低钴易磨削超硬高速钢Co3N系列

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1993.01.006 第15卷第1期 北京科技大学学报 Vol.15 No.1 1993年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1993 低钴易磨削超硬高速钢Co3N系列 陈景榕·马世才·高德生*·刘宇*·潘小泉** 摘要：C0对易磨(1%V)的超硬型W-Wo和M0系高速钢性能影响的研究表明，随C0含量 的提高，二次硬度上升，3%-5%C0还可提高锅的强韧性，8%C0列有明显的脆化作用。新的 低C0超硬高速钢C0N在硬度、红硬性、强度、韧性和可磨削性诸方面皆达到M42的水平。 关键词：高速钢，钻，刀具材料 Low-Cobalt Superhard High Speed Steel with Fine Grindablity-Co3N Series Chen Jingrong Ma Shicai" Gao Desheng"·LiYu·Pang Shiouquang"· ABCTRACT:The investigation about influence of cobalt on properties of superhard W-Mo and Mo system high speed steel(HSS)containing 1%V had observed that the sec ondary hardness rised with the increasing of cobalt,and the strength and toughness couid be increased in the range of 3%~5%Co.When cobalt content arrived to 8%,the brittleness would be appeared.A new type of superhard high speed steel,Co3N,with low cobalt content and the same hardness,red-hardness,strength,toughness and grindability of M42,was developed. KEY WORDS:high speed steel,cobalt,tool materials 我国在70年代研制了一批无结超硬高速钢，其中具有代表性并沿用至今的有M2A1 和V3N两种，为了在不加C0的条件下获得超硬性，这些钢的钒量都在2%以上。由此 导致它们的可磨削性不良。西方工业国60至80年代用于精密、复杂成型刀具（要求材料 具有良好可磨削性)的钢，主要是M42(W1.5,Mo9.5,Cr4,V1,Co8)。该钢因含Co量高 及热塑变形和热处理工艺性能不良，使国产钢材价格十分昂贵，刀具制造的成品率也低， 使众多的引进机床上高性能、复杂刀具的国产化问题难以解决。因此，本文研制适于我国 1992-06-20收稿 *北京科技大学(University of Science and Technology Beijing) **大连锅厂(Dalien Steel Plant) **大治钢厂(Daye Steel Plant) 第一作者男57教授

第 巧 卷第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 年 月 扭 五 可 低钻易磨削超硬高速钢 系列 陈景榕 马世 才 高德生 ’ 刘 掌 潘 小泉 ‘ 摘要 。 对易磨削 的超硬型 一 。 和 。 系高速钢性 能影响的研究表 明 ， 随 。 含量 的提高 ， 二 次硬度上 升 ， 一 。 还可 提高钢 的强韧性 ， 则有明显的脆化作用 。 新的 低 超硬高速钢 在硬度 、 红硬性 、 强 度 、 韧性和可磨削性诸方面皆达到 的水平 。 关键词 高速钢 ， 钻 ， 刀具材料 一 一 ， 岁。 刀 攀 ‘ ‘ 刀 人 ’ ‘ 乙 、 ’ ‘ 尸 、 口 ‘ ’ ‘ 刀 一 ， 一 ， ， ， ， 一 ， ， 厂 ， ， ， 扭 我 国 在 年代研制 了 一批无 钻超 硬高 速钢 ， 其 中具 有 代表性 并沿用 至 今 的有 和 两 种 。 