D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.s1.001 北京钢铁学院学报 1982年增刊2 超硬高速钢W12Mo3Cr4V3N 的组织和性能 金相教研室陈量榕 马世才 摘 要 V3N制工业生产钢材之碳化物颗粒比普通18一4一1钢及相同W、Mo、V含量的含钻钢 细小，机械性能基本达到在研制初期所报子的水平，硬度、强度及韧性：与M42及HSP一15钢 基本相同，但高硬度(HRC69)下的脆化倾向较小，抗回火软化性较高，但高温硬度较低。 加工几种典型的难切材料时，切削性能达到含5一8%钻的超硬型高速钢之水平。 W12Mo3Cr4V3N钢是3V级的超硬高速钢。文献[1一4)报导了有关该钢种成份设计及研 制初期工业应用情况。本文将讨论试生产中工业号钢材之组织和性能。重要的问题是应当 对V3钢和其他超硬高速钢的性能作一比较，以确定本钢种之适用（代用）范制，本文将尽 可能做到这一点。 V3N钢的成份范围及文中涉及的几炉钢之成份列于表(1)。 表(1) V3N钢及本文号的化学成份 元 素 含 量 航号 AcN' 锭 型 C 免 Mo Cr 技术条件 1.13 11.00 2.50 3.50 2.50 0.04 0.79 /1.25 /12.50 /3.20 /4.10 /3.10 /0.10/1.09 、 83-61 1.22 12.09 2.97 3.78 2.84 0.0850.95 500电渣 73一137 1.15 11.48 2.80 3.68 2.80 0.079 0.91 75-B 1.31 12.40 3.04 3.92 3.08 0.082 0.96 74-G 1.30 12.30 2.90 4.18 3.03 0.060 0.94 50悠应 B-4 1.24 11.90 2.94 3.92 2.80 0.047 0.94 15感成 N406 1.20 11.60 2.77 3.84 2.80 0.0710.94 630电炉 ·碳、氮饱和度， 钢中碳氮，总量与Steven〔5〕“平衡碳”量之比。〔1一4)
北 京 钢 铁 学 院 学 报 1, 8 2年 增刊 2 超硬高速钢W l ZM o 3C r 4 V 3N 的组织和性能 金相 教研 室 陈 . 榕 马世 才 摘 要 V 3 N钢 工 业生 产钢 材之 碳 化物 颗粒 比普通 18 一 4一 1钢及 相 同 W 、 劫 。 、 V 含量 的 含钻 钢 细 小 , 机械 性能 基本 达到 在研 制 初 期所报 份的水 平 , 硬度 、 强 度及 韧性与 入1 4 2 及 H S P 一 15 钢 墓本相同 , 但高硬度 ( H R C 6 9) 下 的脆 化倾 向较小 , 抗回火 软化性较高 , 但高温 硬度 较低 。 加 工几 种 典型 的难 切材 料时 , 切削 性能 达到 含 5一 8 % 钻的超 硬 型高速 钢 之水 平 。 W 12 M o 3 C r 4 V 3 N 钢是 3 V 级 的超硬 高速 钢 。 文 献〔1一 4〕报 导 r 有关 该钢 种成 份设 计 及研 制 初期 工业应 用 情况 。 本 文将 讨论 试生 产 中工 业炉 号钢 材之 组织 和性 能 。 重要 的问 题是 应 当 对V 3 N 钢和 其他 超 硬 高速钢 的性 能 作一比较 , 以确定 本钢 种之 适用 ( 代用 ) 范 围 , 本 文将尽 可 能做 到这 一点 。 V 3 N 钢 的成 份 范 围及文 中涉 及 的几 炉钢 之成 份列 于表 ( 1) 。 表 ( 1 ) V 3 N 钢及 本文 炉号 的化 学成 份 元 素 含 量 炉 号 - - 一万 - 一 — 1- — 一 - - - — - - — cA 、 N ’ 锭 型 C ! 万V { M o ’ C r V 一 N 技术 条 件 5 0 0 。 0 4 0 / 3 . 1 0 / 0 . 1 0 。 7 9 八 . 0 9 斑Uón 0CO : 8 3一6 1 7 3一 1 3 7 7 5一 B 7 4一 G B一 4 N 4 0 6 1 1 . 1 3 」 1 1 . 0 0 2 . 5 0 3 . 5 0 } “ 1 · “ 5… / 1 2 · “ o / 3 · “ 0 / 4 · … 1一 … 1 2一 … 2 · 9 7 3 一 { ` ’ ` 5 … ’ “ “ { 2 ’ 8 0 3 · 6 8 { ` ’ 3 ` { ’ 2 ’ ` 。 } 3 ’ 0 ` 1 3 ` 9 2 … ` ’ 3 。 … ’ 2 ’ 3 0 { 2 ’ 9 0 1 “ “ … ` ’ 2 ` { “ ` 9。 】 2 ’ 9 ` … 3 ’ 9 2 { “ 2 。 { “ · 6。 { 2 · “ 3 · “ 2 。 8 4 0 . 0 8 5 0 . 9 5 5 0 0 电守戊 2 . 8 0 0 。 0 7 9 0 。 9 1 0 . 0 8 2 0 。 9 6 0 。 0 6 0 2 。 8 0 0 。 0 4 7 0 。 9 4 0 . 9 4 2 . 8 0 0 。 0 7 1 { 0 . 9 4 50 感应 15 感 应 6 3 0 电炉 · 碳 、 氮饱和 度 , 钢中碳氮总 量 与 S t e v e n 〔5 〕 “ `卜衡碳 ” 量 之 比 。 〔 z一 4 〕 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1982. s1. 001
