高速鋼刀具材料的發(fā)展歷史

　　1898年，美國機(jī)械與管理工程師泰勒(TaylorF.W.)和冶金學(xué)家懷特(WhiteM.)研制發(fā)明了高速鋼，并作了系統(tǒng)切削試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)他們確定的高速鋼成分為C-0.67%，W-18.91%，Cr-5.47%，Mn-0.11%，V-0.29%，F(xiàn)-余量，與后來的W18Cr4V成分很接近。

　　高速鋼刀具可用30m/min的速度切削鋼材，其效率比過去用的碳素工具鋼和合金工具鋼提高了好幾倍，為美國當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)贏得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好，由于麻花鉆熱軋工藝的需要，后來研制成功了W6Mo5Cr4V2高速鋼，此外，還有W9Mo3Cr4V。這三種高速鋼的切削性能和力學(xué)性能近似，稱為通用型。

　　20世紀(jì)中葉以后，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，各種難加工材料不斷涌現(xiàn)，通用高速鋼的性能已不復(fù)使用，于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn)，使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。因?yàn)楦咚黉摰毒叩木C合性能好，可加工性優(yōu)于其他刀具材料，各種刀具都可用高速鋼制作，加上它的性能不斷提高，故至今仍是用得最多的刀具材料之一。

　　近年，全世界高速鋼年產(chǎn)量約為16萬~22萬噸，中國高速鋼年產(chǎn)量已達(dá)5萬~6萬噸。河冶科技公司和江蘇天工工具公司是國內(nèi)生產(chǎn)高速鋼的大戶，他們占有全國高速鋼產(chǎn)量中的極大份額。

　　高性能高速鋼

　　在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整基本化學(xué)成分并添加其他合金元素，使其常溫與高溫力學(xué)性能得到顯著提高。

　　1)高碳高速鋼

　　在W18Cr4V基礎(chǔ)上增加0.2%含碳量，形成95W18Cr4V，根據(jù)化學(xué)平衡碳理論，可在淬火加熱時(shí)增加高速鋼奧氏體中的含碳量，加強(qiáng)回火時(shí)的彌散硬化作用，從而提高了常溫和高溫硬度。與W18Cr4V相比95W18Cr4V的耐磨性和刀具耐用度都有所提高，刃磨性能相當(dāng)。這個(gè)鋼種的切削性能雖不及高鈷、釩高速鋼，但價(jià)格便宜，切削刃可以刃磨得很鋒利，故有應(yīng)用價(jià)值。同樣，還有100W6Mo5Cr4V2(CM2)高碳高速鋼,但這種高性能高速鋼用得不多。

　　2)高鈷高速鋼

　　在高速鋼中加鈷，可以促進(jìn)回火時(shí)從馬氏體中析出鎢、鉬碳化鎢，提高彌散硬化效果，并提高熱穩(wěn)定性，故能提高常溫、高溫硬度及耐磨性。增加鈷含量還可改善鋼的導(dǎo)熱性，降低刀具、工件間的摩擦系數(shù)，M42是美國在這方面的代表性鋼種，其綜合性能甚為優(yōu)越。瑞典的HSP-15也是這一類的鋼種，但其含釩量為3%，刃磨加工性不如M42。鈷含量高、價(jià)格昂貴，不適合中國國情。我國研制成功的低鈷含硅高速鋼Co5Si，性能優(yōu)越，價(jià)格低于M42和HSP-15，但Co5Si含釩量亦達(dá)3%，刃磨加工性亦較差，故不宜用其制造刃形復(fù)雜的刀具。

　　3)高釩高速鋼

　　高釩高速鋼的釩含量為3%～5%，同時(shí)加大含碳量，形成VC與V4C3，使高速鋼得到高的硬度和耐磨性。高釩高速鋼的耐熱性也好，但高釩高速鋼的刃磨加工性差，導(dǎo)熱性也不好，沖擊韌性較低，故不宜用于復(fù)雜刀具。

　　在高釩高速鋼中也可加入適當(dāng)?shù)拟挘蔀楦哜C含鈷高速鋼。

　　我國研制的高釩含氮高速鋼V3N，價(jià)格便宜，切削性能也好，惟刃磨較難。后來又研制出低鈷含氮高速鋼Co3N(W12Mo3Cr4Co3N)，切削性能很好，刃磨性能亦佳，但價(jià)格高于V3N。

　　4)含鋁高速鋼

　　我國研制出無鈷、廉價(jià)的含鋁高性能高速鋼501(M2Al)，其中鋁含量約為1%。鋁能夠提高鎢、鉬在鋼中的溶解度，從而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，由于鋁化合物在鋼中能起"扎釘"作用，故鋼的常溫、高溫硬度和耐磨性均得以提高，強(qiáng)度和韌性也都比較高，切削性能與M42相當(dāng)。501的釩含量為2%，刃磨性能稍遜于M42。含鋁高速鋼是中國的一個(gè)獨(dú)創(chuàng)。501在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，在國外也得到應(yīng)用。

　　20世紀(jì)后期，中國在熔煉高性能高速鋼的研制和應(yīng)用方面已有很大進(jìn)展，不僅仿制了國外的優(yōu)秀鋼種，如M42、M35等，還研制開發(fā)了具有中國特色的無鈷含鋁、少鈷含硅、無鈷高釩含氮等高性能高速鋼種，性能很好。由于當(dāng)時(shí)的客觀狀況，產(chǎn)量和應(yīng)用都受到限制。近年，河冶和天工兩家公司大批量的生產(chǎn)各類高性能高速鋼，兩家的鋼號基本相同，為推廣應(yīng)用高性能高速鋼刀具創(chuàng)造了有利條件。

　　除高性能熔煉高速鋼外，中國還有自行研制的、性能優(yōu)良的高性能高速鋼W13Mo3Cr4V3N(V3N) W12Mo3Cr4V3Co5Si(Co5Si)和W12Mo3Cr4VCo3N(Co3N)等。根據(jù)訂貨，各大工具廠可以提供各種高性能高速鋼刀具產(chǎn)品。