为 了在不 加 。 的 条件 下获 得超 硬性 ， 这 些 钢的 钒量都在 以 上 。 由此 导致 它们的可 磨削性不 良 。 西 方工业 国 至 年代用 于精密 、 复杂成型 刀 具 要 求材料 具有 良好 可磨 削性 的 钢 ， 主 要是 ， ， ， ， 。 该 钢 因 含 量 高 及热 塑变形 和 热处 理工 艺性能不 良 ， 使国产钢材价格十 分 昂 贵 ， 刀 具 制造的成 品 率也低 ， 使众多的 引进机床 上高性能 、 复杂刀具的国产化 问题难 以 解决 。 因此 ， 本文研制 适 于我 国 一 一 收稿 北京科技大学 ， 大 连钢厂 ， 大冶钢厂 ’ 一 第一作者 男 教授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．01．006

·32· 北京科技大学学报 1993No.1 生产和使用的、含1%V级（易磨削）型的节C0超硬高速钢，适应了我国机械工业刀具 技术现代化的需要。 1C0含量对1%V高速钢性能的影响 研究了C0含量0%~8%对W-Mo系(W12Mo3)高速钢二次硬度、抗弯强度和冲击 韧性的彩响。用非真空感应炉溶炼20kg锭。钢中W、M0、Cr、V量尽可能保持一致。 为排除碳、氨和钢中碳（氨）化物形成元素相对配比对性能的干挠，试验钢的碳饱和度1) 的差别尽可能小(AcN=0.94~1.09)。钢锭经1150℃加热锻成12mm×12mm断面的棒 料。弯曲试样10mm×10mm×120mm,冲击试样10mm×10mm×55mm(无缺口)，经 1230℃盐浴加热（晶粒10~11级）淬火，560℃(3次)回火，平面磨床加工后再抛去磨 痕，测定性能。结果示于图1。图中ABCD成分为 70 69 68 C W Mo Cr V Co N Aex A 0.9911.822.983.881.28 -.0.94 2000 B 1.1212.033.18 3.921.273.140.0591.09 1000 C 1.0212.103.03 3.921.285.140.0551.00 D 30 1.0912.003.083.941.268.00-1.01 20 10 田1Co对含1%V的W12Mo3钢性能的影响. Fig.the influence of Co on properties of W12Mo3 0 4 6 8Co,% ↑↑ steel containing 1%V A B C D 图1表明，C0对W12Mo3Cr4V1高速钢基本性能有显著彩响。在0%-3%C0范围 内，二次硬度迅速上升，到5%C0已达到最高值(HRC70左右)。弯曲和冲击性能则在 3%-5%C0出现极大值，8%C0钢的强韧性尤其抗弯强度大大下降。 M42钢的实际使用状态硬度一般低于HRC69,当HRC68-69时，b为2000-2 500MPa范围，ak为15J/cm2左右。本研究表明W12Mo3Cr4VCo3N(AeN≈1)可以达到 这一水平。虽然5%C0可使该钢获得更高的硬度，强度和韧性不下降，但从节C0及满 足M42的应用条件考虑，3%C0可能是更为可取的。 文献〔2〕报导了Co含量对Mo系(W1Mo9,即M42型)高速钢性能影响的研究 结果：在Mo-系钢中C0的作用与上述W-Mo系相仿。不同的是，添加量到8%只能使 二次硬度达到HRC69左右，硬化效果较W-Mo系低。在M0系钢中，即使钨当量 (W]=W+2Mo)达到21，添加3%-5%Co只能使硬度达到HRC68的水平。另外， 8%Co的脆化作用也较W-Mo系小。 由上两项研究看出，C0添加量对1%V钢的作用有一个共同的特点，就是在

