skh51高速钢中合金元素的作用-YXM1简介
  skh51高速钢适用于高速切削刃具,其具有良好的切削性和耐磨性。高速钢可以分为三类:钨系高速钢、钼系高速钢和钨钼系高速钢,其中的合金元素具有如下作用。

  1.钨和钼

  钨是高速钢获得热硬性的主要元素,在钢中形成M6C,是共晶碳化物的主要组成,它还以二次碳化物由奥氏体中析出。在锻轧材中M6C以颗粒状碳化物存在,淬火加热时大量未溶M6C阻碍奥氏体晶粒长大,改善钢的韧性,同时溶在奥氏体中约7%~8%的W淬火后保留在马氏体中,提高马氏体抗回火稳定性。在560℃回火时析出W2C,产生弥散强化。

  钼和钨属于同族,可互相取代,由于二者原子量的差别,1%Mo可取代1.5%W。含钼共晶碳化物由粗鱼骨状变为细鸟巢状,减小了碳化物不均匀性,锻轧后含钼M6C颗粒也较细小。钼系高速钢Mo8Cr4V热硬性逊于W系,因为回火时Mo2C比W2C析出温度稍低,且易聚集长大。热处理时,钼系脱碳倾向大。但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,其使用量已超过W18Cr4V钢。钨钼系高速钢热塑性好,适宜热成形制造钻头、铣刀、铰刀等。

  2.钒的作用

  钒在钢中主要是以VC存在,也溶于其他类型碳化物中。淬火加热时,VC部分溶于奥氏体中,淬火后使马氏体抗回火稳定性增高,阻碍马氏体分解,并析出弥散VC产生次生硬化。淬火加热未溶的VC起阻止晶粒长大作用。高速钢中加钒是使钢具有良好热硬性的重要因素,含钒量的提高使热硬性有明显提高,如W18Cr4V钢中含钒的质量分数是从1.2%提高到1.9%,其热硬性由610℃提高到628℃。

  高速钢中w(V)=1%~2%属于低钒高速钢。高钒高速钢将w(V)提高3%~5%。在高钒高速钢中,合金相组成相对量发生很大变化,其中MC型碳化物量与M6C型碳化物量相当,并且是共晶碳化物的主要组成。高钒高速钢的共晶碳化物形貌为鸟巢状。MC的大量存在提高了钢的耐磨性,但也使可切削加工性减低。因为MC型碳化物硬度高,为HV2800,而M6C硬度HV1500~1800。高钒高速钢属于高热硬性高耐磨高速钢,如W12Cr4V4Mo钢,退火后MC型碳化物的体积分数占10%,M6C型碳化物的体积分数占12%,M23C型碳化物的体积分数占10%,总碳化物的体积分数为32%。一般在1250℃淬火,560℃回火三次,热处理后硬度在HRC64~66。

  3.铬的作用

  铬在高速钢中主要存在于M23C6中,也溶于M6C和MC型碳化物,促使其溶于奥氏体,增加奥氏体中合金度。淬火加热时,铬几乎全溶于奥氏体,主要起增加钢的淬透性作用。高速钢中若只含w(Cr)=1%,则必须用水淬,而2%的钢在分级淬火时会出现少量贝氏体,所以一般高速钢中w(Cr)均含4%左右。铬也增加高速钢耐蚀性和增大抗氧化能力,减少粘刀现象,改善刃具切削能力。

  4.碳的作用

  碳对高速钢的硬度影响很大,是高速钢的主要强化元素。随着含碳量进一步增高,淬火回火后硬度和热硬性都增高。若碳和碳化物形成元素满足合金碳化物中分子式的定比关系,可以获得***大的次生硬化效应。定比碳经验关系式为

  w(C)=0.033w(W)+0.063w(Mo) +0.20w(V)+0.060w(Cr)

  W6Mo5Cr4V2钢通常w(C)为0.85%,若提高到1.10%,淬火后硬度和600℃热硬性如下:

  85W6Mo5Cr4V2 淬火后HRC63~66 600℃热处理HRC60~61

  110W6Mo5Cr4V2淬火后HRC67~68 600℃热处理HRC64~65

  碳量的提高也带来一些问题。由于碳量增高使钢中碳化物总量增加,碳化物不均匀性加重;淬火后残留奥氏体量增多,需要多次回火才能消除;钢的固相线温度降低,使淬火温度下降,钢中w(C)每增加0.10%,晶界熔化温度下降11℃。另外对钨系高速钢,增加碳量将使钢抗弯强度和韧性明显下降,而钨钼系这种变化不大。

  5.钴的作用

  钴在钢中为非碳化物形成元素,淬火加热时溶于奥氏体,淬火后存在于马氏体中,提高马氏体抗回火稳定性,加强次生硬化效果,有较好的热硬性。钴与钨、钼原子间结合力强,可减低钨钼原子扩散速率,减慢合金碳化物析出和聚集长大,增加热硬性。一般钢中含钴量主要为5%、8%和12%三个级别,都是高热硬性高速钢。另外钴对高速钢性能也有不利影响,如降低韧性、增大脱碳倾向。

  6.微合金元素的作用

  为了改善高速钢的性能,人们研究了微量合金元素对钢组织的性能的影响。

  在skh51高速钢中加入微量氮。氮可溶于碳化物,使M6C碳化物稳定性增高,减小聚集倾向。氮可细化奥氏体热硬性的影响晶粒,提高晶界开始熔化温度,因而提高了淬火温度和合金元素溶解量,增加淬火回火硬度和热硬性。同时也提高了抗弯强度和挠度,改善了韧性。一般高碳超硬高速钢中可加入质量分数0.05%~0.10%的氮。

  稀土元素加入高速钢中,可明显改善其在900~1150℃间的热塑性。高速钢的热塑性由于微量硫存在于奥氏体晶界而恶化,在w(S)降低到0.002%亦不可避免,并引起热扭转试样的沿晶断口。当钢中加人稀土元素后,降低了硫在晶界的偏聚。

  我国生产的含稀土高速钢有W18Cr4VRE、W12Mo2Cr4VRE。由于有较高的热塑性,可适应刃具的热扭轧工艺。