1、高速钢中的组成相： 高速钢的平衡组织： 合金F和合金K 合金元素： W，Mo，Cr，V，Co 合金K：M6C型： W，Mo的K，溶解一定的Cr, V, Co M23C6型： Cr的 K,（Cr, Fe, Mo, W, V）23C6 MC型： V的K，溶解少量W， Mo, Cr 在热处理过程中还存在M2C型K：W，Mo的K，W2C，Mo2C
V：
存在形式：主要以VC存在，也溶于其他类型碳化物中 作用：主要提高钢的耐磨性和对提高钢的热硬性起重要作
用；
VC部分溶于A中，淬火后M抗回火稳定性↑； 回火时析出VC产生二次硬化。
Co：
作用：主要提高钢的热硬性；
提高马氏体的回火稳定性； 钴在钢中为非碳化物形成元素，淬火加热时溶于A， 淬火后溶于M中，减慢合金K的析出与聚集长大，加强二次 硬化效果（提高晶界开始熔化温度）。
3．高速钢中碳化物的不均匀性与改善途径：
铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破 碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物； 在锻轧变形量不足时，仍存在粗的碳化物网和密集的带状 碳化物，这种碳化物的不均匀性对高速钢刀具的质量和使用 寿命有极大影响。 淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化，淬火开裂 倾向大，碳化物密集区脆性大，易引起崩刃。粗大碳化物在 淬火加热时溶解少，使附近奥氏体合金度低，热处理后刃具 的硬度、热硬性和耐磨性都降低，抗弯强度、韧性指标因碳 化物不均匀而降低。 因此，碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要技术质 量指标之一。
⒋回火：
■回火目的是从M中析出弥散M2C和MC碳化物，产生二 次硬化效应和消除残余奥氏体和内应力。 ■回火温度高是为了提高二次硬化效果；回火次数多 一方面增强二次硬化效果，另一方面（主要）是为了利用 二次淬火来降低残余奥氏体的含量，也间接地提高了性能。 见图7~9。（多次回火后的组织是回火M+碳化物）
化学元素的作用：
C：
■机制：形成K，固溶强化。 碳对高速钢的硬度影响很大，是主要的强化元素； C%提高，淬火回火后HRC和热硬性提高。 ■不利因素： 含碳量的增高使钢中碳化物总量↑，碳化物不均匀 性加重 →→锻轧 淬火后残余奥氏体量↑ →→多次回火 固相线温度↓，使淬火温度↓ 对于钨系高速钢， C%↑使钢的抗弯强度和韧性↓， 对钨钼系影响不大
图1 W18Cr4V钢的典型热处理淬火与回火工艺
■采用一次或两次预热 高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形、 开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳，往往采用一次或 两次预热。 ■淬火温度高 为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温 度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，9级）。 ■采用分级淬火 一般油淬空冷（组织为：M+Ar20-25%+9-10%未熔K）； 对细长件和薄片件采用等温淬火；（先在盐浴或碱浴 中的保温时间足够长，使过冷奥氏体等温转变有高强韧性 的下贝氏体组织，然后取出空冷。） 为了减少工件变形，采用1次或多次分级淬火。对于大 型复杂刃具，可采用等温淬火，以减少变形并提高韧性。
改善碳化物不均匀性的措施有：
• • 采用200-300 kg小锭型，使钢锭凝固快，减少结晶时宏 观偏析，莱氏体共晶也细小； 采用扁锭加快凝固，一般用630 kg型，减少集中偏析和 使莱氏体共晶细小； 增大钢锭锻压比，反复拉拔和镦粗； 大尺寸钢材可采用电渣重熔．钢液在水冷结晶器中径向 结晶，莱氏体共晶细小； 粉末冶金方法。
2．高速钢的铸态组织： 高速钢属于高合金莱氏体钢，其相图较复杂。图9为FeW-Cr-C系的变温截面。当W18Cr4V钢凝固时，发生下列反应： 开始结晶时析出δ (高温α )固溶体； 冷却到1400℃发生L + δ →γ 的包晶反应； 在1345℃附近很窄的温度范围进行L+δ →γ +M6C的包共 晶反应； 在1330℃-1300℃之间发生L→γ +M6C的共晶反应，一直 到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，存 在于奥氏体晶之间，其中碳化物呈鱼骨状，骨络之间为γ ； 凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出过共析合金碳化物， 在870-800℃间发生γ +M6C→α 的包析反应；冷到800℃左右 发生γ →α +M6C+Fe3C共析反应。实际上W18Cr4V钢中在共晶 结晶时还出现VC，并在随后冷却时，由奥氏体中还析出VC和 M23C6型碳化物。在低温下未发现Fe3C存在。
料 082 班
二组： 安徽工业大学 材料科学与工程学院 创新课题组
高速工具钢
主
讲：
高速工具钢
定义：
一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢， 又称高速钢或锋钢。

特点：
合金度高； 刃部在650℃时实际硬度仍高于HRC50，具有优良的 切削性能； 高耐磨性、高硬度、高耐热性；
分类：