北 京 科 技 大 学 学 报 生产和使 用 的 、 含 级 易磨 削 型的 节 。 超 硬 高速钢 ， 适应 了 我 国机械 工业 刀 具 技术现代 化的需要 。 含量对 高速钢性能的影响 研究 了 含量 一 对 一 。 系 高速 钢 二 次 硬 度 、 抗 弯强 度和 冲 击 韧性 的影 响 。 用非真空 感 应 护 溶炼 锭 。 钢 中 、 。 、 、 量 尽可能 保持 一 致 。 为 排除碳 、 氮和 钢 中碳 氮 化 物形 成元 素相对 配 比 对性能 的 干 挠 ， 试验 钢的 碳 饱 和 度 〔 ’ 〕 的 差 别 尽 可 能 小 帆 二 一 一 。 钢 锭 经 ℃ 加 热 锻 成 功 断 面 的 棒 料 。 弯 曲试 样 ， 冲 击 试样 无 缺 口 ， 经 ℃ 盐浴 加热 晶粒 一 级 淬火 ， ℃ 次 回 火 ， 平面磨床 加 工后再抛去磨 痕 ， 测定性能 。 结 果示于 图 。 图 中 成分为 口 兰 声洲卜产介口 丫叮一一派一 刃 川 斗 芝 、 ， ， 七 导 图 。 对含 的 钥性能的影响 ” 碑 图 表 明 ， 。 对 高速钢基本性能 有显 著影响 。 在 一 。 范 围 内 ， 二 次 硬 度迅速 上 升 ， 到 已 达到 最 高值 左 右 。 弯 曲和 冲 击性能 则在 一 出现极大值 ， 。 钢的 强韧性尤其抗弯强 度大 大 下 降 。 钢 的 实际 使 用 状 态 硬 度 一 般低 于 ， 当 一 时 ， 『 为 一 范 围 ， 。 ， 为 一 ， 左右 。 本研究表 明 一 扭 。 ， 二 一可 以 达 这 一 水 平 。 虽 然 。 可 使该 钢获 得 更 高的 硬 度 ， 强 度和 韧性 不 下降 ， 但 从 节 。 及 满 足 的应 用 条件 考虑 ， 。 可 能是更 为可取的 。 文 献 〔 〕 报导 了 。 含量 对 。 系 ， 即 型 高速 钢性 能影 响的 研究 结 果 在 。 一 系钢 中 。 的 作 用 与上述 一 。 系相仿 。 不 同的 是 ， 添加 量 到 只 能使 二 次 硬 度 达 到 左 右 ， 硬 化 效 果 较 一 。 系 低 。 在 。 系 钢 中 ， 即 使钨 当 量 卜 达 到 ， 添 加 一 马， 只 能 使 硬 度 达 到 的 水 平 。 另 外 ， 。 的脆化 作用 也较 一 。 系小 。 由 上 两 项 研 究 看 出 ， 。 添 加 量 对 钢 的 作 用 有 一 个 共 同 的 特 点 ， 就 是 在

Vol.15 Nol 低钴易磨削超硬高速钢C03N系列 ·33· 3%-5%范围可使二次硬度和强韧性同时得到改善。还表明了，低(3%)C0、1%V高速 钢的基本性能有可能达到M42的水平，以及为达此目的选择W-Mo系的必要性。 2Co3N系列及其基本性能 2.1成分和热加工特性 基于对C0含量作用的研究，并运用关于碳饱和度判别法1，和加N)等节约用 Co的合金化拉术成果，研制了W12Mo3Cr4VCo3N和W8Mo5Cr4VCo3N两种低Co易 磨超硬高速钢，合并称为Co3N系列，成分范围见表1。两种钢已分别在大冶钢厂和大连 钢厂经中试投入了工业生产。为保证钢的性能均一性，在治炼的后期要进行成分微调，使 AcN值进入0.93-1.03范围。热加工和热处理工艺参数及正常硬度值示于表2。 表1Co3N系列的成分 Table 1 Composition of Co3N series 简东 的号 C W Mo Cr Co YS、P、S、ME w12Co3Nw12Mc3Cr4VCo3N0.97/L.101100,/12502.50/3.503.60/4.201.10/1.602.80/3.500.04/0.08 常奶 W8CoN· w3Mo5C4VCo3N1.00/1.107.50/8.504.50/5.503.80/4401.20/1.602.80/5.500.04/0.08 常 ·-中华人民共和园专利申请号91.1.02252X 表2C3N系列的热加工、热处理工艺参数及硬度 Table 2 Parameters of hot working and heat treatment and hardness of Co3N series 钢种 餐造温度 退火 淬火 回火 温度 硬度 温废 硬度 温度 硬度 C ℃ HB C HRC ℃ HRC W12Co3N 1100 820-840 ≤269 1200-1230 62-66 530-560 66-69.5 W8Co3N 1050-1080 820-840 ≤269 1180-1230 62-66 530-560 66-59 批量的钢材生产和刀具制造，证明C03N系列各项治金工艺性能，尤其锻轧成材性 能优于M42钢，谇火加热时晶粒长大和过热、过烧敏感性也低于M42 2.2二次硬化状态的室温机械性能 淬火、回火后硬度和强度、韧性的配合是超硬高速钢最重要的特性。