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高速工具钢的组成结构是什么?

2021-11-01 14:25:05

高速工具钢的组成结构是什么?


快速工具钢是一种高碳高合金工具钢,wC=0.70~1.25%,常用合金元素为W、Mo、Cr、V等,其中W、Mo、V是提高钢热硬性的主要元素,V可以形成高硬度的碳化物,显著提高钢的硬度及耐磨性,Cr提高了淬透性。W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,W9Mo3Cr4V是高速钢中较为常用的三种钢号,其产量占国内现有产量的95%以上。


以碳、钨、钼、铬、钒、钴为主要成分,具体作用如下:

炭通常含碳量在0.70~1.65%,以确保足够的碳能与多种生成碳化物元素相结合。平衡碳(Cs)近似计算公式通常用于获得较好的二次硬化效果:

Cs%=0.033W%+0.063Mo%+0.060Cr%+0.200V%


式中Cs是假设W、Mo、Cr、V与C形成W2C(或Fe4W2C)、Mo2C(或Fe4Mo2C)、Cr26C6、V4C3时碳与各元素的定比关系而定出的。当钢中含碳量逐渐接近Cs时,二次硬化效应(硬度和红硬性)也逐渐升高至较大值,而韧性则下降。因此,只有超硬高速钢的碳含量接近Cs。为了保持通用高速钢的高韧性,碳含量一般低于Cs0.15~0.30%。对于低负荷低合金高速钢,实际碳含量可能超过Cs。


模具钢


钨钼高速钢在退火过程中产生二次硬化的基本合金元素。钨和钼的作用类似,其原子量大约是W的一半,一般可用1%氧代替2%W。M6C(M代表金属)是高速钢中重要的碳化物,是一种以Fe、Mo、W为主的复合碳化物溶,回火时分散沉淀M2C碳化物,加强钢,提高硬度和耐磨性。剩余未溶性M6C碳化物(主要来自共晶碳化物)可防止淬火加热时晶粒生长,增加耐磨性。高含钼量铸态共晶碳化物更细、更容易加工破碎、分布更均匀、粒度更小、热塑性、韧性也更高;但含钼的钢更容易脱碳,淬火过热敏感性也更强,钨钢在此方面与其相反。适当地配合钨钼,可得到综合性能较好的钢种。


高速工具钢厂家为了保证钢的高淬透性,各种高速钢中都含有大约4%的铬。钢中铁铬生成M26C6碳化物,铬在M6C和MC中也能溶解形成合金碳化物,促使这些难溶碳化物在淬火过程中更易固溶。在回火过程中,淬火马氏体中含有足够多的碳和合金元素,有利于M2C和MC的大量沉淀。因此铬对二次硬化也有间接作用。另外,4%的铬对高速钢的抗氧化性能也有很大影响。


钒所有高速钢都含钒1%以上。碳化钒淬火加热时可部分固溶,回火时沉淀分散的MC型碳化钒,有效增强二次硬化效果;不溶性碳化钒有助于防止淬火加热时晶粒生长,由于硬度高,可显著提高钢的耐磨性;但可磨性降低。如果高钒钢能够采取措施细化碳化物MC的颗粒,可以提高磨削性能。采用雾化法快速冷却钢液,获得合金粉末,制得粉末高速钢,使一次碳化物细化。


Ci-M2C本身不形成碳化物,其作用主要是使MC、M2C在回火过程中的形核速率减慢了其聚集和生长速率。另外,钴还能提高钢在高速钢晶界的熔点,从而提高了钢的淬火温度,使奥氏合金度增加。这两种效应都能有效地提高高速钢的耐热性,而钴含量过高则会降低韧性。

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