碳化物尺寸和奥氏体晶粒 钢中退火态碳化物共约30%（体积），其中M,C、M2:C。及MC分别为13、12及5%。淬 火加热时各类碳化物数量之变化如图(1)所示。正常淬火(1250℃左右)碳化物，总量约12 一15%。人们十分关心这些碳化物的尺寸，因为平均颗粒直径决定了奥氏体晶粒大小，而特 别粗大的碳化物更将直接降低回火态钢的韧性。 颗粒大小的研究中，为表示大颗粒碳化物的尺寸及其出现的可能性大小，引入“累积面 频率”这一参数，定义如下：按尺寸分为j组，组数大于k,即直径大于（包括等于）dk 各组碳化物（截面)面积之和，占被统计磨面面积的百分数，称为k以上的累积面积频率， PA(d≥dk)= PA(di)= A … ai为第i组的面积，A为被统计的磨面面 积。 12 按上述方法，得出V3N钢（73一 137炉)碳化物随淬火温度升高而发生 10 1 长大及其与18一4一1和含钴超硬钢“V 3Co5”(C1.35,W11.80,Mo3.00,Cr 9 4.14,V3.16,Co5.16)之比较（所有 8 披测钢皆使用⑦12~15毫米的轧材)， 30 如图(2)所示。从中可见，在正常淬 25 火温度，V3N钢碳化物的平均直径d, 盖总蟹 ·M.C 小于“V3Co5”钢。个别大颗粒的长大 20 AMC AM:Ca 说明了聚集倾向。从给定P值下dk随温 匙 度的变化曲线看出，在这方面V3N钢更 15 有明显优越性。 I图(3)是V3N钢及与之比较的钢 10 种PA(d≥dk)和dk的关系曲线。从 中可见，高碳的12一3一4一3类钢和 5 18一4一1普通钢相比，最细小的(15 退 1150 1200 12501270 μ)却较乡，表现在dk15~17μ时曲 火 淬火温度℃ 线下降平缓。含氮的12一3一4一3和加 图(1)V3制奥氏体品粒（级）和联化物使 钴的相比，碳化物颗粒较细，最大颗粒 (8361炉)在榨火加热时的变化， 的尺寸小，数量少。由上述结果可知，氮是有效的细化碳化物的添加元素，它对特别粗大碳 化物的控制作用更为明显。 图(1)中示出多批次试验及生产检验所得奥氏体晶粒大小（级）与淬火温度的关系。 在盐裕炉内加热15一20秒/毫米或气体、真空炉30一50秒/毫米，甚至更长一点，皆处于图示 范围。Ac、N0.90~0.95的钢，1250℃可保持9.5级以上晶粒，而1270℃则可能长到7.5~9级。 2-
碳化物尺 寸 和奥 氏体 晶 粒 钢 中退 火态 碳 化物 共约 30 % ( 体积 ) , 其中M 。 C 、 M : 。 C 。 及 M C 分 别 为 1 3 、 12 及 5 % 。 淬 火加 热时各类碳 化 物数 量之 变化如 图 ( l) 所 示 。 正常 淬 火 ( 12 5 0 ℃左 右 ) 碳 化 物总量 约 12 一 15 % 。 人们十分关心 这些碳化物 的尺 寸 , 因为平 均颗粒 直径 决定 了奥氏体 晶粒 大小 , 而 特 别粗 大 的碳 化物更将 直 接降低 回火 态钢 的韧 性 。 颗 拉大 小的研 究中 , 为表 示大 颗粒碳 化物的尺 寸及其 出现的 可能性 大小 , 引入 “ 累积 面 频率 , 这 一参数 , 定义 如下 : 按尺 寸分 为 j 组 , 组数 大于 k , 即直径 大 于 ( 包括等于 ) d k 各组碳 化物 ( 截 面 ) 面积之 和 , 占被统 计磨面面 积的 百分数 , 称为 d k 以上 的 累积 面积频 率 : P A ( d 》 d k ) = 毖P A ( d i ) = 、 a i … ① 艺 . _ 人 琳八) 任斌拐出嗯 l0 9 ia 为第 i组 的面 积 , A 为被统 计的磨 面面 积 。 按上述 方 法 , 得 出 V 3 N 钢 ( 73 一 1 37 炉 ) 碳 化物随 淬 火温 度升 高而 发生 长大 及其 与 18 一4一1 和 含钻超硬 钢 “ V 3 C o s ” ( C l . 3 5 , W l l . 8 0 , M o 3 . 0 0 , C r 4 . 1刁, V 3 . 1 6 , C o s . 1 6 ) 之 比较 ( 所 有 被 测钢 皆 使用 必 12 ~ 15 毫米的 轧材) , 如 图 ( 2) 所示 。 从 中可 见 , 在 正常 淬 火温 度 , V 3 N 钢碳 化物的平均直 径 d , 小 于 “ V 3 C os ” 钢 。 个别 大颗粒 的长大 说明 了聚集 倾 向 。 