全面对比了工业 生产的W8C03N和M42钢（成分见表3）在常规热处理后硬度(HRC66-69)抗弯强 度、冲击韧性配合情况。试样及其制造法同前所述。淬火温度，W8Co3N在1180-1 210℃间，M42在1160-1190℃间，每隔10℃一组；回火温度为520、540及560℃(3 次)。上述淬火、回火工艺的组合，形成常规热处理后多种可能出现的二次硬化状态。图 2,3示出试验结果。 图2,3表明，在淬回火到相同硬度时，W8Co3N钢抗弯强度和M42钢处于同一水 平，硬度HRC68-69时，两钢种cbb都在2000-2600MPa;W8Co3N钢冲击韧性路高 于M42,其下限值与M42的上限值大致相同，在HRC68-69时，W8Co3N的值为 15-20J/cm,而M42则为10-15J/cm2。两种钢最佳的二次硬化状态分别为540℃ (W8Co3N)和520℃(M42)

低钻易磨削超硬高速钢 系列 一 范围可 使二次硬度和强 韧性 同时得 到改善 。 还表 明 了 ， 低 。 、 高速 钢的基本性能有可能达 到 的水平 ， 以 及为达此 目的选择 一 系的必要性 。 系列及其基本性能 成分和 热加工特性 基于 对 。 含量 作 用 的 研 究 ， 并 运 用 关 于 碳饱 和 度 判 别法 ’加 和 加 ，二 等 节约 用 的 合金 化技术成果 ， 研制 了 和 两种低 易 磨超 硬 高速钢 ， 合并称为 系列 ， 成 分范 围见 表 。 两种钢 已分别在 大冶 钢 厂和大连 钢厂经 中试投入 了工业 生产 。 为 保 证 钢的 性能 均 一性 ， 在冶 炼的 后期 要进 行成分微调 ， 使 ， 值进入 。 一 范围 。 热加工和热处理 工艺参数及正常 硬 度值示 于表 。 表 系列的成分 孙 里 琴 简 称 锅 号 、 、 、 、 。 东 入 月 加 之幻 乃 厂 ， 常 规 ‘ 下 工 ‘ 巧 乃 石 通 八 刀 ， 常 规 。 一 中华夕、 民共 和 国专 利 申请 号 表 系列的热加工 、 热处理工艺参数及硬度 稗 亡 污 。 殡，世 钢 种 锻造温度 退 火 淬 火 回 火 温度 硬度 温度 硬 度 温度 硬 度 七 ℃ ℃ ℃ 一 毛 一 一 一 一 一 一 延 一 一 一 一 批 量 的钢材 生产和 刀 具制 造 ， 证 明 系列 各 项冶 金 工 艺性 能 ， 尤其锻轧 成材性 能优于 钢 ， 淬火加热时 晶粒长大和过 热 、 过烧敏 感性也低于 。 二次硬化状态的室温机械性 能 淬火 、 回火后 硬度和 强度 、 韧性的配 合是超硬 高速钢最重要的特 性 。 全 面对 比 了工 业 生 产 的 和 钢 成 分 见 表 在常规热 处 理 后 硬 度 “ 一 抗 弯 强 度 、 冲 击 韧 性 配 合 情况 。 试 样 及 其 制造 法 同 前所 述 。 淬 火 温 度 ， 在 一 ℃ 间 ， 在 一 ℃ 间 ， 每 隔 ℃ 一 组 回火 温 度为 、 及 ℃ 次 。 上 述 淬火 、 回火 工艺 的组 合 ， 形成 常规热处 理后 多种可 能 出现 的 二 次硬 化状态 。 图 ， 示 出试验结果 。 图 ， 表 明 ， 在淬回 火 到 相 同硬 度时 ， 钢抗 弯强 度和 钢 处 于 同一 水 平 ， 硬 度 一 时 ， 两 钢 种 。 都在 一 钢 冲 击 韧性 略高 于 ， 其 下限 值与 的上 限值 大 致相 同 ， 在 一 时 ， 的 值 为 一 澎 ， 而 则 为 一 。 两 种 钢 最 佳 的 二 次 硬 化 状 态分 别 为 。 ℃ 和 ℃

·34· 北京科技大学学报 1993No.1 表3图2、3数据使用的W8C03N和M42的成分 Table 3 Composition of W8Co3N and M42 used for Fig.2 and Fig.3 钢种 生产厂 化学成分 C W Cr ACN Mo V Co N W8Co3N 大违钢厂 1.07 7.90 5.00 4.16 1.443.21 0.058 1.01 M42 德国，TEW1.08 1.68 9.33 3.95 1.12 7.90 0.98 3000 20 15 Ta054050 10 T52050'560 2000 wCoN1180-2i0。 W&CoN 1180-1210000 M421160-1190。 