[其他]高速工具钢及其热处理工艺

说明书

本发明涉及一种高速工具钢，特别是一种加入Al、N的具有较好综合性能的钨钼高速工具钢及其热处理工艺。

在本发明做出之前，日本特许厅特许出愿公开昭57-82465记载了含有Al、N的高速工具钢，化学成分重量百分比0.6～3.0%，Si0.1～2.0%，Mn1.0%以下，Cr2～10%，W0.1～20%，Mo0.1～12%，V2.4～6%，Co0.1～20%，Ni1.0%以下，Al0.1～0.5%，N0.02～0.15%，并满足〔Al〕×〔N〕≥8×10^-3，其余为Fe及不纯物。然而上述的高速工具钢，含有我国稀缺Co、Ni贵重金属元素，V含量也高，因此，成本高;同时，韧性较差，不能用来做模具;再则，热处理淬火区间较窄，热处理工艺性较差。

本发明的任务是要提供一种新型高速工具钢，不但能省去我国稀缺贵重金属Co、Ni，降低成本，而且淬火温度范围宽、热处理工艺性好，具有较高的红硬性、耐磨耗性和韧性，好的热扭转性能等;扩大高速工具钢的使用范围。

本发明是以如下方式实现的。要求化学成分重量百分比：

C0.7～1.5%，Si0.2～1.0%，Mn0.1～0.4%，Cr2～6%，W1～20%，Mo1～12%，V0.8～4%，Al0.5～1.5%，N0.01～0.10%，其余为Fe和不纯物质。

也可在上述化学成分的基础上添加入Ti0.01～0.5%，RE0.005～0.6%或加入其中之一。以提高其韧性等综合性能。

化学成分的限定理由是：

C：C的加入量要与W、Mo、V的含量相匹配，一般遵循“平衡碳”公式匹配，C是高速工具钢硬度、红硬性、抗弯强度、韧性、热塑性等性能的主要影响元素，其含量不足0.7%时高速工具钢得不到必要的硬度，但超过的1.5%时高速工具钢显著变脆，韧性降低，所以碳含量限定为0.7～1.5%。

Si：Si主要作为脱氧剂加入，其含量对高速工具钢的碳化物形态有影响，若超过0.5%时则促使其棒状碳化物M₂C分解生成M₆C+MC的微细碳化物，有利于强化基体，提高屈服点、提高疲劳强度，在高温下阻止表面氧化。但如果加入量过大，会使热传导性下降，韧性降低，缩短工具使用寿命，所以Si含量限定为0.2～1.0%。

Mn：Mn与Si一样，也是作为脱氧剂添加的，它有助于提高钢的淬火性能和热塑性。但加入量过大会由于锰化物的析出使韧性和回火软化阻抗性能下降，并且使钢切削性能恶化，所以Mn的含量限定为0.1～0.4%。

Cr：Cr对高速钢的性能影响是非常复杂的，它可提高钢的淬透性，提高马氏体的回火稳定性，阻碍碳化物的析出及聚集长大，提高钢的淬火硬度，使晶粒细小，有利于二次硬化和提高红硬性。但其含量超过10%，则耐热性显著变坏，韧性下降，所以Cr含量限定为2～6%。

W、Mo：W和Mo都是强化碳化物元素。W和Mo在高速工具钢中的作用是可以互相代替的，在高速工具钢中每1%的Mo相当于2%W的作用，W、Mo元素与C元素匹配加入，随着其含量的增多，碳化物相应增多，并且一部分固溶于基体中强化了基体有助于提高钢的耐磨耗性及硬度、提高抗回火软化性等，为了确保作为各种工具使用时的必要硬度和切削耐久性，选择W当量2Mo+W在1.5～30%较为合适，W当量低于1.5%时淬火性能和高温硬度等不足，超过30%时，则碳化物增加太大，且粒度大大增加，锻造性能、韧性急剧变坏，所以W含量限定为1～20%，Mo含量限定为1～12%。添加稀土元素，可使高W、Mo含量的高速工具钢热塑性显著提高，这是稀土元素使铸态组织得到改善的结果。

V：V除与W、Mo有相同的作用外，其最大的特点是能显著增加高速工具钢的耐磨耗性和产生二次硬化效果，碳化钒是高速工具钢中最稳定的一种碳化物，且是金属碳化物中最硬、最耐磨的;V量增多，能使高硬度的碳化钒增多，使晶粒微细化，使韧性提高。为了充分发挥上述作用，必须添加0.5%以上的V;但是，V的加入必须与适当的C相配合，若V量增多C量匹配不当，也会出现淬火硬度降低的现象;此外，V量增多，磨削性和韧性降低，所以，V含量限定为0.8～4%。