从给 定P值下 d k 随温 度 的变 化曲线 看 出 , 在这方 面V 3 N 钢更 有明 显优越 性 。 图 ( 3) 是 V 3 N 钢 及 与之 比较的钢 种 P A ( d》 d k ) 和 d k 的 关系 曲线 。 从 中可 见 , 高 碳 的 12 一 3一 4一3 类 钢 和 1 8一魂一 1普通 钢 相 比 , 最细 小 的( 15 林 ) 却 较 多 , 表 现 在 d k 1 5 ~ 1 7 林 时 曲 线 下降 平缓 。 含氮 的 12 一3一 4一 3 和 加 钻的 相 比 , 碳化物颗粒 较 细 , 最 大 颗粒 的尺 寸小 , 数 量 少 。 由上述结果 可知 , 化物的 控制 作用 更 为明 显 。 总里 . M 。 C 、、 、、 `飞、 . 。`恤、 肠、 | 30肠2015 | . 、 ,浑牟澎彭织他硒长 ó 、、 `电、 l 心、 l 山州卜 , 卜一卜~ 司` ~ ~ 、 一一 , r 、 ~ . \ ·退 1 1 5 0 火 一20 0 12 50 1 2 7. 淬 火温度 ℃ 图 ( l ) 、 ’ 3 N钢 奥 氏 体 晶 粒 (级 ) 和 碳 化 物 量 ( 83 61 炉 ) 在 淬 火 加热 时 的 变化 . 氮是 有效的 细 化碳 化物的 添加 元素 , 它对 特别 粗 大碳 图 ( 1) 中示出多批 次 试验 及 生 产检验 所得 奥氏体 晶粒 大小 ( 级 ) 与淬火 温 度的 关 系 。 在盐洛 炉 内加 热 15 一 20 秒 /毫米或 气体 、 真空 炉 30 一 50 秒 /毫米 , 甚至 更 长一点 , 皆处 于图 示 范 围 。 人 c 、 N o . 9 0~ 0 . 95 的钢 , 1 2 5。 ℃ 可 保 持9 . 5 级 以 上晶粒 , 而 1 2 7 0 ℃ 则 可 能长到 7 . 5 一9 级
() 20 ·oV3N, 73-137, 1aV3Co5,1250停 18-4-1.1270潦 15(P.=1.0%) d 。aP.(d≥d.)=0.5% () 。▲P.(d≥d)=1.0% d 1150 1200 1250127D 许火湿度，℃ 附(2)V3下钢刷余碳化物颗粒尺寸随淬火加热温度的变化及与18一4一1和·V3C5钢之比较 V3N (电炉，630公斤扁院)，1250年 12,5 。V3N,(电渣，500公斤圈锭)，1250浮， A V3Co5, 1250°卒 第18一4一11270淳 (5N)4 7.5 2.5 2.5 5 7.5 o 12.5 15 17.5 d(μ) 图(3)正常淬火后V3N、·V3C5”及18一4一1解剩余碳化物d≥k黑积截面频津与k之关系。 内此，对于需要良好机械性能的工件，在1250℃以下谇火是必要的。 热处理工艺和钢的机械性能 采用弯曲试样10×10×120毫米（跨距100毫米），冲击试样10×10×55毫米（跨距50毫 米)，热处理后精磨表面，在30吨万能材力试验机及15公斤一米冲击试验机上测定。硬度、 抗回火性及高温硬度也在上述试样上测定。 一3一
甘n 八勺二 2 门一 l 一| C s % 甘 廿 U I 钧 . . . . . . . . ( P , = 1 . 0% ) 过先 · 0 V 3 N , 7 3 一1 3 7 , J 0 V 3 C o s , 1 2 5 0 。 阵 皿 1 8 一 4一l 。 1 2 7 0 O f幸 上.卜.lr. 口. O 二, 。t 二, 斑侧旧契报曝袱P P , ( d全 d P 、 ( d 全 d {肠 . _ l · _ 一尸一一尸一一 I f 户尸一口一一 - 君阵塑侧一级巴屯à ` 、 1 1 5 0 12 0 0 1 2 5 0 1 2 7 D 伴 火温 度 , ℃ 图 ( 约 V 3 X 钢 剩 余 碳 化物 箱 粒尺 寸随 淬 火加 热 温 度 的变 化 及 与 1 8一 4一 l 和 “ V 3 Cos . 炯 之 比 较 川àP 丈 么 1 0 1 2 . 5 1弓 d 。 , (林 ) 图 ( , 弓) 正 常 淬 火 后 v 3 N 、 · v 3 e 。 》 5 · 因 此 , 对 干需 要良 好机械 性 能的工 件 , 及 18 一4一 l 俐 剩 余 谈 化 物 d 全 d k 爪 积 截面 氛 率 与d k 之 关 系 . 在 1 2 5 。℃ 以下 淬火 是必 要的 。 采用 弯 曲试 样1 0 x 1 0 米 ) , 热处 理后 精磨 表 面 抗回 火 性 及高温硬 度也在 热 处 理工 艺和钢的 机械 性 能 x 22 0毫米 ( 跨距 1 0 0毫米 ) , 冲 击 试样1 0 x 1 0 x 5 5毫米 ( 跨距 5 0毫 在 30 吨万 能材力试 验机 及15 公 斤一米冲 击试验机上测 定 。 硬 度 、 L述 试 样上测 定