1160-1190●9e 1000L 66 66 67 67 68 68 HRC HRC 图2W8Co3N和M42钢硬度-抗弯强度间 图3W8Co3N和M42铜硬度一冲击韧性间 的关系 的关系 Fig.2 Relationship between hardness and bending Fig.3 Relationship between hardness and impact strength of W8Co3N and M42 steel toughness of W8Co3N and M42 steel 2.3红硬性 热处理到最高硬度后再于600、625和650℃加热4h,钢的抗回火软化能力见图4。 钢的成分为 钢号 C W Mo Cr Co N W8Co3N 1.06 8.06 5.13 3.88 1.41 3.20 0.080 W12Co3N 1.08 12.49 3.16 3.72 1.20 3.10 0.073 M42 1.13 1.32 9.35 3.86 1.12 7.88 由图可知W-Mo系的Co3N系列抗回火软化力高于M42钢，含W量越高，抗回火软化 能力越好。 用AVK-HF高温维氏硬度计测定了W12Co3N、M42和M2钢由室温至700℃的高 温硬度。保温时间10min,负载30kg,负荷时间10s,结果表明w12Co3N和M42的硬 度基本一致。 上述试验表明了低C0超硬高速钢在红硬性方面亦不低于高C0钢，其中抗回火软化 能力明显地高于42钢。 2.4切削性能 W12Co3N与M42两钢种对比性的切削试验车刀参数y°15°，元0°，x。8°， x。6°，K,(p)75°，K(p)15°，.0.3：进给量f0.13mm/r,切削深度a,1mm, 无冷却。被切料为调质态4Cr(HB306)和正火态20 CrMnTi(HB180),切削速度分别为 28m/min和56m/min。磨损量VB的测量使用JLC显微镜，榜度0.01mm。 VB-Time曲线如图5所示。结果表明W12Co3N的切削性能不低于M42,路高于

北 京 科 技 大 学 学 报 表 图 、 橄据使用 的 和 的成分 生产厂 的 忆 仁 钢 种 化学成分 万 大连钢厂 德国 ， 寻 芝、己 七 图 和 钢硬度一 抗弯强度间 的关系 图 和 钢硬度一冲击韧性间 的关系 · 业 压 红硬性 热 处 理 到 最 高硬 度后 再 于 、 和 ℃ 加 热 ， 钢的 抗 回 火软 化 能 力 见 图 钢的成 分为 钢 号 一 由图可 知 一 。 系的 系列抗 回火 软 化 力 高于 钢 ， 含 量越高 ， 抗 回火软 化 能 力越好 。 用 一 高温 维 氏硬 度 计 测定 了 、 和 钢 由室 温 至 ℃ 的 高 温 硬 度 。 保温 时 ’ ， 负载 ， 负荷 时 ’ ， 结果表 明 和 的 硬 度基本一致 。 上 述 试验 表 明 了低 超 硬 高速钢 在 红 硬性方 面 亦 不 低 于 高 。 钢 ， 其 中抗 回火软 化 能 力 明显地 高于 钢 。 切削性能 与 两 钢 种 对 比 性 的 削 试验 车 刀 参 数 下 “ 。 ， 只 ， “ ， 。 ’ ， ‘ 。 “ ， 帅 。 ， ， 中‘ “ ， · 进 给 量 ， 切 削 深 度 。 ， 无冷 却 。 被切 料 为 调 质态 和 正 火 态 ， 切 削速 度分 别为 和 。 磨 损 量 的 测 量 使 用 显 微 镜 ， 精 度 。 一 曲 线 如 图 所 示 。 结 果 表 明 的 切 削 性 能 不 低 于 ， 略 高 于

Vol.15 Nol 低钴易磨削超硬高速钢C03N系列 ·35· M2A1(M6Mo5Cr4V2A)。还进行了简单的高速切削对比性试验。以85m/min切削 20 CrMnTi（其他参数同上)，进行20min(无冷却)，3种钢刀具的VB值分别为： W12Co3N-0.22mm,M42-0.28mm,M2Ai-0.31mm。可见在现用高速齿轮刀具的工 作条件下，Co3N的切削性能也不低于M42。 