高速钢

具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢

高速钢（HSS）是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢。高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

发展历史

1898年，美国机械与管理工程师泰勒(TaylorF.W.)和冶金学家怀特(WhiteM.)研制发明了高速钢，并作了系统切削试验。当时他们确定的高速钢成分为C-0.67%，W-18.91%，Cr-5.47%，Mn-0.11%，V-0.29%，F-余量，与后来的W18Cr4V成分很接近。高速钢刀具可用30m/min的速度切削钢材，其效率比过去用的碳素工具钢和合金工具钢提高了好几倍，为美国当时的机械工业生产赢得了巨大的经济效益。

W18Cr4V高速钢的热塑性不好，由于麻花钻热轧工艺的需要，后来研制成功了W6Mo5Cr4V2高速钢，此外，还有W9Mo3Cr4V。这三种高速钢的切削性能和力学性能近似，称为通用型。

20世纪中叶以后，科学技术迅速发展，各种难加工材料不断涌现，通用高速钢的性能已不复使用，于是高性能高速钢和粉末冶金高速钢相继出现，使高速钢刀具材料的性能得到了很大提高。

制作工艺

高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过淬火、回火等一系列过程。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1190～1290℃（不同牌号实际使用时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行2～3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时。

生产制造方法：通常采用电炉生产，曾采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，提高了使用寿命。

用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钻头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。

规格成分

规格和外观

规格主要有圆钢和方钢、板材。钢材的表面要加工良好，不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和发纹。冷拔钢材表面应洁净、光滑、无夹杂和氧化皮等。

化学成分

中国国标和日本工业标准中主要钢号的化学成分如表 6—7—24。

主要种类

高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.70～1.65%之间。含合金元素量较多，总量可达10～25%。

按所含合金元素不同可分为：

①钨系高速钢（含钨 9～18%）；

②钨钼系高速钢（含钨5～12%,含钼2～6%）；

③高钼系高速钢（含钨0～2%,含钼5～10%）；

④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒 1～2%）和高含钒量(含钒2.5～5%)的高速钢；

⑤钴高速钢（含钴 5～10%）。

按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。

①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB≤300的金属材料的切削刀具 (如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

②特殊用途高速钢:包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC68～70）,主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。

通用钢

钢号：W18Cr4V(W18)

硬度HRC：62-65

抗弯强度/GPa：3.0-3.4

冲击韧性/（MJm2）：0.18-0.32

600℃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）：0.30-0.40

600℃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，可用普通刚玉砂轮磨削。

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0.31

600℃时的硬度HRC：50.5

主要用途：切削性能与W18Cr4V相当，适于制作热轧刀具。

主要性能

又名风钢或锋钢，又称白钢。意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达10～25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。

高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。

钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。

金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。

1.高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。

2.高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。

3.用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。（红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。）

一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580～650℃，保温1小时,然后冷却,这样反复4次后测量其硬度值。高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为1210～1240℃，高钼系高速钢为1180～1210℃。淬火后一般需在 540～560℃之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。

包装检验

包装

成捆交货，用铁丝捆扎，并有标牌标明炉号，规格等印记。但对冷轧钢还要涂防锈油，并用防潮纸包裹，对银亮钢还应装箱。

检验

检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有关标准中只提出腐蚀要适当不能过腐蚀，这一点往往被人们所忽视。实践证实，如果发生了过腐蚀，就会将碳化物染黑，表现出不均匀程度改善的假相，就可能将质量不好的高速钢误判为优质钢，这一点尤为重要。

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