淬火温度对性能的影响如图(4)所示。由图可见，1250℃淬火可获最佳二次硬化能力， 1270℃淬火虽不增高硬度，却可使硬度分布带更窄一点。最高硬度HRC69.5,AcN、0.90一 0.95的钢(1250℃淬)的二次硬度范围是HRC68一69.5。gbb值在1150一1200℃最高，随 淬火温度上升而下降，1270℃发生较大幅下降。冲击韧性变化趋势与σ6b相似，但它在高温 淬火时的下降倾向小一点。 乐 69 度 67 HRC 65 350 300 E 4 8361 250 73-J37 475-B 200 4B-4 150 3 2 1150 1200123012501270 淬火温度， 图（4)几炉V3八削硬度，弯曲强度和冲击韧性（无缺口）与粹火温度的关系(560'×4回火)， 回火温度对性能的彩响见图(5)。在530一560℃为四次回火，其余为-一次回火。随回 火温度上升硬度变化与一般高速钢相似。硬度的高峰处，·6b及a:都出现第二个极值，不过 变化方向也正好相反，这与文献〔6)所示（现已为各研究者广泛引用）普通高速钢的情况不同， V3N钢韧性的最佳状态是在回火“不充分”即二次硬化过程的开始阶段。 表（3)示出几种热处理方案的性能。从目前积累的资料来看，V3N钢采用1150一1200℃ 淬火，560°四次回火可获最佳强度及韧性，但硬度稍低。低温淬火后经冷处理及520℃回火， 则兼有较高硬度、强度与韧性：。正常谇火、回火，在硬度及韧性上有较好配合，红硬性高， 但弯曲强度较低。 钢的使用性能及与其他钢种之比较 在正常热处理工艺下，HRC一cbb及HRC一ak关系（曲线位置）可以标志高硬工具材 料综合性能的好坏，并决定着它的基本用途。图(6)是两炉V3N钢测定结果的综合图。在 HRC65左右时，V3N钢的韧性与18一4一1钢水平基本相同，而obb值则略高一点。HRC66 或更高时，18一4一1钢需作过热淬火，或提高其碳量（形成9W18Cr4V),这都将使强度和 韧性下降C7们，而V3N钢obb仍保持300公斤/毫米2左右，a×则基本上不降低，在3公斤一米/ 厘米以上。从这个意义（普通高速钢硬度上限）上，可以说V3N钢是一种综合性能优于普 一4一
淬火温度对 性能的 影响 如图 ( 4) 所示 。 由 图可见 , 12 5 0 ℃淬 火可 获最 佳二 次硬 化能力 , 12 7 0 ℃ 淬火 虽不 增高硬 度 , 却可使 硬度 分布带更 窄一点 。 最高 硬 度 H R C 69 . 5 , A 。 、 、 0 . 90 一 0 . 9 5的钢 ( 1 2 5 0 ℃ 淬) 的二次硬 度范 围是 H R C 6 s一 6 9 . 5 。 a b 、 值在 1 1 5 0一 1 2 0 0 ℃ 最高 , 随 淬火温 度上 升而下降 , 1 2 7 0 ℃ 发生 较大幅下 降 。 冲 击韧性 变 化趋势与 。 。 。 相似 , 但它在高温 淬 火时 的下 降倾 向小一 点 。 硬 6 9 度 6 7 H R C 6 5 日 尺夕 r 户二 X 口 . . . . 班 峋 ."uu[ \"。 n八U, ù 肠 甘Un 加250 才 7 3一1 3 7 占 7 5 一B 4 B 一4 a “ 今 ,JJ l 之 ,昙月已` 1 2 0 0 1 2 3 0 1 2 5 0 1 2 7 0 淬火温 度 , 朴 图 ( 4 ) 几 炉 V 3 N 钢硬 度 、 弯 曲强 度 和 冲 击韧性 (无 缺 口 ) 与 淬 火 沮度 的关 系 ( 5 60 . x 4回 火) . 回 火温 度对性 能的 影响 见图 ( 5) 。 在 5 30 一56 。℃ 为四 次回 火 , 其余 为一次回火 。 随 回 火 温 度上 升硬 度变化与一般高速 钢 相似 。 硬 度的 高峰 处 , 几 ` 及 a k都出现 第二 个 极值 , 不 过 变 化方 向也 正好相 反 , 这与文献〔 6〕所 示 (现 已 为各研 究者广泛 引 用 ) 普通 高速 钢 的情况 不 同 , V 3 N 钢 韧性 的最 佳状态是 在回 火 “ 不充 分 ” 即二 次 硬化 过程 的开 始阶 段 。 表 ( 3) 示出几 种热 处理 方案的性 能 。 从 目前积累的资料来看 , V 3 N 钢采 用 1 1 5 0一 1 2 0 0 ℃ 淬火 , 5 6 。 。 四次 回火可获最 佳 强度 及韧性 , 但 硬 度稍低 。 低温 淬火后经 冷处 理及 5 20 ℃ 回火 , 则兼 有较高硬 度 、 强 度与 韧性 。 正常 淬火 、 回火 , 在 硬度 及韧性 上有 较好配 合 , 红 硬性高 , 但 弯曲强 度较低 。 钢的使 用性 能及 与其 他钢种之 比 较 在正 常热处 理工艺下 , H R C一 。 b 、 及 H R C一 。 、 关系 ( 曲线位 置 ) 可以标志高 硬工具 材 料综合 性能 的 好坏 , 并 决定着它的 基本 用途 。 图 ( 6) 是 两炉 V 3 N 钢测 定结果 的综合 图 。 在 H R C 65 左 右时 , V 3 N 钢的 韧性 与 18 一 4一 1钢 水平 基本 相 同 , 而 G 、 、 值 则 略高一点 。 H R C 6 或更 高时 , 18 一4一 1钢需作过 热淬 火 , 或 提 高其碳 量 ( 形成 g W 1 8 C r 4V ) , 这 都将 使 强度 和 韧性下 降〔7 〕 , 而 V 3 N 钢Q 。 b 仍 保 持 30 0 公斤 /毫米 2 左 右 , a K则基 本上不降低 , 在 3 公斤一米 / 厘米 2 以 上 。 从这 个意义 ( 普通 高速 钢硬 度上限 ) 上 , 可 以说 V 3 N 钢是 一种综合性 能优 于普
