HSS:制造刀具的材料-中文百科頻道

簡介

HSS是英文High speed steels的縮寫，相應的中文名是高速鋼，高速鋼是制造刀具的一種常用材料。又名風鋼或鋒鋼，意思是淬火時即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很鋒利。它是一種成分複雜的合金鋼，含有鎢、钼、鉻、釩、钴等碳化物形成元素。合金元素總量達10～25%左右。它在高速切削産生高熱情況下(約500℃）仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。

這就是高速鋼最主要的特性——紅硬性。而碳素工具鋼經淬火和低溫回火後，在室溫下雖有很高的硬度，但當溫度高于200℃時，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀态相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補了碳素工具鋼的緻命缺點，可以用來制造切削工具。

生産用途

高速鋼的熱處理工藝較為複雜，必須經過退火、淬火、回火等一系列過程。退火的目的是消除應力，降低硬度，使顯微組織均勻，便于淬火。退火溫度一般為860～880℃。淬火時由于它的導熱性差一般分兩階段進行。先在800～850℃預熱（以免引起大的熱應力），然後迅速加熱到淬火溫度1190～1290℃（不同牌号實際使用時溫度有區别），後油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱，現真空爐使用也相當廣泛。淬火後因内部組織還保留一部分（約30%）殘餘奧氏體沒有轉變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘餘奧氏體轉變，進一步提高硬度和耐磨性，一般要進行2～3次回火，回火溫度560℃，每次保溫1小時。

⑴生産制造方法：通常采用電爐生産，曾采用粉末冶金方法生産高速鋼，使碳化物呈極細小的顆粒均勻地分布在基體上，提高了使用壽命。

⑵用途：用于制造各種切削工具。如車刀、鑽頭、滾刀、機用鋸條及要求高的模具等。

發展簡史

1870~1898：英國Mushet自硬鋼（C2%，W7%，Mn2。5%），切削中碳鋼速度達到8m/min；

1898~1900：美國F。W。Taylor和英國M。White發明接近鋼熔點的高溫淬火和高溫回火，并以Cr-W鋼（C1。85%，W8%，Cr3。8%）取代Mushet的Mn-W自硬鋼，從而創立了高速鋼。切削中碳鋼的切削速度達20m/min。1900年在巴黎國際博覽會上表演高速切削成功；

1903：出現現代高速鋼的原始成分（%）：C 0。7、W14、Cr4；

1904：美國John Mathew向高速鋼中加入0。3%V；

1906：試用電爐冶煉高速鋼；

1910：确立T1（W18Cr4V）鋼成分（C 0。75%、W18%、Cr4。0%、V1。0%），切削中碳鋼速度達30m/min；

1912：德國Becker向鋼中加入3%~5%Co，提高了鋼的熱硬度；

1918：3t電弧爐試煉高速鋼成功，替代了坩埚爐，得以生産較大尺寸的鋼錠和鋼材；

1923：加入钴量達12%~15%，切削速度達40m/min以上；

1932：美國J·V·Emmons發明以Mo代替W的高钼鋼M1；

1937：美國W·Breelor發明W-Mo系列鋼M2；

1939：美國J·P·Gill發明高碳高釩鋼，稱Super HSS，含釩3%~5%，淬回火硬度達HRC67~68，耐磨性好，但可磨削性差；

1953：出現加硫（0.05%~0.2%）易切削高速鋼；

1958~1963：平衡碳原理提出與應用，美國發明M40系列鋼，硬度達到HRC70的超硬（Extra-hard）鋼，最早為M41和M42；

1965：美國Crucible Steels公司發明粉末冶金法生産高速鋼；

1970：瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速鋼投産，電渣重熔高速鋼開始用于大截面材生産，高速鋼用于高載荷冷作模具日益增多；

1980：氮化钛塗層的物理氣相沉積法（PVD）成功用于部分高速鋼刀具，使用壽命成倍提高，對高速鋼的應用和發展具有重要意義；

1990：粉末高速鋼新鋼種熱處理硬度達HRC70-72，綜合性能優良的低合金高速鋼重新受到重視和發展，替代部分通用高速鋼，以節約合金資源。

産品分類

高速鋼是一種複雜的鋼種，含碳量一般在0.70～1.65%之間。含合金元素量較多，總量可達10～25%。

一、按所含合金元素不同可分為：

①鎢系高速鋼（含鎢9～18%）；

②鎢钼系高速鋼（含鎢5～12%，含钼2～6%）；

③高钼系高速鋼（含鎢0～2%，含钼5～10%）；

④釩高速鋼，按含釩量的不同又分一般含釩量（含釩1～2%）和高含釩量（含釩2.5～5%）的高速鋼；

⑤钴高速鋼（含钴5～10%）。

二、按用途不同高速鋼又可分為通用型和特殊用途兩種：

①通用型高速鋼：主要用于制造切削硬度HB≤300的金屬材料的切削刀具（如鑽頭、絲錐、鋸條）和精密刀具（如滾刀、插齒刀、拉刀），常用的鋼号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

②特殊用途高速鋼：包括钴高速鋼和超硬型高速鋼（硬度HRC68～70），主要用于制造切削難加工金屬（如高溫合金、钛合金和高強鋼等）的刀具，常用的鋼号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

規格質量

化學成分

規格主要有圓鋼和方鋼、闆材。鋼材的表面要加工良好，不得有肉眼可見的裂紋、折疊、結疤和發紋。冷拔鋼材表面應潔淨、光滑、無夾雜和氧化皮等。含多量碳（C）、鎢（W）、钼（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等元素

物理性能

高速鋼一般不做抗拉強度檢驗，而以金相、硬度檢驗為主。鎢系和钼系高速鋼經正确的熱處理後，洛氏硬度能達到63以上，钴系高速鋼在65以上。鋼材的酸浸低倍組織不得有肉眼可見的縮孔、翻皮。中心疏松，一般疏松應小于1級。金相檢驗的内容主要包括脫碳層、顯微組織和碳化物不均勻度3個項目。高速鋼不應有明顯的脫碳。顯微組織不得有魚骨狀共晶萊氏體存在。高速鋼中碳化物不均勻度對質量影響最大，如今冶金和機械部門對碳化物不均勻度的級别十分重視。根據鋼的不同用途可對碳化物不均勻度提出不同的級别要求，通常情況下應小于3級。

用高速鋼制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足夠的韌性之外，還有一個重要因素是具有紅硬性。紅硬性是指刀具在高速切削時，刀刃在紅熱狀态下抵抗軟化的能力。一種衡量紅硬性的方法是先把鋼加熱至580～650℃，保溫1小時，然後冷卻，這樣反複4次後測量其硬度值。高速鋼的淬火溫度一般均接近鋼的熔點，如鎢系高速鋼為1210～1240℃，高钼系高速鋼為1180～1210℃。淬火後一般需在540～560℃之間回火3次。提高淬火溫度可以增加鋼的紅硬性。為了提高高速鋼刀具的使用壽命，可對其表面進行強化處理，如低溫氰化、氮化、硫氮共滲等。