W9Mo3Cr4V高速工具钢热处理规范及金相组织

热处理规范:淬火,820~870℃预热，1210~1230℃(盐浴炉)或1220~1240℃(箱式炉)加热，油冷，540~560℃回火2次，每次2h。

硬度 :交货硬度:(其他加工方法)≤269HB; (退火)≤255HB。试样热处理制度及淬回火硬度:≥63HRC(箱式炉)≥64HRC (盐浴炉)

表2-30-3 W9Mo3Cr4V钢的弹性模量

表2-30-4 W9Mo3Cr4V钢的线(膨)胀系数

表2-30-5 W9Mo3Cr4V钢的热导率

碳 C :0.77~0.87(答应偏差:±0.01) 硅 Si:0.20~0.40(答应偏差:±0.05)

锰 Mn:0.20~0.40(答应偏差:0.04)

硫 S :≤0.030

磷 P :≤0.030

铬 Cr:3.80~4.40(答应偏差:±0.05)

镍 Ni:答应残余含量≤0.30

铜 Cu:答应残余含量≤0.25

钒 V :1.30~1.70(答应偏差:±0.05)

钼 Mo:2.70~3.30(答应偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸>6,±0.10)

钨 W :8.50~9.50(答应偏差:尺寸≤10,±0.10;尺寸>10,±0.20)

热轧、锻制、冷拉钢棒以退火状态交货，热轧、锻制钢棒以退火+其他加工方法(剥皮、轻拉、磨光或抛光等)加工后交货。

高速工具钢是一种高碳高合金工具钢,wC=0.70~1.25%，常加入的合金元素有W、Mo、Cr、V等,W、Mo、V是提高热硬性的主要元素,V可形成高硬度的碳化物，显著提高钢的硬度及耐磨性,Cr可提高淬透性。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V为较常用的高速钢，这三个钢号的产量占目前国内生产和使用的95 %以上。

主要有碳、钨、钼、铬、钒、钴等，其作用分述如下:

碳一般含碳量为0.70~1.65%，以保证足够的碳与各种碳化物形成元素相配合。通常采用平衡碳(Cs)近似计算公式求得最佳的二次硬化效果的含碳量:

Cs%=0.033W%+0.063Mo%+0.060Cr%+0.200V%

式中Cs是假设W、Mo、Cr、V与C形成W2C(或Fe4W2C)、Mo2C(或Fe4Mo2C)、Cr26C6、V4C3时碳与各元素的定比关系而定出的。随着钢中含碳量逐渐接近Cs,二次硬化效 果(硬度和红硬性)也逐步上升到最高值，而韧性则随之下降。因此只在超硬高速钢中含碳量采用接近Cs的成分，为了保持通用型高速钢的高韧性，含碳量一般比Cs低0.15~0.30%。至于用于载荷较低的低合金高速钢，实际含碳量可能还超过Cs。

钨和钼高速钢回火时产生二次硬化最基本的合金元素。钨和钼作用相似,Mo的原子量约为W的一半，一般可用 1%Mo取代2%W。高速钢中最主要的碳化物M6C(M代表金属)是以Fe、Mo、W为主的复合碳化物，它在淬火时部分固溶，回火时又以M2C碳化物弥散析出，使钢强化，提高硬度和耐磨性，剩下未溶的M6C碳化物(主要来自共晶碳化物)可阻止淬火加热时的晶粒长大和增加耐磨性。含钼的高速钢铸态共晶碳化物网较细薄，易于加工破碎，分布较均匀，颗粒较小，热塑性和韧性也较高;但含钼的钢易脱碳，淬火过热敏感性也较大，而钨钢在此方面正与之相反。因此钨和钼适当配合，能获得综合性能更好的钢种。

铬为保证钢的高淬透性，各种高速钢都含铬4%左右。钢中形成以铁铬为主的M26C6碳化物，铬也可溶于M6C与MC中形成合金碳化物，促使这些难溶碳化物淬火时较多地固溶。使淬火马氏体具有足够的碳和合金元素，有利于回火时大量析出 M2C与MC。所以铬对二次硬化也有间接作用。此外，含 4%铬对高速钢的抗氧化性起重要作用。

钒所有高速钢都含钒 1%以上。碳化钒淬火加热时可部分固溶，回火时析出弥散的MC型碳化钒，有力地增强二次硬化作用;未溶的碳化钒有助于阻止淬火加热时晶粒长大，而且由于硬度极高，能显著提高钢的耐磨性;但降低了可磨削性。高钒钢中如能采取措施细化一次碳化物MC的颗粒，可改善磨削性。最有效的办法是用雾化法快速冷却钢液得到合金粉末，制成粉末冶金高速钢，使一次碳化物得到细化。

钴钴本身不形成碳化物，其作用主要是增加回火时析出 MC、M2C的形核率，减缓其聚集长大速度。此外，钴可提高高速钢晶界熔化温度，因而提高钢的淬火温度，使奥氏体内的合金度增大。这些作用都有效地提高了高速钢的耐热性，但钴含量过高时也会降低钢的韧性。

高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物;从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素，对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。