70 。83一61户 1250年 G8 变 073-137w,n HIRC 30y 280 曲 强 2C0 0露 变 210 22g 200 300 400 500 600 回火温度，·℃ 图(5)回火温度与性能的关系(1250~淬) 表(3) 几种热处理工艺方案与机械性能· 序号 热 处 理 工 艺 硬度 弯曲强度 性 HRC 公斤/毫米2 公斤米/厘米3 1 1250°淬，560°×1°×4▣ 69.3 244 2.1 2 1250°w,500°×2°×1▣ 66.2 223 3.4 8 1150°"，560°×1°×4W 65.8 328 3.8 1150°W,500°×2°×1m 65.4 271 1.5 1200°"，400°×1°→-80°×1° 67.1 273 3.1 →520°×4°回 ·一试验用钢：8361炉。 通高速钢的工具材料。图(7)中引入了国内外著名的工具材料M42及HSP一15的测定结果 〔8)。在HRC68左右时，V3N钢obb值稍低于上述两种含钴钢，但ak值却不低。HRC69, 即现今超硬型高速钢实际使用的最高硬度下，V3N钢o:b与两种含钴钢达到相同水平，ak则 -5-
勺产、 沪 护~ ~ 工 度强曲弓 、 廿n é八” n 二内卜Un l 。é , J Z , J 门七 ù J 几卜一心, 卜内内L é 一一~ 才 \ 、 一 . / O / \ 2 2 e 夕0 0 咨` ` : { \ / 少乓二 二éó破\ 名!叨 回 火 温度 , · ℃ 表 ( 3 ) 图 ( 5 ) 回 火 温 度 与性 能 的关 系 ( , 25 丁 淬 ) 几 种热 处 理工艺 方案与 机械 性能 . 韧 性 公斤 。 米 /厘 米 吕 2 . 1 3 . 4 3 . 8 1 。 5 3 。 1 毫强 序 号 热 处 理 工 艺 硬 H 弯 曲 公斤 / 1 2 5 0 。 淬 , 5 6 0 0 x I O x 4 回 1 2 5 0 。 护 , 5 0 0 0 x 2 0 x l 回 1 1 5 0 “ l, , 5 6 0 “ x 1 0 x 4 ’l 1 1 5 0 。 ’, , 5 0 0 0 x Z “ 火 1 1, 1 2 0 0 0 1, , 4 0 0 “ X l 。 ” 一 8 0 “ x l “ ~ 5 2 0 0 x 4 。 回 2 4 4 2 2 3 3 2 8 2 7 1 2 7 3 度U83241 .)R . .) . .) ; . · 一试 验 用钢 : 8 3 6 1炉 。 通高速 钢的工 具材料 。 图 ( 7) 中引人 了国 内外 著名 的工具材料 M 42 及 H S P一 15 的测 定结 果 〔8〕 。 在 H R C 6 s左 右时 , V s N钢 a 、 b 值 稍低于上 述两种 含钻钢 , 但 a 、 值却不低 。 H R C 6 9 , 即现今超硬型 高速钢 实 际使用 的最高 硬 度下 , V 3 N 钢 。 : 。 与 两 种含钻 钢 达到 相 同水平 , a , 则
略高些。 1150 12001150 1250 1230 1200 1200 -1250 E 2 1 7190 1180 120 oV3N,83-6t 1260 0 。V3N,73-137,XHSP-1i,〔8) 1220 418-4-1,(1270)▣M42,〔8) 0M42, (1190)41,2,18-4-1,(10), 4高碳18一4-1(7) 350 1200 1150 11150 1180 可 300 M 1230 1200 1250 店250 1250 41 1230 nby 200 11901 150 1240 64 65 66 67 68 69 a 硬度 HRC 图(6)V3N鲡的HRC一gb一k关系及与18一4一I,M42和HSP-15之比较. 在硬度达到或略超过HRC69时，各类高速钢都表现出ob及ak的剧烈下降，这是当前工 具材料研究中很为人们重视的问题。V3N钢的一个优点，是在这个硬度水平下，强度和韧性 的下降趋势缓慢一点。这可能与高温下碳化物聚集长大倾向有关。 二次硬化性能是高速钢各项使用性能，尤其抗回火软化及高温硬度的基础。图(7)为 V3N钢与三种含钴高速钢的回火硬度曲线。W一Mo系“普通碳量”的加钴钢M2+5C0(即 M35)的二次硬度最低，V3N钢与现今应用最多的M42钢硬度峰值基本相同，但略低于“V3 C05”。另外，V3N硬度锋值的温度最高。这意味着它具有高的抗回火软化性。图(8)是 抗回火软化性多批次测量的综合。菌中用方括号相连者，为同一炉内加热（四小时）的试样。 由图可见，V3N钢平均值比18一4一1高6HRC单位，比M42及M35高2~4HRC单位。保特 HRC60的平均温度在650℃。 但是，如考虑把V3N钢作为含钴超硬钢之代用品，则应注意到它的高抗回火性未能完全弥 补由于不含钴而产生的抗可逆软化性之下降。图(9)表明它比含V1%级的含钻锅I42低HV30 一6一
