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认识高速钢

高速钢定义

  高速钢是高速工具钢的简称,在我国冶金工业部门习惯称为高工钢,民间还俗称为锋钢。是一种主要用于机床切削刀具的高合金工具钢。高速钢一般分为通用型、高性能型、经济型(低合金高速钢)三类,经济型钨当量[W]=W 2Mo>=5%12%

高速钢的诞生

  现代工具钢可追溯至1740年,英国人由坩锅炉熔化得到成分均匀的高碳钢,碳含量为0.75~1.50%,制成机床切削工具,切削速度不超过5m/min1868年发展了Mushet自硬钢。属Mn-W系工具钢,使切削低碳钢的速度达到8m/min。典型成分为:C2.0%W7%Mn2.5%。随着19世纪工业革命的进展,工业用钢大量生产迫切要求机床和工具必须跟上。因此如何提高Mushet钢的性能使其所制工具切削速度能大幅度提高,已成为当时客观迫切的要求。Mushet钢的锰含量高因而降低Ac1临界点,使其很难软化退火,而且热脆性大,可锻性很差,淬火时易过热。因此19世纪末,在美国出现了低锰含铬的Cr-W系自硬钢。1898年,Fred W.Taylor及助手M.White等人通过几百次切削试验,筛选出两种成分的钢,一种是Mushet Mn-W钢(C 2.15%,Mn1.58%,W5.44%),另一种是Cr-W钢(C1.44%,Cr1.83%,W7.72%),通过试验发现Cr-W钢经接近熔化温度淬火后得到最高的切削性能。1900年巴黎世界博览会上,经Taylor-White工艺处理的Cr-W钢(C1.85%,W8%,Cr3.8%)工具的切削表演时,切削速度、吃刀深度和进刀量均可成倍提高。使生产能力提高340%。引起当时机床与工具业的革命性变革。因此迄今公认高速钢正式诞生于1900年(巴黎博览会表演时间)。

高速钢应用领域

  随着现代制造技术的发展高速钢应用也在发生变化一方面由于硬质合金引入超细化制造技术韧性提高从而挤占部分高速钢在金属切削刀具领域的用量;另一方面高速钢应用领域不断拓宽除金属切削刀具外高速钢在以下领域的应用逐步增加冷作模具、轧辊、木工刀具及其它非金属切刀、耐磨件、油泵油咀针阀等,所应用的高速钢产品形态见表1

1 高速钢应用领域及产品形态

应用领域 所需产品形态
金属切削刀具 棒材、钢丝、钢板、钢带、锻件
冷作模具 予硬化模板、棒材
轧辊 离心铸造或复合重熔、棒材
木工刀具及其它非金属切刀 钢板、扁钢、钢带
耐磨件 扁钢、棒材
油泵油咀针阀 钢丝

  预计金属切削刀具用高速钢会有所减少,而冷作模具、轧辊、木工刀具及其它非金属切刀用高速钢会稳步增加。

高速钢发展简史

年代大事记

1870~1898 英国Mushet自硬钢(C2%,W7%,Mn2.5%),切削中碳钢速度达到8m/min

1898~1900 美国F.W.Taylor和英国M.White发明接近钢熔点的高温淬火和高温回火,并以Cr-W钢(C1.85%,W8%,Cr3.8%)取代MushetMn-W自硬钢,从而创立了高速钢。切削中碳钢的切削速度达20 m/min1900年在巴黎国际博览会上表演高速切削成功

1903 出现现代高速钢的原始成分(%):C0.7W14Cr4

1904 美国John Mathew向高速钢中加入0.3V

1906 试用电炉冶炼高速钢

1910 确立T1W18Cr4V)钢成分(C0.75%、W18%、Cr4.0%、V1.0%),切削中碳钢速度达30 m/min

1912 德国Becker向钢中加入3~5Co,提高了钢的热硬度

1918 3t电弧炉试炼高速钢成功,替代了坩埚炉,得以生产较大尺寸的钢锭和钢材

1923 加入钴量达12~15%,切削速度达40 m/min以上

1932 美国J.V.Emmons发明以Mo代替W的高钼钢M1

1937 美国W.Breelor发明W-Mo系钢M2

1939 美国J..Gill发明高碳高钒钢,称Super HSS,含钒3~5%,淬回火硬度达HRC67~68,耐磨性好,但可磨削性差

1953 出现加硫(0.05~0.2%)易切削高速钢

1958~1963 平衡碳原理提出与应用,美国发明M40系列钢,硬度达到HRC70的超硬(Extra-hard)钢,最早为M41M42

1965 美国Crucible Steels公司发明粉末冶金法生产高速钢

1970 瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速钢投产;电渣重熔高速钢开始用于大截面材生产;高速钢用于高载荷冷作模具日益增多

1980 氮化钛涂层的物理气相沉积法(PVD)成功用于部分高速钢刀具,使用寿命成倍提高,对高速钢的应用和发展具有重要意义

1990~ 粉末高速钢新钢种热处理硬度达HRC70-72;综合性能优良的低合金高速钢重新受到重视和发展,替代部分通用高速钢,以节约合金资源

 


本文引用地址:http://www.worldmetal.cn/steel/show-37474-1.html

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