高速工具鋼刀具材料的性能

高速工具鋼刀具材料的性能主要有以下幾部分。

1.硬度與耐磨性

通用型高速工具鋼淬火并回火后的硬度一般為60~70HRC，超硬高速工具鋼的硬度可達67~70HRC。提高高速工具鋼的硬度可以提高刀具的耐性與持久性，高硬度高速工具鋼經過適當的磨削及研磨后，可以獲得比較小的表面粗糙度值，硬度提高可以減小刀具與切削的粘結與摩擦系數。實驗結果表明，對于高速工具鋼而言，其室溫硬度也代表了高溫硬度的一個指標，即高速工具鋼的室溫硬度提高時，高溫硬度也相應提高。此外，高速工具鋼的壓縮屈服強度還與硬度成正比增加。因此，硬度即使稍有降低，在低應力下也會引起一定的塑性變形。由此可見，高速工具鋼刀具應在該鋼種較高溫度范圍內使用。

應當注意到，對于某一種高速工具鋼，硬度的提高往往伴隨著韌性的降低。

高速工具鋼的硬度和強度的最佳組合可以通過適當的選擇鋼的化學成分和熱處理工藝獲得。高速工具鋼的硬度和耐磨性主要取決于鋼的含碳量，含碳量增加，硬度和耐磨性也提高。實踐表明，對于不同牌號的高速工具鋼都有其耐磨性達到最好時的最佳硬度值。

在標準成分的高速工具鋼，如W6Mo5Cr4V2鋼和W18Cr4V鋼中，增加0.2%的碳含量而形成的CW6M5Cr4V2及9W18C4V鋼，其硬度可提高至66~68HRC，耐性也有所提高。一些超硬高速工具鋼就是按照碳化物形成元素的含量來計算含碳量的，其硬度可達60~70HRC，因而大大提高了刀具的切削性能。

高速工具鋼的耐磨性還取決于鋼中碳化物的種類和數量。碳化物數量越多，其損率(磨損體積與摩擦距離之比)越低。合金元素對耐性的影響能力按Cr、W、Mo、V的順序增強，其效應之比為2:5:10:40。這表明V對工具鋼的耐性有極大的影響。常用的高釩高速工具鋼，如W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo等，硬度可達67HRC。我國研制的幾種V含量為5%的超硬高速工具鋼，在切削那些對于刀具具有強烈磨損性質的工件材料，如纖維，硬橡膠、塑料等時，高釩高速工具鋼刀具具有特別高的壽命。高速工具鋼的硬度雖不及硬質合金，但對于一般硬度的碳素鋼和鑄鐵的切削加工，其硬度是足夠的。而超硬高速工具鋼刀具則可加工硬度達400HBW的中硬度工件和淬硬至48~54HRC的硬齒面齒輪。

2.強度、韌性及耐磨性

高速工具鋼的強度與韌性在現有的刀具材料中是最高的。因此，高速工具鋼刀具能承受較大的沖擊載荷，這是高速工具鋼仍然廣泛使用的主要原因之一。

高速工具鋼的強度與韌性與其品粒度、碳化物分布、殘余應力的大小及奧氏體數量等都有關系。隨著鋼中品粒長大和碳化物分布不均勻性的增加，鋼的強度與韌性也隨之降低。

增加高速工具鋼中的C、V、Co含量，會降低鋼的強度與韌性。當Co的含量很高時，其韌性甚至會降低至接近硬質合金的韌性指標，因而不能承受大的沖擊。

通用型高速工具鋼的熱穩定性為550~600℃，超硬高速工具鋼則可達650~700℃高速工具鋼的熱穩定性雖不及硬質合金，但卻比合金工具鋼及碳素鋼高很多，這是高速工具鋼刀具切削性能高于后兩者的主要原因，其切削速度和刀具壽命也要高得多，用超硬高速工具鋼制造的滾刀的切削速度可高達100m/min以上。

高速工具鋼中的C、V、Co含量增加時，鋼的高溫硬度則可以提高，其中添加Co的效果最為顯著。國外生產的很多高性能高速工具鋼成分中都添加Co，其主要目的是為了提高其高溫硬度。高碳含鈷超硬高速工具鋼W2Mo9Cr4VCo8 在溫度不是很高時的硬度已經達到鈷較多的WC-Co硬質合金的硬度值范圍。

3.加工工藝性

高速工具鋼的鍛造工藝性能、熱處理工藝性能、切削加工工藝性能比較好，比硬質合金容易制成各種復雜形狀的刀具，這是高速工具鋼在刀具材料中，特別是在復雜刀具中仍然占據統治地位的主要原因。

磨削加工性能是決定刀具質量的最重要工藝性能之一，在刀具制造中，削加工的費用是很高的，有時要占工具總費用的50%~60%，而材料和熱處理費用只占10%~20%。因此，磨削加工性能的好壞通常成為是否愿意使用某種牌號高速工具鋼材料的主要依據。高釩高速工具鋼材料雖然耐磨性能很好，刀具壽命明顯提高，但由于其磨削加工性能差，使其使用范圍受到很大限制。立方氮化硼砂輪的應用很好地解決了磨削加工性能差的高速工具鋼刀具的刃磨問題。

4.高速工具鋼刀具材料的刃磨性

磨削加工性能是決定刀具質量的最重要工藝性能之一。在刀具制造中，磨削加工費用占刀具總成本比例很高，因此，磨削加工性能的好壞也是高速工具鋼刀具的主要性能指標。高速工具鋼可以用普通砂輪磨出鋒利的刃口，刃磨性能較好。但由于高速工具鋼的導熱性較差，磨削時溫度很高，容易產生切削刃燒傷，因此，在削過程中應注意冷卻。在部分復雜刀具的刃磨中(如高速工具鋼板牙梳刀、高速工具鋼滾刀)可選用CBN 砂輪進行磨削，粗磨粒度120~180，濃度均可采用100%。

5.粉末冶金高速工具鋼刀具材料的性能

下表所示為部分國產粉末冶金高速工具鋼的性能。