略高些 。 1 2 0 0 一之肖足助任, . 召、.ujuJ 2b 、 - z 、、 、 、 \ 0 1 1 9 0 \ 2 2 40 、 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 硬度 H R C 图 ( 6 ) V 3 N 俐 的 H R c 一 口 b 一 几 k 关 系 及 与 1 5一 4一 l 、 M 4 2 和 H s p 一 1 5之 比 较 . 在 硬度 达到 或略超过 H R C 69 时 , 各类 高速 钢都表 现 出 几 、 及 ak 的剧 烈下降 , 这是 当前 工 具材料研究 中很 为 人们重 视的 问题 。 V 3 N 钢的 一个优 点 , 是 在这个 硬度水 平下 , 强度 和韧 性 的下 降趋 势缓 慢 一点 。 这 可能 与 高温下碳 化 物聚 集长 大倾 向有关 。 二次 硬 化性 能是 高速钢各项使 用性能 , 尤其抗回火 软化及 高温 硬度 的 基 础 。 图 ( 7) 为 V 3 N 钢与三 种含钻高速 钢 的回火 硬 度 曲线 。 W一M 。 系 “ 普通 碳量 ” 的加 钻钢M Z 十 S C o ( 即 M 35 ) 的 二次 硬 度最低 , V 3 N 钢 与现今 应用最 多的 M 42 钢硬度峰值 基本相 同 , 但略低 于 “ V 3 C o s ” 。 另外 , V 3 N 硬 度峰值 的温 度最 高 。 这意 味 着它 具有 高的抗 回 火软 化性 。 图 ( 8) 是 抗回 火软化 性 多批 次测量 的综 合 。 图 中用方 括号 相连 者 , 为 同一炉 内加 热 ( 四小时 ) 的 试样 。 由图 可见 , V 3 N 钢 平均值 比 1 8一 4一1 高 6 H R C 单 位 , 比 M 4 2 及 M s s 高 2 ~ 4 H R C 单位 。 保 持 H R C 6 0 的平均 温 度在 6 5 0 ℃ 。 但是 , 如考虑把 V 3 N 钢 作为 含钻超 硬钢 之 代用 品 , 则 应注 意到它 的 高抗回 火性未 能完 全弥 补 由于不 含钻 而产 生的 抗可 逆软 化性之下 降 。 图 ( 9) 表 明它 比含V l % 级的 含钻 钢 M 42 低 H V 30
70 6 硬 68 度 65 H 63 61 59 V3N(83-G1), 1250 AM42,1190 X V3Co5,1250 4M2Co5,1220 ，4 66 55 淬 100 200 300 400 500 c00 回火温度℃ 图(7)V3N(83一61)，“N3C5”,M42及M2Co5(M35型)解回火硬度曲线. 左右。山此看来，该钢可能只在有限的领域作为含钴钢的代用品，例如，低速下切削高硬钢 料或其他难切材料，低速高精度加工等，当然还包括高硬、高耐磨冷作模具。 表(4)是V3N钢和其他钢种的切削性能对比试验结果。在加工高强度钢和奥氏体合金 时，V3N钢的切削性能与M42、Co5Si等V1~3级的含钴超硬钢种水平相当。 V3N钢已在各类加工业中用于生产。刀具方面，主要用于解决高强度结构钢件(HRC30 ~52)的车、铣、刨、钻、绞等，寿命比18一4一1等钢提高3一10倍，还用于奥氏体钢，镍 基耐热合金及金属钼、钛（合金）等难切材的加工，这些都是普通高速钢难以胜任的。V3N 铜用于冷作模具可获巨大经济效果，加工硅钢片及黄铜等的落料模比普通模具钢提高寿命10 一20倍，並可用于冲裁HRC50以下的各类高强度钢(1,2毫米以下)，螺母及钢球冷墩也有 良好效果。这些已在有关报告〔9〕中作了简要介绍。 结 论 1、V3N钢正常(1250℃)淬火后碳化物（体积)百分数和平均尺寸与18一4一1钢相近， 但特大颗粒碳化物较少。氮的加入可克服由于提高碳量而带来的碳化物粗化倾向，使其与相 同碳和钒量的含钴钢相比，碳化物得到细化。电炉治炼的扁锭钢材，其碳化物尺寸和工业电 旅钢材基本相同。 -7
