高速钢材料与热处理

1） 软而黏，耐磨性差，降低耐磨件昂的寿命； 2） 不稳定，易发生时效变形与时效开裂； 3） 易产生磨削裂纹；

4） 易转变为未回火的马氏体而提高脆性； 5） 降低淬火的硬度与疲劳强度。

典型高速钢淬火及回火温度（热处理手册2表8-13）

材料 淬火温度 回火温度 回火硬度HRC W18Cr4V M2（6-5-4-2） 1210-1230°C 540-560°C ≥63 M2A 1230-1240°C 540-560°C ≥65 M42 1190-1210°C 540-560°C ≥64 1270-1285°C 550-570°C ≥63 (刀具常用的硬度在62-70HRC) 1、 日本或德国进口的材料可以选择上限 2、 刀具形状简单、受力简单可取上限；结构复杂、要求韧性好的刀具可选下限（中心钻、 φ5以下钻头、机用丝锥、滚丝模、锯片铣刀、拉刀等若用W18Cr4V制造，温度1265-1280°C比较适宜（工模具热处理） 工模具热处理：加热时间

加热时间的选择，首先保证碳化物向奥氏体中溶解，但时间长会引起晶粒长大和氧化脱碳，常选用盐浴炉淬火。 一般高速钢采用8-16秒/毫米；

直径＞100mm大型刀具采用6-8秒/毫米； 直径＜2mm小刀具采用30-45秒/毫米 但总的时间不能低于30秒。

工厂经验：加热时间=ab+30秒 a—加热系数 8-10秒/毫米 b—有效厚度 30秒—转变时间

淬火及回火额意义：淬火使碳化物溶解到奥氏体中，冷却后形成含有大量碳化物的马氏体，回火是从马氏体中析出碳化物，对硬度、耐磨及热硬性起到决定性作用。 3、回火：

回火的目的：三点，得到最佳的碳化物二次析出硬化效应、残余奥氏体充分转变和残余应力 彻底消除。高速钢马氏体由于溶解有大量的碳化物，所以回火稳定性好，也是热硬性好的原因。

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为了使高速钢得到较高的硬度和热硬性，需要多次高温回火。随着多次回火，从马氏体中析出合金碳化物，这些碳化物高度弥散分布，出现“二次硬化”的现象，即每次回火的硬度都会有提高。

另一个方面，回火多次，残余奥氏体也会析出大量细小合金碳化物，从而降低了残余奥氏体的

合金含量，其稳定性降低后转变马氏体，常成为“二次淬火”。

多次回火的目的不仅是消除残余奥氏体，而且：

第一次回火：只能是对淬火马氏体起到回火的作用；

第二次回火：才能对马氏体得到回火，并消除内应力和减少脆性； 第三次回火：硬度不降反升。

简单形状进行2次回火，形状复杂进行3次回火，甚至4次回火。 有两种回火方法：低高温回火法和相同温度回火法

低高温回火法：320-380°C一次回火，再进行560°C的第二、第三次回火。 相同温度法：即全部用560°C回火（每次基本1小时） 见附件：硬度提高0.5-2HRC,同时冲击韧性也提高20-50%

高速钢不同热加工状态的金相组织

1）铸态的金相组织

高速钢属于莱氏体钢，组织为黑色组织+白色组织，，黑色组织为托氏体，白色组织为隐针马氏

体+残余奥氏体，见金相检验图5-20 2）锻造金相组织

依据JB4290-1999≤高速钢锻造技术条件≥的要求进行检验。 3）退火的金相组织

锻后的退火组织为索氏体+碳化物，经过锻后的高速钢锻件，应充分的退火，如果退火不充分，制成的刀具在热处理时容易出现晶粒不均匀，严重会产生荼状断口，退火的质量在金相组织上不易判断，一般以退火的硬度为检验的依据，硬度205-255HB 4）淬火金相组织

高速钢含有大量的难溶解的碳化物，为了在淬火后得到高硬度的马氏体和回火后得到高的热硬性，必须使合金元素充分溶解到奥氏体中，因此高速钢的淬火温度很高。

淬火组织由合金程度较高的隐针马氏体+大量的残余奥氏体+碳化物组成，见金相检验图5-23，需要用8%-10%硝酸酒精侵蚀，主要是未溶解的碳化物和奥氏体晶界显露出来，而马氏体却不能显示。

