速 钢； 高速钢区别于 其它 类型 钢 另一个 成 分特 点 是 Ｃ ｒ 元素含量固定在 ４ ％左右 。 １ ． ２ 通用高速钢 主要牌 号及刀具选 用 高速钢 刀具 中 ， 通 用型 高速 钢 制 造 的 刀具 比例 最大 ， 目前 ， 通用型高速钢产 量 占全 部 高速钢 总产 量
钢国 内外供需两淡 ， 处 于被 淘汰钢种 之列 。Ｍ ２钢是 近年代最 具 国际 化 的 高速 钢牌 号 ， 应用也最广； Ｍ ２
钢碳化物颗粒 细 小 、 分 布均 匀性 好 ， 钢材 强 度 及 塑 、
韧性 明显优 于 Ｗ１ ８钢 ， 但其过热 敏感性较 高 ， 氧化脱
碳倾 向大 ， 可加 工性稍 差 。Ｗ９ Ｗ ｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ （ Ｗ９ ） 钢 是我
国“ 六五” 期 间 自行研 发 的 Ｗ —Ｍ ｏ 系通 用高 速钢 ， 冶
金质量 与 工艺性 能兼 具 Ｗ１ ８和 Ｍ ２的优 点 ， １ ９ ８ ８年 纳入 国标 ， 国 内应 用 较广 。表 二 中几 种通 用 型 的 高
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第 １ 期
宋学 全等 ： 高速钢 刀具 材料 及热 处理 工 艺选 择
０． ９ ５— １． ０ ５ １． ０ ２— １． １ ２
．
１ ． ７ ０—２． ３ ０ ２． ５ Ｏ一３． ３ Ｏ
５ ． ２ ０ — ５ ． ８ ０
４． ８ ０— ５． ３ ０ ２． ５ ０— ３． ０ ０
１ ． ４ ５
０． ９ ０一 １ ． ３ ０ ２． ２ ０—２． ６ ０
Ｗ１ ８ 钢具 有低 的过热 敏感 性 ， 可 热塑变 温 度范 围宽 ， 抗 氧化脱碳 能力强 ， 可加 工性 、 可磨 削性好 ； 缺 点 为莱 氏体 组织 粗 大 ， 碳 化 物 分布 不均 匀 ， 导 热性 、 热塑性 差 。 韧性低 ， 比重 大 ， 成材率 不高 。 目前 ， Ｗ１ ８
０． ９ ５— １ ． 晒
０． ９ ５
２ ． ７ ０—３ ． ０ ０
１ ． ７ ０
２． ５ ０— ２． ８ ０
５． ０ ０
２ ． ２ ０—２ ． ５ ０
１ ． ２ ０
３． ８ ０— ４． ５ ０
４． ０ ０
（０． ４ ５
０． ３ ｏ
Ｍ ５ ０ Ｍ ５ ２