功创林76 硬度 6 6 C 5 O 侧 工 r 几 ` 心飞 U.n 臼.n r ` ; 口 V 3 N ( 83一 61 ) , x V 3 C o s , 1 2 50 山 , . . . . . 山~ . . ~ - . 曰 呀 一 0 0 2 0 0 的弱弱盯 图 ( 7 ) V 3 N ( 5 3一 6一) , “ x 3 c ` , 5 “ , M 4 2 及 M Z C o s M 4 2 , 1 19 0 M Z C o s , 1 2 2 0 . ` . . . . . . . . 己. . . . . d o o 5 0 0 c o o 回 火温度℃ ( M 3 5理 ) 们 回火 硬 度 曲线 . 左 右 。 由此 看 来 , 该 钢 可能 只在有限 的领 域作为含 钻钢的 代用 品 , 例 如 , 低速下 切 削 高硬钢 料 或 其他难 切材 料 , 低速 高 精度 加工 等 , 当然 还 包括 高硬 、 高 耐磨冷 作模具 。 表 ( 4) 是 V 3 N 钢和 其他钢 种的切 削 性能 对 比试 验结果 。 在 加 工高强 度钢和 奥 氏体合金 时 , V 3 N 钢的 切削 性能 与M 4 2 、 C o5 iS 等 V l ~ 3级 的含 钻 超硬钢种水平 相当 。 V 3 N 钢 已在各 类 加工 业 中用于 生 产 。 刀具方 面 , 主 要用 于解 决高强 度结 构钢 件 ( H R C 30 ~ 52 ) 的车 、 铣 、 刨 、 钻 、 绞等 , 寿 命 比 18 一 4一 1 等钢 提 高 3一 10 倍 , 还用 于奥氏体钢 , 镍 苍耐热 合金及 金属 铂 、 钦 ( 合 金 ) 等 难 切材的加 工 , 这些 都是 普通高 速钢难以胜任的 。 V 3 N 钥用 于冷作 模具 可获 巨大经 济效果 , 加 工硅 钢片及黄 铜 等的 落料 模比普通 模具 钢提高寿命 10 一20 倍 , 盆 可用 于冲裁 H R C 50 以下 的各 类高强 度钢 ( 1 . 2毫米以 下 ) , 螺母及 钢球冷 墩也有 良好效果 。 这些 已在 有关 报告〔的 中作了 简要介绍 。 结 论 1 、 V 3 N 钢 正常 ( 12 5 0 ℃ ) 淬火 后碳 化物 ( 体 积 ) 百分 数 和平 均尺 寸 与 18 一 4一 1钢相近 , 一 但特 大颖粒 碳 化物较少 。 氮 的加 人可克服 由于提 高碳量而 带 来的碳化物粗 化倾 向 , 使其与相 同碳和钒全 的 含钻钢 相比 , 碳 化物得到 细化 。 电炉冶 炼的 扁锭 钢材 , 其碳 化物尺 寸和工业电 法翻材基本 相 同
66 V3N, 3一137(1250) M2, (1190) 64 (1250) 62 V3N, 83-61 60 53 56 54 52 O8H 50 14V3N,75-B (1230) l+ 48 M2Co5, (1230) 46 ⊙ V3N, 74-G (1245) 44 0M41(73-13) (1220) 第 18一4-1 (1280) 600 625 650 675 700 高温加热四小时温度 图(8)多批次测定的3解抗叫火化性能（“红硬性”)及与其他种之比较 1000 高 温 900 硬 度 800 IV:o 700 C00 ·V3N, 73-137 1250淬 0 1270淬 500 3M42, 1190淬 400 室温 200 300 400 500 600 试验温度 ℃ 出（9)V3N附(73一137)的高进硬度及与M42钢之比较. 8
6 6 6 4 能弱6洲045 侧军续具想妮妈 2托材505,8 口比工 6 0 0 6 2 5 6 5 0 6 7 5 7 0 0 高 温加热四 小时温度 图 ( 8 ) 多 批 次测 定 的 、 ’ 3 X俐 抗 回 火 软 化 性 能 ( “ 红硬 性 ` ) 及 与 其 他 钢种 之 比 较 . 硬度高温 1 I V : 。 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 C 0 0 5 0 0 4 0 0 幽 卜丁4 2 - 1 1 9 0 . 淬 室 温 2 0 0 图 ( 9 ) -\ 3 N 钢 (了 3一 1 3? ) 3 0 0 4 00 5 0 0 6 0 0 试验温度 ℃ 的 高温 硬 度 及 与 入1 4 2钢 之 比 较
表(4) V3N钢加工各类难加工材料的论试结果〔注) 试验 切削 参数 时间对比 刀具破环情况 被加工材料 项目 V,米/分S,落米/转t,毫米，分 蜗号 对比钢 V3N 刨削 45SiMnMoVCu 9.6 .0.33 1.5,10 M41 △后0.5 △后0.4 HRC51/52 崩刃0.3 无崩 车削 GH118,HRC37 0.16 0.5 15 M42 △后0.24△后0.29 △d0.1 △d0.08 车削 Mn13,固溶 5,3 0.11 1.0 50 Co5Si △后0.6 △后0.6 墙面 40Cr,调质，HRC32 110 0.25 1.0 M35 Vp60米/分Vp71米/分 车削 转/分 W18 Vp54米/分 [注]①一律无冷却 △后一后面磨损，△一切削始末加工件直伦差，VP一破坏时的切削速度，米/分。 2,V3N钢具有良好的综合机械性能，较小的过热脆化倾向。