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5）回火金相组织

回火组织为回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物

和淬火组织比较，回火后的基体组织是黑色的，因为是回火马氏体的基体上分布着大量高度弥散的碳化物质点，这些碳化物又是十分稳定，在高温下不易长大，故赋予高速钢优异的热硬性，这些质点又是十分细小，在一般光学显微镜下难以辨别，又是高度弥散，故基体呈黑色。 基体是回火马氏体，白色颗粒状的为碳化物。

高速钢的组织缺陷

1、碳化物不均匀

碳化物不均匀是锻造加工没有达到组织要求，经淬火及回火也不能改善的。

产生的原因是钢锭锻造的设备能力太小，碳化物网没有被打碎，仅仅改变稍有变形，其强度。

塑性和韧性都很低，使用中极易脆断。 GB/T9943-1988标准中分为8级，见上述，只有碳化物成为细小质点均匀分布才能提高寿命，1级最好。

碳化物偏析对高速钢性能的影响：

高速钢中有一次、二次和三次碳化物，其中三次和部分二次碳化物淬火时，溶解到奥氏体中，

其他则无法溶解，成为残余碳化物。

2、欠热组织

淬火温度过低，显微组织晶粒细小，有时看不清晶界，碳化物数量多，碳化物溶解太少，

可见金相检验图5-28的欠热组织，大量的合金元素仍然存在于碳化物中，奥氏体中的合金元素小，马氏体的硬度低，回火的二次硬化现象也不明显，热硬性变差，致使刀具耐磨性降低，使用寿命变短。 3、过热组织

淬火温度过高，产生过热，其特点是晶粒粗大碳化物溶解多，溶解充分，数量少，奥氏体合金化程度高，淬火、回火后工件有较高的硬度和热硬性，但碳化物溶解同时晶粒长大，降低材料的冲击韧性，增加了脆性，刀具使用时容易崩裂。严重过热组织，碳化物呈半网状或网状，材料脆性更大，是不允许使用的。

过热程度及组织特征，见金相检验图5-29、5-30

1级—碳化物呈棱角形 2级—碳化物呈拖尾状态 3级—碳化物呈线段状态 4级—碳化物呈网状状态 5级—碳化物呈封闭状态

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又见：热处理手册2—P326，淬火过热程度检验和检验技术要求。 5、 过烧组织

淬火温度更高会产生过烧，组织晶粒明显长大，碳化物呈棱状分布，碳化物数量变得很少，晶界局部融化后生产莱氏体组织，有时晶粒内部会出现黑色组织，晶界上出现融化孔洞，这些都是过烧的特征。过烧组织不可挽救。见金相检验图5-31、32

6、回火不充分

ZB/J36003-1987工具钢金相检验标准中规定了回火组织级别

1级 回火充分 整个视场为黑色的回火马氏体 见金相检验图5-24

2级 一般 个别区域或碳化物堆积处有白色区存在 见金相检验图5-33 3级 不足 较大部分为白色区存在，可见淬火晶粒 白色区是什么：残余奥氏体

回火不充分的组织，黑色的马氏体基体上，除碳化物颗粒外，还有成片聚集的白色区域，白色区

域与基体没有明显的分界，这就是参与奥氏体存在较多的部位。

白色区越多，说明回火越不充分，严重回火不充分的组织还能看到奥氏体晶界。

回火不充分，回火过程新产生的马氏体引起内应力不能得到消除，有时材料硬度较难反应，但其

脆性较大，使用时容易发生刀具崩刃或开裂，有资料表明，回火不足的高速钢抗拉强度和挠度也达不到最满意的水平。

热处理手册2—P324，高速钢回火程度的检验

正常回火，基体组织为黑褐色，当回火不充分时，基体颜色变淡，甚至有时会出现晶界。 根据基体组织对侵蚀的接受能力，可以判断回火是否充分。

回火程度的检验受侵蚀剂的浓度、侵蚀温度和时间影响较大。对4%的硝酸酒精溶液规定： 20-25°C ≤3分 26-30°C ≤2分 ＞30°C min 高速钢回火程度级别图P327，分3级

高速钢刀具的金相检验项目（详见金相检验P103）

1、 共晶碳化物不均匀度的检验 2、 脱碳层检验 3、 晶粒度的测定

淬火形成的隐针马氏体非常细小，在显微镜难以评定，所以以淬火晶粒度检查，见热处理手册2—P325，a-f六级。参考ZBJ36003标准执行。

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