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/min。1868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
的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。 表1
高速钢应用领域及产品形态
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Mushet的Mn-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/min。1900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(%):C0.7、W14、Cr4 1904 美国John
Mathew向高速钢中加入0.3%V 1906 试用电炉冶炼高速钢
1910 确立T1(W18Cr4V)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%~5%Co,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.P.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M41和M42 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
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