其抗回大软化能力比W一M· 系及M·系含钴超硬型高速钢更强，但高温硬度略低于含钴钢。 V3N钢可用于加工高强度结构钢，高合金奥氏体钢和镍基耐热合金等一般高速钢难以胜 任的切削加工，尤其是精加工。在这类用途上，其性能基本上达到含钴高速钢的水平。 参 文献 〔1)北京钢铁学院高速钢科研组及大冶钢厂工具钢组，〈机械工程材料>，1979，№2， P.42e 〔2〕陈景榕，董密林，“金属热处理”（文集)，上海科学文献出版社，1980年P.72。 〔3)金裕林，贾佩璋，“无钴超硬速钢W12Mo3Cv4V3N”,中国兵工学会材料分会 1980年会资料。 〔4)陈景格，〈北京钢铁学院报)，1981，N01,P.40。 [5]G.Steven,,1964,Vol.57,P.925. [6]B.A.Roberts,,“Tool Steel”,Third Edition,ASM,1962,P.664。 [7]钢研总院六室，，1975，N№8，P.1。 [8]重火大学治金系科研资料。 [9]北京钢铁学院高速钢科研组，“V3N钢的工业应川概况”，1981，北京钢铁学院科 研处资料。 [10]1O.A.Tennep,4MacrpymeuranbHbe crann"nsnaHne uerBepToe,Meran- nypra,1975,P345,P.358。 9
表 ( 4 ) V 3N钢加 工 各类 难加工材料的论 试结果〔注〕 刀 具 破 坏 情 况 被 加 工 材 料 切 削 参 数 时} 间 }对比 S , 毫米 /转;t, 毫米 }分 …钥号 {对 比 钢 V 3 N 4 5 S IM n M o V C u H R C 5 1 / 5 2 G H l l s , H R C 3 7 0 。 3 3 0 . 1 6 1 0 验目 , 试项削削 . 刨车 车削 峨面 车削 M n 1 3 , 固溶 4 0 C r , 调 质 , H R C 3 2 5 。 3 1 1 0 转 /分 0 . 1 1 0 。 2 5 一b ó U 甘C … 分 了 犷 尹 卜 6 . - V `Q ó W 1 8 △后 0 . 5 · △后 0 . 4 崩 刃 0 . 3 无 崩 △后 0 . 2 4 . △后 0 . 2 9 △ d 0 . 1 △ d 0 . 0 8 △后0 . 6 . △后 0 . 6 V p 6 0米/ 分 ’ V p 7 i 米 /分 V p 5 4米/ 分 . 【扩主〕①一律无冷却 e △后 一后 面磨损 , △d一切 削 始末加 工 件直 径差 , V p 一破坏时 的 切削速 度 , 米 /分 。 2 . V 3 N 钢 具 有良 好的 综 合机械性 能 , 较小的过热脆 化倾 向 。 其杭回大 软化 能 力比 W一 M . 系及 M O 系 含钻超硬 型 高速钢更强 , 但 高温 硬度略低于 含钻钢 。 V 3 N 钢可用 于加 工高强度结构钢 , 高合金奥 氏体钢和镍 基耐热合 金 等一般高速 钢 难以胜 任的 切削加 工 , 尤其是 精加工 。 在 这类 用途上 , 其性 能基 本上 达到 含钻高 速钢 的水平 。 参 考 文 献 〔 1〕 北 京钢铁学 院高速钢 科研 组及 大 冶钢 厂工 其钢组 , , 1 9 7 9 , 塑 2 , P 。 4 2 。 〔2〕 陈 景榕 , 董 密林 , “ 金属 热处 理 ” ( 文 集 ) , 上海科 学 文献 出版社 , 1 9 8 0年p . 7 o2 〔 3 ) 金裕 林 , 贾佩 璋 , “ 无 钻超 硬速 钢 W 12 M o3 C v4 V 3 N ” , 中国 兵工 学 会材 料 分会 1 9 8 0年会资 料 。 〔4 〕 陈景榕 , , 1 9 5 1 , 翅 i , P . d o 。 [ 5〕 G . S t e v e n , , 1 9 6 4 , V o l . 5 7 , P . 9 2 5 。 [ 6 ] B . A . R o b e r t s , “ T o o l S t e e l , , T h i r d E d i t i o n , A S M , 1 9 6 2 , P . 6 6 4 。 [ 7 ] 钢研总 院六 室 , < 新金 属材料 ) , 2 9 7 5 , Ng s , p . 1 。 [ 8] 重 庆大 学冶 金系科研 资料 。 [ 9 」北京 钢铁学 院 高速钢 科研组 , “ V 3 N 钢’l勺工业 J二之川概 况 , , , 1 9 5 1 , 北京 钢铁学 院科 研 处资料 。 〔1 0」 10 . 衣 . r e : 二 e P , “ H H e T P y M e H T a , ; 、 。 。 e e T a : : , ” , , 3 皿 a 川 . e 、 e T s c P , o e , M e T a 二 - , y P r `, ” , 1 9 7 5 , ` P 3 4 5 , P . 3 5 s 。 价