孙瑞谦

[摘 要]本文简单介绍了高速钢的成分特点及热处理工艺过程。

[关键词]高速钢 成分 热处理

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）01-0008-01

普通高速钢是常用的合金工具钢，具有较高的硬度（63～66HRC）和耐磨性、较高的韧性和强度、良好的热塑性和磨削性能。但是随着切削技术的高速发展及新型材料的应用，普通高速钢刀具已不能满足高效率、高质量及难加工材料的切削要求。近年来，我公司广泛应用高强度钢、耐热不锈钢、高温合金等材料，因此采用的主要是高性能高速钢刀具，为使切削刀具达到加工需要的力学性能、物理性能，热处理工艺十分重要。

1、高速钢成分分析

高速钢是常用的高合金刃具钢， 它完全具备上述基本性能。其特点是高的热硬性， 在600℃左右仍可保持HRC60左右硬度， 许多成型刀具如拉刀、铣刀、钻头以及车刀、刨刀等都采用高速钢制造。我国目前使用最广泛的高速钢是W18Cr 4V、W6Mo 5Cr 4V2， 它们之所以具备如此优良的性能， 是它们的成分特点决定的：

1.1含碳量高 一般含碳量在0. 75%～1. 65%范围内变化。高的碳量一方面保证钢在淬得马氏体后有高的硬度； 另一方面与强碳化物形成元素生成极硬的合金碳化物，大大增大钢的耐磨性和热硬性。含碳量也不是过高， 碳量过高， 易产生严重的碳化物偏析， 会降低钢的塑性和韧性。因此， 含碳量必须与其他合金元素含量相匹配。

1.2加入铬提高钢的淬透性 几乎所有高速钢中的含铬量均为4%左右。铬的碳化物在淬火加热时容易溶解， 铬几乎全部融入奥氏体中， 增加奥氏休的稳定性， 使钢的淬透性大大增加。同时， 铬还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。

1.3加入钨和钼造成二次硬化， 以保证高的热硬性 钨和钼的碳化物在淬火加热时极难溶解， 大约只有一半的量溶入奥氏体中， 而其余部分作为残留碳化物留下来， 起到阻止奥氏体晶粒长大的作用， 并能提高耐磨性。溶入的部分则在560℃左右回火时以W2C 或Mo 2C 形式弥散析出， 造成二次硬化， 使钢的硬度提高。这种碳化物在500℃～600℃温度下非常稳定， 不易聚集长大， 因而使钢在此温度下仍能保持高硬度， 表现出高的热硬性。

1.4加入钒能提高钢的耐磨性和热硬性 钒在高速钢中能形成硬度极高的碳化物， 这种碳化物非常稳定， 很难溶于奥氏体中， 而且硬度极高， 颗粒细小， 分布均匀， 显著提高耐磨性。溶入奥氏体的钒在回火时以VC 的形式析出， 也可造成二次硬化， 提高钢的热硬性。

1.5加入钴也能显著提高高速钢的热硬性和硬度 钴是非碳化物形成元素， 它提高热硬性的作用与钨、钼、钒不同， 在加热时， 钴大部溶入奥氏体， 提高钢的熔点， 提高淬火温度， 使钨、钼、钒等元素更多地溶入奥氏体， 以充分发挥它们的硬化作用， 而在回火时则析出金属间化合物CoW 等，从而抑制及延缓碳化物的析出及聚集。

2、高速钢的热处理

2.1 退火

低合金高速钢可按标准高速钢通常采用的退火规范进行退火， 既可采用不完全退火， 也可采用等温退火。采用不完全退火时， 退火加热温度一般在820～850 ℃ 。等温退火的等温温度可根据奥氏体等温转变曲线进行确定。某些低合金高速钢（ 如含铝高的钢） 退火时的氧化和脱碳倾向高， 这时可适当降低退火加热温度， 不过退火后硬度稍高。

2.2 淬火

将各温度下淬火的试样在HR-150A 洛氏硬度计上测定硬度，绘制出淬火硬度与淬火温度关系曲线，如图1 所示。可见，试样在950～1100℃淬火，硬度值随淬火温度升高一直升高，在1100℃淬火时硬度达到峰值， 之后随淬火温度升高硬度缓慢下降， 超过1150℃后，硬度迅速下降，1200℃淬火时硬度最低。

2.3 回火

将经过1100℃淬火的试样分别进行（500～600）℃×2h 的二次回火。对其进行硬度测试后，绘制出回火硬度与回火温度关系曲线，如图2 所示。可见，在500～525℃回火，硬度随回火温度上升而增加，在525℃出现二次硬化峰。在此期间，马氏体分解析出的合金碳化物非常细小、弥散，与基体保持共格关系，使试样硬度提高。钢中的残余奥氏体转变为马氏体，也对钢的二次硬化有一定贡献；在525～550℃回火钢的硬度略有下降， 合金碳化物的聚集长大不显著， 超过550℃后随着回火温度的不断升高，碳化物大量析出，并逐渐聚集长大，与基体不再保持共格关系，致使钢的回火硬度下降较快。

3 结语

3.1高速钢含有大量合金元素， 塑性差， 导热性等， 必须预热。如将工件由室温直接加热到1200℃以上的淬火温度， 易引起变性及开裂。预热可缩短高温加热时间， 有利于防止工件的氧化脱碳。

3.2淬火加热温度非常高， 一般在1200℃～1300℃。因为高速钢含有大量难溶合金碳化物， 它们溶解温度很高，直到接近钢的熔化温度时， 还有部分未溶解。加热温度越高， 碳化物溶入奥氏体越多， 淬火后马氏体中的合金含量也越多， 马氏体硬度越高， 而回火后得到高的热硬性。但淬火温度也不能太高， 否则晶粒变得粗大， 使高速钢脆性增加。

3.3 回火温度高、回火次数多。高速钢一般都在二次硬化峰值温度或稍高一些温度（ 550℃～570℃ ） 下回火， 保证得到高的硬度及热硬性。并且进行多次回火， 主要目的是消除大量的残余奥氏体。回火过程中， 从残余奥氏体中析出合金碳化物， 使奥氏体中的合金含量减少， 而使马氏体转变点M s 上升， 并在回火冷却中， 一部分奥氏体转变为马氏体， 硬度提高， 称为二次淬火。高速钢淬火后含有的残余奥氏体大约为20%～25%， 第一次回火后仍有10% 左右残余奥氏体的未能转变， 因而需要进行第二次回火， 以使残余奥氏体继续转变， 并使第一次回火冷却时形成的马氏体回火， 消除内应力。而为使第二次回火冷却时形成的马氏体回火及消除内应力， 则需进行第三次回火。

参考文献

[1] 马东良，马振义. 高速钢轧辊及其合金元素[J]. 大型铸锻件. 2008（03）.

[2] 朱春华，肖溪，刘春东. 高速钢W18Cr4V的锻造及热处理[J]. 河北建筑工程学院学报. 2008（01）.

[3] 戚正风，万安元，甘宅平，赵晚子，刘永志. 高速钢轧辊及其热处理[J]. 金属热处理. 2008（08）.