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刀具材料中的高速鋼

2020-09-28

高速鋼的發(fā)明使切削中碳鋼的速度由提高到大約30m/min。拿一個直徑65mm,長度1000mm的45鋼工件來說,原來的加工時間需要100分鐘,而應(yīng)用高速鋼只需要約25分鐘。因此,人們對它的速度驚嘆不已,稱其為“高速鋼”。W18Cr4V作為一個經(jīng)典的高速鋼牌號,一直延續(xù)使用至今。只是由于鎢資源的缺乏,以及高鎢高速鋼在熱成形工藝性方面的一些不足,在近20年里,它的統(tǒng)治地位才逐漸被W6Mo5Cr4V2(即M2)所取代。碳化鎢(WC)在大幅度提高縱剪機刀片的切削速度方面的貢獻是決定性的,我個人的看法,是這一發(fā)現(xiàn)對于以后硬質(zhì)合金的發(fā)明也具有奠基石的作用。如今我們大量使用的鎢基硬質(zhì)合金,其主要的硬質(zhì)相(對刀具硬度、耐磨性其決定作用的成分)依然是碳化鎢。


通過對鋼錠進行鍛造、軋制等后續(xù)加工,可以粉碎其中一部分碳化物團塊,但不可能將其完全消除。雖然增加鋼材中金屬碳化物顆粒的數(shù)量可以改善材料的耐磨性,但隨著合金含量的增加,碳化物的尺寸及團塊數(shù)量也會隨之增加,這對于鋼材的韌性會產(chǎn)生極其不利的影響,因為大的碳化物團快可能成為產(chǎn)生裂紋的起始點。因此,國外很早就開展研究,追求高速鋼的細晶?;?。


實踐發(fā)現(xiàn)高速鋼的晶粒大小對高速鋼的性能產(chǎn)生著巨大的影響。在網(wǎng)站上曾經(jīng)發(fā)過一份資料,是《W18Cr4V鋼奧氏體晶粒度參考圖》,其中號碼數(shù)字較大的高速鋼(如11號)比號碼數(shù)字較小的(如8.5號)的性能優(yōu)越許多。有資料稱,制備普通高速鋼時,是將熔化的鋼水從鋼水包中注入鑄模,使其緩慢冷卻凝固。此時,金屬碳化物從溶液中析出,并形成較大的團塊。高速鋼中添加的合金含量越多,碳化物團塊就越大。達到某一臨界點時,可形成尺寸極大的碳化物團塊(直徑可達40μm)。出現(xiàn)大的碳化物團塊的臨界點根據(jù)鋼錠的尺寸以及其它因素而略有不同,但一般是在碳化釩含量達到約4%時發(fā)生。


高速鋼后來有被稱為“風(fēng)鋼”。我在30年前進入上海工具廠時,絕大多數(shù)的工人師傅都是這么稱呼高速鋼的。在學(xué)習(xí)有關(guān)熱處理的知識時,老師告訴我,其它許多鋼材在進行淬火時,當(dāng)材料被加熱到完全奧氏體的相變溫度以后,必須放入水或其它介質(zhì)中急速冷卻以得到堅硬的“馬氏體”組織,如果冷卻速度慢了(例如在空氣中冷卻),就會變成較軟的珠光體、滲碳體等組織,硬度就會比較低;而高速鋼在加熱到“奧氏體”組織后即使在空氣中冷卻,也會得到“馬氏體”組織,即高速鋼能夠在“風(fēng)”中淬硬,它“風(fēng)鋼”的名稱由此而來。

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