10 65 0.4 20CMnTi,V=56m/min 02 60 0 ●M42 0.4 MAI 40C,V=28m min 55 0.2 W&CoTN 4230℃ 540℃ oWIZCo3N 1230 c 560℃ ●M2 中90c 520℃ 0 50L 10 15 20 25 30 R.T 600620 640 660 切削时间/min 加热祖度/七 图4W12Co3N、W8Co3N和M42 图5对比性切削试险结果 钢的抗回火软化性 Fig.5 Results of comparative cutting test Fig.4 Softening resistance to tempering of W12Co3N,W8Co3N and M42 steel 采用自然热电偶法测量了W12Co3N和W18Cr4V车刀在速度10~50m/min范围切 削40Cr和20 CrMnTi时在平稳磨损阶段刀部的温升。刀具参数同上，a,0.3mm, f0.1mm/r,无冷却。表明，随切削速度的增加，W12Co3N刃部温度上升远小于 W18Cr4V。前者在50m/min时的温升仅相当于后者的10~20m/min的切削。 表4镍基高温合金和钛合金的切削试验结果 Table 4 Results of cutting test for nickel superalloy and titanium alloy 切削类型 被加工材料 切削参数 对比刀具 试验结果(VB,mm) 钢 HRC 对比刀具W12Co3N GH118 V2,a0.5 Ev4 65.8 0.31 车削 0.23 退火，HRC37 f0.16,38min M42 69 0.22 Tc9 14,a0.5 车削 M42 69 0.13 0.07 HRC35 f0.16,38min 行程120mm W18Cr4V 64.5 0.53 Tc9 事事 刃宽5mm,r1.2 Ev4 65.8 0.77 0.38 摸拟拉削 3因素两水平 FR1·· 68.5 0.34 HRC35 9点设计 M42 66.5 0.40 ①一V-切削速度，a,一切削深度，∫-走刀量.@-律无冷却 **本栏取自新都机械厂试验报告。因素及水平为：次数-150,300：齿升量-0.03,0.1(mm) 速度-5,10(m/min)。以9次试验VB的总和表示刀具材料的切削性能。 *事事FR71:粉末治金高速钢W10Mo5Cr4VCo12

。 低钻易磨削超硬高速钢 系列 。 还 进 行 了 简 单 的 高 速 切 削 对 比 性 试 验 。 以 切 削 其 他 参 数 同 上 ， 进 行 加 无 冷 却 ， 种 钢 刀 具 的 值 分 别 为 一 ， 一 ， 一 。 可 见 在 现 用 高 速 齿 轮 刀 具 的工 作 条件下 ， 的切 削性能也不低于 笠鉴洲己牡户 尸 卜一 一气 曰 如 二 如 一 一 一 一 甲 川 幻 ， ” 之 俐 一口 产‘ 尸尸丫一了一 李自日任 扛毖锐 际 、 ， 理 】 工卿 」 “ ℃ ” 印 ℃ ℃， 丁 栩 ‘ 口国甲叫 几 溯 砌 故 加热温度 ℃ 图 、 和 钢 的抗 回火软化性 碘 ， 加 刃 切削 时间 卫。 图 对比性切 削试验结果 采用 自然热 电偶法 测量 了 和 车刀 在速度 一 范 围切 削 和 时 在 平 稳 磨 损 阶 段 刃 部 的 温 升 。 刀 具 参 数 同 上 ， 咋 皿 ， 厂 ， 无 冷 却 。 表 明 ， 随 切 削 速 度 的 增 加 ， 刃 部 温 度 上 升 远 小 于 。 前者 在 时的 温升仅相 当于后者 的 一 的切 削 。 表 镍基高温合金和钦合金的切削试验结果 切削类型 被加工材料 义 切削 参数 对比刀 具 钢 试验结果 对 比 刀具 ， 车削 退火 ， ， 车削 ， · ， · 行程 刃宽 ， 因素两水平 ，… 点设计 摸拟拉削 ①一 切削速度 ， 凡一 切削深度 ， 一走刀量 ②一律无冷 却 本栏取 自新都机械厂试验报 告 。 因素及水平为 次数一 ， 。 齿升量一 ， 爪 速度一 ， 。 以 次试验 的总和表示刀具材料的切 削性能 。 ， ， 粉末冶金高速钢

