簡介,範圍,分類,加工特點,工藝,缺陷防止,鍛軋新工藝,
簡介
高速鋼鍛軋(forging and rolling of high speed steel)
範圍
高速鋼的化學成分及分類 高速鋼的化學成分的大致範圍(質量%)如下：
分類
高速鋼按化學成分可分為3大類，即鎢系、鎢—鉬系和鉬系，其代表鋼號相應為W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2(M2)和Mo8Cr4VW。前兩類是使用最普遍的鋼種。這3類鋼按退火狀態分類均屬於萊氏體鋼，按正火狀態分類均屬於馬氏體鋼。在這3類鋼的成分基礎上，為了提高紅硬性而加入5%～12%Co的稱含鈷高速鋼；為增加耐磨性還發展了高碳、高釩等高硬度的超硬高速鋼。
高速鋼的組織特性高速鋼從液態冷卻下來，有萊氏體共晶(其中碳化物稱一次碳化物)和二次、三次碳化物析出。鑄態組織有網狀萊氏體共晶組成的晶殼，其熔化溫度為1300℃左右。萊氏體共晶顯著降低鋼的力學性能，鑄錠的強度遠低於軋材和鍛坯的強度，塑性和韌性幾乎為零。鑄態組織中的碳化物不均勻分布影響鋼的熱處理質量和刃具壽命。因此，高速鋼鋼錠都必須通過鍛壓、軋制等方式破碎其中的共晶碳化物，使之呈均勻分布，以改善鋼的力學性能和熱處理工藝性。
高速鋼中碳化物的破碎程度和分布狀況隨變形程度(鍛造比)和加工方式不同而不同。碳化物不均勻性稱碳化物偏析，通常按規定的評級標準評定級別。碳化物的級別在最細小和鑄態組織之間的範圍內，從帶狀向網狀過渡。碳化物偏析級別越高，鋼的紅硬性、耐磨性和力學性能越低、工具壽命越短，而且刀具淬火時容易發生裂紋和變形。刀具對碳化物級別有一定技術要求。
加工特點
(1)塑性塑性指標之一試樣斷裂前的扭轉數n比優質碳素結構鋼和合金結構鋼低很多，如在1000℃時高速鋼扭轉數比前者低80%，比後者低55%～75%。W18Cr4V鋼最好塑性溫度範圍是900～1180℃。
(2)導熱性。高速鋼導熱性只相當於低碳鋼的1/3。
(3)變形抗力。高速鋼具有很高的變形抗力，W18Cr4V鋼與T7碳素工具鋼相比，前者比後者高很多，且隨溫度降低差值增加。在1100℃時前者比後者高1倍，900℃時高3倍。
(4)加熱特點。高速鋼鑄態組織存在低熔點偏析區，當加熱溫度過高時在偏析區易產生金屬熔化，熱加工下產生裂紋缺陷。
(5)脫碳傾向。高速鋼特別是含鉬的鋼具有高的脫碳傾向。
(6)對應力敏感性。高速鋼對熱應力和其他應力都有很高的敏感性。當鋼錠快速加熱或熱加工後在空氣中冷卻時，鋼材表面易出現裂紋。
(7)寬展。高速鋼的寬展比碳鋼約大10%。
(8)變形特點。高速鋼由於塑性低，對鋼錠都採用鍛造開坯(見合金鋼鍛造開坯)和軋製成材工藝。在鍛造和軋制時應盡力避免產生大的拉應力，要採用一定形狀砧子和孔型。高速鋼鋼錠的網狀萊氏體只有在鍛造和軋制中加以破碎，加工程度越大，碳化物偏析級別越低。完全消除網狀萊氏體組織的鍛造比應不小於12。
工藝
高速鋼的鍛軋工藝高速鋼的鍛軋工藝流程是：坯料準備一加熱一鍛造一軋制一精整。
坯料準備高速鋼鋼錠和鋼坯的外表面必須經過嚴格檢查。表面缺陷用砂輪清除，但要防止由熱應力所產生新的裂紋缺陷。
加熱高速鋼錠坯的中心容易過熱和過燒，應嚴格控制加熱溫度的上限。由於導熱性低，鋼錠應低溫裝爐，冷錠裝爐溫度為600～650℃。預熱段的升溫速度為1min/mm。加熱段溫度為1130～1180℃，最高溫度不許超過1200℃。加熱時間大約為z=(0.3～0.4)B；式中z為加熱時間，h；B為鋼錠(鋼坯)的直徑或邊長，cm。