根据钢中主要化学成分，高速钢可分成三类：即钨系 高速钢、钼系高速钢和钨钼系高速钢。 其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的W6Mo5Cr4V2应用最普 遍，属于通用型高速钢；而高碳高钒、高钒高钴超硬高速 钢属于特殊高性能高速钢。 其他分类方法：
W6Mo5Cr4V2： 具有良好的热硬性和韧性； 淬火后表面硬度可达64～66HRC； 是含钼低钨高速钢，成本较低； 用量仅次于W18Cr4V，适用于制造钻头、丝锥、 板牙、铣刀等。
主要包括：锻轧，退火，淬火，多次回火 ⒈锻轧： 由于钢含碳量较高,而且含有大量合金元素,其铸态坯 料组织中具有鱼骨胳状碳化物。只能用锻造的方法将其打 碎,并使其分布均匀。 ⒉退火： ■ 高速钢经锻轧后，钢材需要退火。消除内应力，降 低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备。可采用一般 退火或等温退火； ■高速钢的Ac1在820-860℃范围，故退火温度
缺点：降低韧性，增加脱C倾向。有5%、8%、12%三个
级别。
微合金元素的作用：
氮：增加M6C的稳定性，减少聚集倾向；
细化A晶粒，晶界熔化温度上升，提高淬火和合金 元素的溶解量，从而使淬火回火硬度和热硬性提高，同时 提高了抗弯强度和挠度，改善韧性。
稀土元素：降低硫在晶界的偏聚，提高热塑性。
高速钢的热处理
图10
Fe-W-Cr-C系的变温截面
图11
W18Cr4V钢的铸态组织
在实际铸锭凝固时的冷却速度大于平衡冷却， 其包晶反应不能进行完毕，仍有部分δ相被保留 下来，在继续冷却时发生共析分解δ→γ+M6C， 随后γ相再发生共析反应。这种转变产物金相形 态呈黑色．称为“黑色组织”。γ相的共析反应 也可能破抑制而过冷到低温，转变为马氏体和残 留奥氏体，形成“白亮组织”。 因此铸态组织有大量鱼骨状共晶莱氏体和黑色 组织（屈氏体）与白色组织（马氏体和残余奥氏 体）。
■淬火后获得了高合金的马氏体，具有高的抗回火稳 定性，在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化， 使钢具有高的硬度和热硬性。
图3为W18Cr4V钢的典型热处理淬火与回火工艺
M23C6 900℃开始溶解， 1090℃全部溶解； M6C 1037℃开始溶解， 1250℃以上溶解量逐惭减小； MC 1100℃开始溶解，溶 解速度比M6C缓慢。 1280℃时，奥氏体中：C 0.5%，W7-8%，Cr4%， V0.6-0.8%；剩余K总量为910%：其中，M6C 7.5%9.0%， MC 1.0-1.5%
★钨系、钼系、钨钼系的性能比较：
钼系高速钢Mo18Cr4V的热硬性逊于W系； 热处理时，钼系脱碳的可能性大； 钼系高速钢的抗弯强度和冲击韧性远高于W系； 钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2具有钨系和钼系的优点,又 克服两者的缺点。
Cr：
存在形式：主要存在M23C6，也溶于M6C和MC中 作用：主要起提高钢的淬透性； 可提高钢的耐蚀性和抗氧化能力，改善切削能力。
化学成分：
主要元素：C，W，Mo，Cr，V，Co ； 其中 C%≈0.7%∽1.65%，钢中含W、Mo、Cr、V、Co等 合金元素,其总性又叫红硬性，是指钢在较高温度下，仍能保持 较高硬度的性能；它表示钢的抗回火软化能力。 测定高速钢热硬性是在600℃、625℃、650℃温度加 热四次后测定其室温硬度，能保持HRC60的最高温度即表 示该钢的热硬性；或者在高温硬度计加热到600℃∽650℃ 保温4h后直接测定其高温硬度。
• • •
性能
因为高速钢最重要的用途是制造切削工具，故切削性 能是其最重要的物理性能。 在高速钢的许多物理和力学性能中下列三种性能对切削 能力起最主要作用： ■热硬性； ■与工件接触的刀具部分的抗磨损能力――耐磨性； ■工具的强度和塑性的综合性能――韧性。
其他性能：
■抗压强度高； ■变形小：高速钢经常在盐浴油或空气中淬火，因而 其变形相对较小； ■高导热性：高导热性能使在工作表面产生的热量消 散在工具内部；加入5%的Co可以提高导热性； ■比重较高：所有高速钢的比重都比1%碳的碳素工具 钢高。钨系高速钢有最大比重，而钼系高速钢较标准的T1 钢轻大约10%。 比重也称相对密度，是物质的密度与取作标准的某一 物质(例如在其最大密度的温度4°C时的纯水)密度之比 (两者的密度都是在空气中称重而取得的)。 T1 钨系高速钢，含碳量0.7%-0.8%，耐磨性好，高温 塑性比钼系差。
图4 W18Cr4V钢的的正常淬火组织
图5 W18Cr4V钢的过烧组织
图6 W18Cr4V钢的的退火组织
• 分级淬火：将钢加热保温后快速冷却到Ms稍上的温度保温 一段时间（发生贝氏体转变之前）以空冷的速度进入马氏 体转变区，进行马氏体转变的方法。 • 等温淬火：将钢加热保温后快速冷却到Ms稍上的温度保温 使其转变为下贝氏体的方法。 • 双介质淬火：将钢加热保温后先用水快速冷却到等温转变 曲线鼻尖下边的奥氏体亚稳定区后转入油中冷却的方法。
PVD 是英文Physical Vapor Deposition （物理气相沉积）的缩写，是指在真空条 件下，采用低电压、大电流的电弧放电技 术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发 物质与气体都发生电离，利用电场的加速 作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在 工件上。