·36· 北京科技大学学报 1993No.1 难切削材料GH1I8镍基合金及Tc9钛合金的车削和摸拟拉削试验结果见表4。由表 中数据可知，C03N在切削两种具有代表性的难切削材料时，性能仅低于高合金的粉末治 金钢，显著高于W18Cr4V及一般高钒（非超硬）型高速钢Ev4,与M42持平。 Co3N系列已应用于加工Inconel718合金祸轮盘标槽、20Cr2Ni4A钢内花键 (HRC32-49)和超高强度钢、蒙乃尔合金等的精密拉刀，成功地取代了原用M42钢。还 应用于多工位自动机床组合刀具，在原用普通高速钢的基础上加大切削用量，提高机床生 产率，以及在仿形铣床上加工模具型腔的球头铣刀，解决调质态(HB300-350)塑料模 具的切削加工问题，均取得优良经济效益。 3讨论 3.1添加3%C0的必要性 由合金工具钢二次硬度的碳饱和度判别法1)可知，在W、M0合金度达到一般铸 锻法生产高速钢可用的极限(W-Mo系为[W]=18,Mo系为[W]=21),V量限在1.5% 以下时，如不加人增强二次硬化的非碳化物形成元素Co,就不可能使最大二次硬度达到 HRC69的水平，而这一硬化水平正是M42钢首要的特性。本文第一部分工作证明了 3%C0就是添加的下限值。 3.2低C0高速钢的红硬性 C0在高速钢中作用，除提高硬度外，很重视对抗回火软化性及高温硬度的作 用5？。文献{2.4已报导了不同的锅系，在二次硬度相同时，无C0、低Co钢的抗回火软 化能力实际上高于，或至少不低于含C0、高C0的钢。本研究重现了这一现象（图4）。 从脱溶过程的一般规律看，C0如果由于某一作用（例如，提高碳在x一相中的活度）而促 进500℃以上合金碳化物的析出，表现为开始析出（硬化）的温度下降，弥散度加大，二 次硬度峰值上升，则也应促进在更高温度下脱溶质点的长大，在蜂值以上加速硬度的下 降。 o WaCo3N,1 230t 70oW12Co3N1230℃ ◆Mg1190C 65 60 55 100200300400500600700 回火温度/℃ 图6Co3N系列和M42钢的回火二次硬化曲线 Fig.6 Secondary hardening curves of Co3N series and M42 at tempering 图6示出两种Co3N钢和M42(成分见图4)自上限温度淬火后的二次硬化曲线。 500℃以上一律回火4次，每次1.5h(空气介质炉)。M42钢在510~520℃、Co3N钢在 540℃出现硬度蜂。虽然M42的峰值略高于Co3N(约0.5HRC),但到560℃时两者就已

勺 北 京 料 硕 大 学 学 报 难切 削材 料 镍基 合金 及 钦合 金 的 车 削和摸拟 拉 削 试验 结果 见表 。 由表 中数 据可 知 ， 在切 削两 种具有 代 表性的难 切 削材料时 ， 性能仅 低 于 高合金的 粉末 冶 金钢 ， 显著 高于 及 一般 高钒 非超硬 型高速钢 ， 与 持平 。 系 列 已 应 用 于 加 工 合 金 涡 轮 盘 标 槽 、 钢 内 花 键 一 和 超 高强 度钢 、 蒙 乃 尔 合金等的精密拉 刀 ， 成 功 地取 代 了原 用 钢 。 还 应用 于 多工 位 自动 机床 组合 刀 具 ， 在原用普通 高速钢的基础上加 大切 削用 量 ， 提高机床 生 产率 ， 以 及 在仿 形 铣床 上 加 工模具 型腔 的 球 头 铣 刀 ， 解 决 调 质 态 一 塑 料模 具的 切 削加工 问题 ， 均取 得优 良经 济效益 。 讨 论 添 加 的必要性 由合 金 工 具 钢 二 次硬 度的 碳饱和 度 判别法 〔 ‘ ，二 可 知 ， 在 、 。 合金 度达 到 一 般 铸 锻 法 生 产高速 钢可 用 的极限 一 。 系为 」二 ， 。 系为 【 」二 ， 量 限在 以 下时 ， 如 不 加入 增强 二 次 硬化 的 非碳 化 物形 成元 素 ， 就不可 能使最大 二 次 硬 度达 到 的 水 平 ， 而 这 一 硬 化 水 平 正 是 钢 首要 的 特 性 。 本 文 第 一 部分 工 作 证 明 了 就是添 加 的 下限 值 。 低 高速钢的红硬性 。 在高速钢 中作用 ， 除 提 高硬度外 ， 很重视对抗回火软 化性 及 高温 硬 度的 作 用 〔 二 。 文献 已 报 导 了不 同 的钢 系 ， 在二 次硬 度相 同时 ， 无 。 、 低 钢的 抗 回 火软 化 能 力 实际 上 高 于 ， 或 至 少 不 低 于 含 。 、 高 。 的 钢 。 本研 究重 现 了这 一现 象 图 。 从脱 溶过 程的 一 般规律看 ， 。 