鍛造W18Cr4V鋼開鍛溫度為1180℃，終鍛溫度鋼錠為975～1000℃，鋼坯為900～920℃。W6M05Cr4V2鋼開鍛溫度為1100～1150℃，終鍛溫度鋼錠為900～950℃，鋼坯為900℃。在開鍛和終鍛時應輕擊，在950～1050℃時應予以重擊。鍛造拔長時送進量應控制為(0.6～0.8)h；式中^為沿錘擊方向坯料高度。鍛造時應勤送進、勤翻料、勤倒棱，使坯料溫度和變形分布儘可能保持均勻。在平砧上鍛造容易出現裂紋，採用上平砧、下缺口砧鍛造可以避免縱向開裂。應嚴格控制終鍛溫度，並保證有足夠的變形量。
鍛造一方面獲得所需形狀和尺寸的毛坯或鍛件，另一方面是破碎鋼中網狀碳化物，並使碳化物呈均勻分布。鍛造方法對鋼中碳化物偏析有很大影響。鍛造方法有：(1)不變向鍛造。在鍛造過程中坯料始終沿其軸線方向作伸長和縮短的變形。方法又可分為單向鐓粗、單向拔長和順纖維方向反覆鐓粗、拔長3種。第3種對改善碳化物偏析效果最好。
(2)變向鍛造。在鍛造過程中金屬變形方向有時沿著坯料軸向、有時沿著徑向反覆交替進行。方法有單十字鐓拔後順纖維方向拔長、雙十字鐓拔後順纖維方向拔長和多十字鐓拔後順纖維方向拔長。由於不斷變換鐓拔變形方向，各部分金屬都得到充分變形，整個鐓拔體積內碳化物偏析級別較一致；但操作複雜，對工人操作技術要求高，適用於中心部分性能要求高的鍛件。
軋制開軋、終軋溫度與鍛造開鍛、終鍛溫度一樣。軋制採用變形均勻、變形量不大的孔型系統，如箱形孔型系統、橢圓一圓孔型系統和菱一方孔型系統。軋制中不準澆水冷卻。
精整熱加工後可用熱鋸剪下。直徑超過80mm的鋼坯必須隨爐冷卻，也可立即進行等溫退火。小鋼坯可在熱灰箱或其他緩冷介質中冷卻，取出溫度一般不高於150℃。高速鋼以退火狀態交貨。退火目的是消除內應力，降低硬度，便於切削加工和為淬火作好組織準備。退火溫度一般為870～880℃，保溫後以≤30℃/h冷到600℃出爐空冷。退火後的硬度，W18Cr4V鋼為HB207～255。
缺陷防止
縱向十字裂紋 在鍛造拔長時容易出現。防止方法有：
(1)保證加熱質量，不讓坯料中心部分過熱或未燒透；
(2)送進量控制在0.6～0.8倍坯料斷面高度內；
(3)當對角線上有升溫發亮時，應減輕錘擊力量；
(4)嚴格檢查原材料質量，中心疏鬆和碳化物級別應符合標準規定。
內部橫向裂紋 當鍛造拔長送進量l/h<0.5時，軸向產生拉應力，會引起橫向裂紋。鍛造時一定要控制送進量。
表面裂紋或龜裂 產生原因有：高速鋼鍛軋時，鍛軋終了溫度過低，塑性降低；鍛軋後冷卻過快；加熱時局部過熱或過燒；坯料表面未清理乾淨。嚴格控制加熱溫度、鍛軋終了溫度、鍛軋後緩冷和表面清理乾淨，能防止這類缺陷。
萘狀斷口 鍛軋終了溫度過高(>1000℃)和最終變形量小引起的。在鍛軋中必須保證最終變形有足夠變形量，嚴格控制鍛軋終了溫度。
鍛軋新工藝
(1)用快鍛液壓機開坯、精鍛機和小型連軋機成材。(見連鍛連軋)此工藝生產效益高，相當於一般鍛造設備的4～8倍；成材率高，比自由鍛造提高5%～20%；可以進行半自動和全自動操作，節省勞動力。
(2)用粉末冶金工藝製取高速鋼坯(見粉末冶金鋼坯)。粉末高速鋼坯基本上消除了碳化物偏析，具有碳化物十分細小、均勻分布的細晶組織，良好的力學性能，特別是具有高的韌性、熱加工性能和切削性能。
