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【木材切削原理与刀具】(52)一一高速钢!

作者:千赢国际  来源:千赢国际  时间:2019-09-12 21:48  点击:


  高速钢是含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的合金工具钢。高速钢又名风钢或锋钢,意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化,并且很锋利。

  高速钢是一种综合性能较好、应用范围最广的刀具材料。高速钢热处理后硬度可达62-66HRC,其抗弯强度约为3.3GPa,耐热性为600℃左右,此外它还具有热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口等优点。

  这类高速钢应用最为广泛,约占高速钢总量的75%。碳的质量分数为0.7%一0.9%,按钨、钼质量分数的不同,分为钨系和钨钼系。通用型高速钢的主要牌号有以下三种:

  18-4-1高速钢具有较好的综合性能。因这种高速钢的含钒量少,所以其刃磨工艺性好、淬火时过热倾向小和热处理控制较容易。它的缺点是碳化物分布不均匀,所以它的热塑性较差且不宜作为大截面的刀具。又因钨价格较高,现在国内对18-4-1高速钢的使用逐渐减少,国外已很少采用。

  6-5-4-2高速钢是国内外普遍应用的牌号。因为一份钼可代替两份钨,所以在高速钢中加入钼元素可以减少钢中的合金元索,降低钢中碳化物的数量及分布的不均匀性,这还有利于提高高速钢的热塑性、抗弯强度和韧度。因此6-5-4-2的高温塑性和韧性都胜过1841。6-5-4-2高速钢的主要缺点是淬火温度范围窄、脱碳过热及敏感性大。

  9-3-4-1高速钢是根据我国资源研制的牌号,其抗弯强度和韧性均比6-5-4-2的好。因为9341高速钢的高温热塑性好、淬火过热和脱碳敏感性小,所以其有良好的切削性能。

  高性能高速钢是指在通用型高速钢的基础上增加碳、钒、钴或铝等合金元素的新钢 种。其常温硬度可达67-70HRC,而且其耐磨性与耐热性都有显著的提高。。碳高速钢中含碳量的提高,使钢中的合金元素能全部形成碳化物,从而提高了钢 度与耐磨性,但其强度和韧性略有下降,目前已很少使用。

  高钒高速钢是将钢中的钒增加到3%-5%。由于碳化钒的硬度较高,可达到2800HV且比普通刚玉高,所以碳化钒一方面增加了钢的耐磨性,同时也增加了此钢种 的刃磨难度。含钻高速钢的典型牌号是W2M9CAvC8(M42)。在钢中加入结,可提高高速钢的高温硬度和抗氧化能力。钴在钢中能促进钢在回火时从马氏体中析出钨、铝的碳化物从而提高回火硬度。钻的热导率较高,这对提高刀具的切削性能是十分有利的。钢中加 入钴还可以降低刀具的摩擦系数,从而改善其磨削加工性.

  含铝高速钢是我国独创的超硬高速钢,其典型牌号是W6Ma5CV2A1(501)。铝不是碳化物的形成元素,但它能提高钨和钼等元素在钢中的溶解度,并可阻止晶粒长大 因此含铝高速钢可提高刀具的高温硬度、热塑性和韧性。

  粉末冶金高速钢是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水得到细小的高速钢粉末,然后将高速钢粉末压制或热压成形,再经烧结而成的高速钢。粉末冶金高速钢在20世纪60年代由瑞典首先研制成功,70年代国产的粉末冶金高速钢就开始应用。由于 其使用性能好,故应用日益增加。

  (1)由于粉末冶金高速钢可获得细小均匀的结晶组织(碳化物晶粒为2-5pm),这完全避免了钢中碳化物的偏析,从而提高了钢的硬度和强度。硬度能达到69.5 70HRC,抗弯强度能达到2.73-3.43CPa

  (2)由于粉末冶金高速钢的物理力学性能各向同性,这可减少钢的热处理变形和应 力,因此粉末冶金高速钢可用于制造精密刀具。

  (3)由于粉末冶金高速钢中的碳化物细小均匀,这使得其磨削加工性得到显著改善。含钒量多者,改善程度就更显著。这一独特的优点,使得粉末冶金高速钢能用于制造新型的、增加合金元素的、加入大量碳化物的超硬高速钢,而不降低其刃磨工艺性。这是熔炼高速钢无法比拟的。

  (4)粉末冶金高速钢提高了材料的利用率。粉末冶金高速钢目前应用尚少,是因为其成本较高,其价格和硬质合金的价格 相当。

  高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积(PVD)方法,在刀具表面涂覆TiN等硬膜,以提高刀具性能的新工艺。这种工艺要求在高线℃环境下进行,气化的钛离子与氮反应并在阳极刀具表面上生成TN,一般TN涂层的厚度只有2um,这对刀具的尺寸精度影响不大。

  带有表面涂层的高速钢是一种复合材料,其基体是强度和韧性较好的高速钢,而表层是高硬度、高耐磨的材料。TN有较高的热稳定性,它与钢的摩擦系数较低,而且它能与高速钢结合牢固。TN的表面硬度可达2200HV,呈金黄色.

  涂层高速钢刀具的切削力和切削温度比普通高速钢刀具约下降25%,切削速度和进给量可提高一倍左右,并且涂层高速钢刀具的寿命有显著的提高。涂层高速钢刀具重磨后其性能仍优于普通高速钢。

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