如果 由于某一 作用 例如 ， 提高碳在 一 相 中的活度 而促 进 ℃ 以上 合 金 碳化物的 析 出 ， 表 现为 开 始析出 硬 化 的 温 度 下降 ， 弥散 度加 大 ， 二 次硬 度峰 值 上 升 ， 则 也 应 促进 在 更高温 度 下 脱溶 质 点 的 长 大 ， 在 峰 值 以 上加 速 硬 度的 下 降 。 ‘艺 工 艺 ， 飞之加 ℃ 一 叫 么扣 ℃ 心 如 ℃ － 一 回火温度 ℃ 图 系列和 钢的回 火二次硬化曲线 义 图 示 出 两 种 钢 和 成 分 见 图 自上 限 温 度 淬 火 后 的 二 次 硬 化 曲线 。 ℃ 以 上 一 律 回 火 次 ， 每 次 空 气介 质 炉 。 钢在 一 ， 、 钢 在 ℃ 出 现 硬度峰 。 虽 然 的峰值略 高于 约 ， 但到 ℃ 时两 者就已

Vol.15 Nol 低钴易磨削超硬高速钢C03N系列 ·37· 持平，更高的温度回火造成M42的硬度显著低于Co3N钢：文款[4给出的 W12Mo3Cr4V3N和W12Mo3Cr4VCo5两钢的二次硬化曲线也有此种现象，看来，只要 钢的二次硬度达到足够的水平，就不必担心低C0、无C0钢在抗回火软化能力方面发生 问题。 文献[6]报导，在<550℃时，硬度-温度呈线性关系。不同类型高速锅的硬度随温度 升高的下降率十分接近，温度升高直至700℃，硬度曲线走向保持巨不相交。由此得出， 在700℃以下，高速钢的高温硬度主要取决于室温硬度。 4结论 (1)含3%Co的W-Mo系易磨型超硬高速钢Co3N系列（两个钢种)各项使用性能指 标均达到M42钢的水平。批量生产和工业应用证明，Co3N系列可全面代替 M42钢制造高性能的复杂刀具，也可取代普通高速钢以提高刀具寿命和机床生 产率。 (2)添加C0量在3%-5%时，可使超硬型（A≈1)高速钢二次硬度和强韧性都得到 提高。对于1%V的W-M0系钢，为使二次硬化能力达到M42钢的实用水平 (HRC69),最少应加人3%C0;加C0量超过5%时，引起强韧性下降。 参加本工作的还有机械系赵景华、周其昆，西安航空发动机公司周应乾，大治钢厂杜光华。 参考文献 1陈景榕.北京钢铁学院学报，1986，(3)：17 2刘字，陈景榕.钢铁，1989,24(1)：36 3陈景榕.金属科学与工艺，1988,7(3)：28 4陈景榕，马世才.北京钢铁学院学报，1982，（增2）：1 5罗伯茨GA等著.徐进等译，工具钢.北京：治金工业出版社，1986：392 6.陈景榕，石沂平.北京科技大学学报，1990,12(5)：443

‘ 低钻易磨削超硬高速钢 系列 持 平 ， 更 高 的 温 度 回 火 造 成 的 硬 度 显 著 低 于 钢 二 文 献 给 出 的 和 两钢的二 次 硬 化 曲线 也有此种 现象 看来 ， 只 要 钢的二 次 硬 度达到足够 的水 平 ， 就不 必 担心低 。 、 无 。 钢在 抗 回火 软 化能 力方 面发 生 问题 。 文献〔 报 导 ， 在 ℃ 时 ， 硬 度一 温 度 呈 线性关 系 。 不 同类 型 高 速钢 的 硬 度随温 度 升高 的下 降 率十 分接近 ， 温 度升 高直至 ℃ ， 硬 度 曲线 走 向保 持 互 不相 交 。 由此 得 出 ， 在 ℃ 以下 ， 高速钢 的高温硬 度主要取决于室温 硬 度 。 结 论 含 。 的 一 。 系易磨型超硬 高速钢 系列 两 个钢 种 各项使用性 能 指 标均 达 到 钢 的 水 平 。 批 量 生 产 和 工 业 应 用 证 明 ， 系 列可 全 面 代 替 钢 制造 高性能 的 复杂 刀 具 ， 也可 取 代 普通 高速钢 以 提 高 刀具 寿命 和机床 生 产率 。 添加 量 在 一 时 ， 可 使超 硬 型 二 高速 钢 二次 硬 度和 强 韧 性都 得 到 提高 。 对 于 的 一 。 系钢 ， 为使二次 硬 化 能 力达 到 钢 的 实用 水 平 ， 最少应 加人 。 加 量超过 时 引起强 韧性下降 。 参加本工 作的还有机械系赵景华 、 周其昆 ， 西安航空发动机公 司周应乾 ， 大冶钢厂杜光华 。 参 考 文 献 陈景榕 北京钢铁学院学报 ， ， 刘 宇 ， 陈景 榕 钢铁 ， ， 陈景榕 金属科学与工艺 ， ， 陈景榕 ， 马世才 北京钢铁学院学报 ， 增 罗伯茨 等著 徐 进等译 工 具钢 北京 冶金 工业 出版社 ， 陈景榕 ， 石沂平 北京科技大学 学报 ，