1.1　高速钢刀具材料

1.1.1　高性能高速钢的性能、牌号和用途

高速钢按性能分为普通型高速钢和高性能高速钢；按化学成分分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺分为熔炼和粉末冶金高速钢。现在已用高性能高速钢逐步取代普通高速钢，用于制造各种低速复杂刀具。因为高性能高速钢的常温硬度和高温硬度均高于普通高速钢4～10HRC，其刀具耐用度比普通高速钢高2～4倍，更适合于切削难切削材料。

高性能高速钢是在普通高速钢成分中，再增加一些含碳量、含钒量，还添加钴、铝等合金元素，以提高硬度、耐磨性和耐热性。这类高速钢的耐热性比普通高速钢高，在630～650℃时，仍可保持60HRC。而普通高速钢在600℃时，只有48.5HRC。高性能高速钢除用来切削一般材料外，更适合于切削加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、高强度和超高强度钢等难切削材料。这类高速钢有不同牌号，只有在各自的切削条件下，才能获得良好的切削效果。

（1）高碳高速钢

牌号有100W6Mo5Cr4V2（简称CM2）和95W18Cr4V（简称9W18）。它比普通高速钢含碳量高0.20%～0.25%，使钢中合金元素全部形成碳化物，提高了钢的硬度、耐磨性和耐热性，但抗弯强度和韧性稍为有所降低。它们的硬度为66～68HRC，在625℃高温时的硬度为55HRC，比W18高6.5HRC。适用于切削不锈钢、高温合金、钛合金和高强度及超高强度钢等难切削材料，刀具耐用度比W18高2～3倍。

（2）钴高速钢

牌号有W6Mo5Cr4V2Co5、W8Mo5Cr4V2Co6Si、W9Mo4Cr4V2Co3、W9Cr4V2Co10、W12Mo3Cr4V2Co8。它们的硬度为66.5～67HRC，在600℃高温下的硬度为54HRC，比W18提高了5.5HRC。它们的常温抗弯强度σ_bb只有2040～2950MPa，而在500℃高温时的抗弯强度却增加到2600～3220MPa。如用W9Cr4V2Co10含钴高速钢刀具加工270～340HB镍基高温合金GH2036、GH4037和铸造高温合金K403等，铣削时的刀具耐用度比W18高2～3倍，车削时刀具耐用度高1.5～2倍。

（3）高钒高速钢

通常把含钒量大于3%的高速钢称为高钒高速钢。牌号有W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V3、W9Cr4V5。钒在钢中与碳形成大量的碳化钒（VC）。VC的硬度（2800HV）比WC（2400HV）高，因而可使高速钢的硬度达65～67HRC，它的抗弯强度σ_bb为3200MPa。同时钒能细化钢的晶粒，降低钢的过热敏感性，使钢的耐磨性大大提高，刀具耐用度为W18的2～4倍。它适合于切削加工不锈钢、耐热合金、高强度钢和高锰钢等。缺点是磨削加工性很差。但采用硬度很高的立方氮化硼（CBN）砂轮，能使其变得易于磨削。

（4）高钒含钴高速钢

牌号有W9Cr4V5Co3、W12Cr4V5Co5。它们是在高钒高速钢中添加适量的钴，在提高钢的硬度和耐磨性的基础上，使钢的高温硬度提高。它们的硬度为66～68HRC，抗弯强度σ_bb为3000MPa。最适合于切削加工高温合金和钛合金，其刀具耐用度为一般高速钢的2倍以上。

（5）超硬高速钢

高速钢的硬度值达到67～70HRC时，称为超硬高速钢。这类钢主要用于切削加工高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢和高强度钢等难切削材料。

①含钴超硬高速钢。典型牌号有W2Mo9Cr4VCo8（简称M42）、W10Mo4Cr4V3Co10（简称HSP-15）、W6Mo5Cr4V2Co8（简称M36）、W12Cr4V5Co5（简称T15）、W12Mo3Cr4V3Co5Si（简称Co5Si）。这些牌号中最常用的是M42，它的硬度为69～70HRC，在600℃高温时的硬度为60HRC，抗弯强度σ_bb为2700～3800MPa。其他牌号的硬度为66～69HRC，抗弯强度σ_bb为2350～3000MPa，600℃高温硬度为54～55.5HRC。它们适用于切削加工铁基高温合金、铸造高温合金、镍和镍合金、钛合金、超高强度钢，可用于中硬（400HB）齿面加工，其刀具耐用度为普通高速钢的2～4倍。

②含铝超硬高速钢。典型牌号有W6Mo5Cr4V2Al（简称501钢或M2Al）、W10Mo4Cr4V3Al（简称5F-6钢）。其中常用的是M2Al。它们的硬度为67～69HRC，在600℃高温时的高温硬度为54～55HRC。抗弯强度σ_bb为3500～3800MPa，是我国最好的高速钢，与美国的M42相当。钢中加入铝后可阻止钢的晶粒长大，同时在切削的高温作用下，空气中的氮和氧与高速钢刀具表面发生化学反应，生成氮化铝和氧化铝薄膜，可减小刀-屑之间的摩擦系数，减轻刀-屑之间的黏结。含铝高速钢的硬度、耐磨性、抗弯强度和韧性都比较高，现在被广泛推广使用，切削各种材料的刀具耐用度是W18的4～6倍。

③含氮超硬高速钢。牌号有W12Mo3Cr4V3N（简称V3N）、硬度为67～70HRC，在600℃高温时为55HRC，抗弯强度σ_bb为2000～3500MPa，略低于M42，但韧性不低。在切削加工高强度和超高强度钢和奥氏体合金时，V3N钢的切削性能与M42、Co5Si等含钴高速钢相当，刀具耐用度比W18高3～6倍。它还适合于切削奥氏体钢、镍基高温合金、钼、钛等合金。

④含SiNbAl超硬高速钢。牌号有W18Cr4V4SiNbAl（简称B212）和W6Mo5Cr4V5SiNbAl（简称201）。它们分别属于钨系和钨钼系高碳高钒含硅、铌、铝超硬高速钢，硬度为67～69HRC，抗弯强度σ_bb为2300～3600MPa。在钢中加入硅能提高钢的硬度和热稳定性。铌与碳形成稳定的碳化铌，能阻止钢的晶粒长大，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。这两种高速钢的硬度虽然低于M42，但用于切削加工不锈钢、高温合金、高强度和超高强度钢等难切削材料时，效果为佳。其刀具耐用度比W18高几十倍，有时还超过M42。它的缺点是由于含钒量高，采用一般磨料的砂轮磨削极为困难，可采用立方氮化硼（CBN）为磨料的砂轮来磨削，就非常容易。