[发明专利]铝氮硼铸造高速工具钢、用途及热处理工艺

说明书

本发明涉及一种高速工具钢更具体地说是一种加入Al、N、B元素的具有较好铸造综合性能的钨钼高速工具钢、用途及热处理工艺。

已往的高速工具钢，如W18Cr4V，W6Mo5    Cr4V2等可用于刃具、模具毛坯铸造，但铸造组织粗大，脆，易崩刃，使用寿命较短。

本发明的任务是提供一种新型高速工具钢，它克服了现有技术的不足，用其铸造的刃具、模具毛坯不仅组织细小，韧性好，不易崩刃，使用寿命较长，而且热处理工艺性好，经热处理后，使用效果较好，可达到W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2等锻造成形加工制成的高速工具钢工具同等的使用效果。

本发明是以如下方式实现的，要求化学成分为：

C0.7-1.8%，Si0.2-1.0%，Mn0.1-0.4%，Cr2-6%，W1-20%，Mo1-12%，V0.8-4%，Al0.5-1.5%，N0.01-0.10%，B0.01-0.5%，其余为Fe和不纯物质。也可在上述化学成分的基础上添加入Nb0.1-1.5%，RE0.005-0.6%，或加入其中之一，以提高其韧性等综合性能。

化学成分的限定理由是：

C：C的加入量要与W、Mo、V的含量相匹配，一般遵循“平衡碳”公式匹配，C是高速钢硬度、红硬性、抗弯强度、韧性、热塑性等性能的主要影响元素，其含量不足0.7%时高速钢得不到必要的硬度，考虑到铸造高速钢的工艺，组织结构等特点，C含量的上限质控制在1.8%，故C元素的限定范围为0.7-1.8%。

Si：Si主要作为脱氧剂加入，其含量对高速工具钢的碳化物形态有影响，若超过0.5%时则促使其棒状碳化物M₂C分解生成M₆C+MC的微细碳化物，有利于强化基体，提高屈服点、提高疲劳强度，在高温下阻止表面氧化。但如果加入量过大，会使热传导性下降，韧性降低，缩短工具使用寿命，所以Si含量限定为0.2～1.0%。

Mn：Mn与Si一样，也是作为脱氧剂添加的，它有助于提高钢的淬火性能和热塑性。但加入量过大会由于锰化物的析出使韧性和回火软化阻抗性能下降，并且使钢切削性能恶化，所以Mn的含量限定为0.1～0.4%。

Cr：Cr对高速钢的性能影响是非常复杂的，它可提高钢的淬透性，提高马氏体的回火稳定性，阻碍碳化物的析出及聚集长大，提高钢的淬火硬度，使晶粒细小，有利于二次硬化和提高红硬性。但其含量超过10%，则耐热性显著变坏，韧性下降，所以Cr含量限定为2～6%。

W、Mo：W和Mo都是强化碳化物元素。W和Mo在高速工具钢中的作用是可以互相代替的，在高速工具钢中每1%的Mo相当于2%W的作用，W、Mo元素与C元素匹配加入，随着其含量的增多，碳化物相应增多，并且一部分固溶于基体中强化了基体，有助于提高钢的耐磨耗性及硬度、提高抗回火软化性等，为了确保作为各种工具使用时的必要硬度和切削耐久性，选择W当量2Mo+W在1.5～30%较为合适，W当量低于1.5%时淬火性能和高温硬度等不足，超过30%时，则碳化物量增加太大，且粒度大大增加，锻造性能、韧性急剧变坏，所以W含量限定为1～20%，Mo含量限定为1～12%，添加稀土元素，可使高W、Mo含量的高速工具钢热塑性显著提高，这是稀土元素使铸态组织得到改善的结果。

V：V除与W、Mo有相同的作用外，其最大的特点是能显著增加高速工具钢的耐磨耗性和产生二次硬化效果，碳化钒是高速工具钢中最稳定的一种碳化物，且是金属碳化物中最硬、最耐磨的;V量增多，能使高硬度的碳化钒增多，使晶粒微细化，使韧性提高。为了充分发挥上述作用，必须添加0.5%以上的V;但是，V的加入必须与适当的C相配合，若V量增多C量匹配不当，也会出现淬火硬度降低的现象;此外，V量增多，磨削性和韧性降低，所以，V含量限定为0.8～4%。

Al：Al元素含量只要与C等合金元素配合得当，就可提高高速工具钢的耐热性和切削性能等。Al在高速工具钢中不生成碳化物，而是均匀地分布在基体和碳化物中，对钢回火时碳化物的聚集长大有抑制作用，延缓马氏体分解和软化，提高抗回火能力，提高钢的高温强度、抗弯强度和冲击韧性。Al含量超过1.5%时，钢的切削性能急剧恶化，所以其含量限定为0.5～1.5%。

N：N与C和金属元素的作用有相类似的效果。N可提高钢的二次硬化性、红硬性，提高淬火温度，细化晶粒，提高韧性;但高速工具钢所能溶解的N量有限，所以N含量限定为0.01～0.10%。