1.1　高速鋼刀具材料

1.1.1　高性能高速鋼的性能、牌號和用途

高速鋼按性能分為普通型高速鋼和高性能高速鋼；按化學成分分為鎢系、鎢鉬系和鉬系高速鋼；按制造工藝分為熔煉和粉末冶金高速鋼。現在已用高性能高速鋼逐步取代普通高速鋼，用于制造各種低速復雜刀具。因為高性能高速鋼的常溫硬度和高溫硬度均高于普通高速鋼4～10HRC，其刀具耐用度比普通高速鋼高2～4倍，更適合于切削難切削材料。

高性能高速鋼是在普通高速鋼成分中，再增加一些含碳量、含釩量，還添加鈷、鋁等合金元素，以提高硬度、耐磨性和耐熱性。這類高速鋼的耐熱性比普通高速鋼高，在630～650℃時，仍可保持60HRC。而普通高速鋼在600℃時，只有48.5HRC。高性能高速鋼除用來切削一般材料外，更適合于切削加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、高強度和超高強度鋼等難切削材料。這類高速鋼有不同牌號，只有在各自的切削條件下，才能獲得良好的切削效果。

（1）高碳高速鋼

牌號有100W6Mo5Cr4V2（簡稱CM2）和95W18Cr4V（簡稱9W18）。它比普通高速鋼含碳量高0.20%～0.25%，使鋼中合金元素全部形成碳化物，提高了鋼的硬度、耐磨性和耐熱性，但抗彎強度和韌性稍為有所降低。它們的硬度為66～68HRC，在625℃高溫時的硬度為55HRC，比W18高6.5HRC。適用于切削不銹鋼、高溫合金、鈦合金和高強度及超高強度鋼等難切削材料，刀具耐用度比W18高2～3倍。

（2）鈷高速鋼

牌號有W6Mo5Cr4V2Co5、W8Mo5Cr4V2Co6Si、W9Mo4Cr4V2Co3、W9Cr4V2Co10、W12Mo3Cr4V2Co8。它們的硬度為66.5～67HRC，在600℃高溫下的硬度為54HRC，比W18提高了5.5HRC。它們的常溫抗彎強度σ_bb只有2040～2950MPa，而在500℃高溫時的抗彎強度卻增加到2600～3220MPa。如用W9Cr4V2Co10含鈷高速鋼刀具加工270～340HB鎳基高溫合金GH2036、GH4037和鑄造高溫合金K403等，銑削時的刀具耐用度比W18高2～3倍，車削時刀具耐用度高1.5～2倍。

（3）高釩高速鋼

通常把含釩量大于3%的高速鋼稱為高釩高速鋼。牌號有W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V3、W9Cr4V5。釩在鋼中與碳形成大量的碳化釩（VC）。VC的硬度（2800HV）比WC（2400HV）高，因而可使高速鋼的硬度達65～67HRC，它的抗彎強度σ_bb為3200MPa。同時釩能細化鋼的晶粒，降低鋼的過熱敏感性，使鋼的耐磨性大大提高，刀具耐用度為W18的2～4倍。它適合于切削加工不銹鋼、耐熱合金、高強度鋼和高錳鋼等。缺點是磨削加工性很差。但采用硬度很高的立方氮化硼（CBN）砂輪，能使其變得易于磨削。

（4）高釩含鈷高速鋼

牌號有W9Cr4V5Co3、W12Cr4V5Co5。它們是在高釩高速鋼中添加適量的鈷，在提高鋼的硬度和耐磨性的基礎上，使鋼的高溫硬度提高。它們的硬度為66～68HRC，抗彎強度σ_bb為3000MPa。最適合于切削加工高溫合金和鈦合金，其刀具耐用度為一般高速鋼的2倍以上。

（5）超硬高速鋼

高速鋼的硬度值達到67～70HRC時，稱為超硬高速鋼。這類鋼主要用于切削加工高溫合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼和高強度鋼等難切削材料。

①含鈷超硬高速鋼。典型牌號有W2Mo9Cr4VCo8（簡稱M42）、W10Mo4Cr4V3Co10（簡稱HSP-15）、W6Mo5Cr4V2Co8（簡稱M36）、W12Cr4V5Co5（簡稱T15）、W12Mo3Cr4V3Co5Si（簡稱Co5Si）。這些牌號中最常用的是M42，它的硬度為69～70HRC，在600℃高溫時的硬度為60HRC，抗彎強度σ_bb為2700～3800MPa。其他牌號的硬度為66～69HRC，抗彎強度σ_bb為2350～3000MPa，600℃高溫硬度為54～55.5HRC。它們適用于切削加工鐵基高溫合金、鑄造高溫合金、鎳和鎳合金、鈦合金、超高強度鋼，可用于中硬（400HB）齒面加工，其刀具耐用度為普通高速鋼的2～4倍。

②含鋁超硬高速鋼。典型牌號有W6Mo5Cr4V2Al（簡稱501鋼或M2Al）、W10Mo4Cr4V3Al（簡稱5F-6鋼）。其中常用的是M2Al。它們的硬度為67～69HRC，在600℃高溫時的高溫硬度為54～55HRC。抗彎強度σ_bb為3500～3800MPa，是我國最好的高速鋼，與美國的M42相當。鋼中加入鋁后可阻止鋼的晶粒長大，同時在切削的高溫作用下，空氣中的氮和氧與高速鋼刀具表面發生化學反應，生成氮化鋁和氧化鋁薄膜，可減小刀-屑之間的摩擦系數，減輕刀-屑之間的黏結。含鋁高速鋼的硬度、耐磨性、抗彎強度和韌性都比較高，現在被廣泛推廣使用，切削各種材料的刀具耐用度是W18的4～6倍。

③含氮超硬高速鋼。牌號有W12Mo3Cr4V3N（簡稱V3N）、硬度為67～70HRC，在600℃高溫時為55HRC，抗彎強度σ_bb為2000～3500MPa，略低于M42，但韌性不低。在切削加工高強度和超高強度鋼和奧氏體合金時，V3N鋼的切削性能與M42、Co5Si等含鈷高速鋼相當，刀具耐用度比W18高3～6倍。它還適合于切削奧氏體鋼、鎳基高溫合金、鉬、鈦等合金。

④含SiNbAl超硬高速鋼。牌號有W18Cr4V4SiNbAl（簡稱B212）和W6Mo5Cr4V5SiNbAl（簡稱201）。它們分別屬于鎢系和鎢鉬系高碳高釩含硅、鈮、鋁超硬高速鋼，硬度為67～69HRC，抗彎強度σ_bb為2300～3600MPa。在鋼中加入硅能提高鋼的硬度和熱穩定性。鈮與碳形成穩定的碳化鈮，能阻止鋼的晶粒長大，細化晶粒，提高鋼的強度和韌性。這兩種高速鋼的硬度雖然低于M42，但用于切削加工不銹鋼、高溫合金、高強度和超高強度鋼等難切削材料時，效果為佳。其刀具耐用度比W18高幾十倍，有時還超過M42。它的缺點是由于含釩量高，采用一般磨料的砂輪磨削極為困難，可采用立方氮化硼（CBN）為磨料的砂輪來磨削，就非常容易。