漫談刀（dāo）具材料中的高速鋼

當美國機械工程師（shī）泰勒(F·WTaylor)和冶金工程師懷特(M·White)發明（míng）它時，人們普遍用來切削的刀具是合金工（gōng）具鋼。 1900年由美國匹茲堡伯利恒鋼鐵公（gōng）司生產的W18Cr4V(即ㄙ18，又稱T1，18-4-1，現國際標準代（dài）號為18-0-1)高速鋼在巴黎博覽會上（shàng）的公開演示，成為高速鋼（gāng）發展史上第一個無可置疑的裏程碑。十年後的1910年，一位（wèi）英國人（rén）這（zhè）樣寫道：“在1900年巴黎博覽會上，一些工程師看到（dào）了一部高速運轉的車床，上麵裝有一個工具，正（zhèng）用它尖頭的熾熱消除一個（gè）暗藍色碎片，工程師們意識到他們親眼見證了（le）工具鋼和機床方麵的一個革命的開始。”

　　高速鋼的發明使切削中碳鋼的速度由提高到大約30m/min。拿（ná）一個直徑65mm，長度1000mm的45鋼工件來說，原來的加工時間需要100分鍾，而應用高速鋼隻（zhī）需要約25分鍾（zhōng）。因此，人們對它的速度驚歎不已，稱其為“高速鋼”。W18Cr4V作為一（yī）個經（jīng）典的高速鋼牌號，一直延（yán）續（xù）使用（yòng）至今。隻是由於鎢資源的缺乏（fá），以及（jí）高鎢（wū）高速鋼在熱成形工藝性方麵的一（yī）些不足，在近20年裏，它的統（tǒng）治地位才逐漸被W6Mo5Cr4V2(即M2)所取（qǔ）代。

　　高速鋼（gāng）刀（dāo）具材料主要（yào）由（yóu）兩種基本成（chéng）分構成（chéng）：一（yī）種是金屬碳（tàn）化物(碳化鎢、碳化鉬或碳化（huà）釩)，它賦予刀具較好的耐磨性；二是分布在周圍的鋼基體，它使刀具具有較（jiào）好的韌性和吸收衝擊、防止碎裂的能力。

　　碳化（huà）鎢（wū）(WC)在大幅度提高高速鋼的切削速度方麵的貢獻是決定性的，我（wǒ）個人的看法，是這一發現對於（yú）以後硬質合金的發明也（yě）具有奠基石的作用。如今我（wǒ）們大量使用的鎢基硬質合金（jīn），其主要的硬（yìng）質相(對刀具硬度、耐磨性其決定作用的成分（fèn）)依（yī）然是碳化鎢。

　　高速鋼後來有被稱（chēng）為“風鋼”。我在30年前（qián）進入（rù）上海工（gōng）具廠（chǎng）時，絕大多數的工人師傅都是這麽稱呼高速鋼的。在學習有關熱處理的知識時，老師告訴我，其它許多鋼材在進行淬火時（shí），當材料被加熱到完全奧氏體的相變溫度以後，必須放入水或（huò）其它（tā）介質中急速冷卻以得到堅硬的“馬氏體”組織，如果冷卻速度慢了(例如在空氣中冷卻)，就會變成較軟的珠光體、滲碳體等組織，硬度就會比較低；而高速鋼在加熱到“奧氏體（tǐ）”組織後即使在空氣（qì）中冷卻，也（yě）會得到“馬氏體”組織，即高（gāo）速鋼能夠在“風”中淬硬，它“風鋼”的名稱由此而來。

　　實踐發現高（gāo）速鋼的晶粒大小（xiǎo）對（duì）高速鋼的性能（néng）產生著巨大的影響。在網站上曾經發過一份資料，是（shì）《W18Cr4V鋼奧氏體晶粒（lì）度參考圖》，其中號碼數字較大的高速鋼(如11號)比號碼數字較小的(如8.5號)的性能優越許多。有資（zī）料稱，製備普通高速鋼時，是將熔化的鋼水從鋼水包中注入鑄模，使其緩慢冷卻凝固。此（cǐ）時，金屬碳化物從溶液中析出（chū），並（bìng）形成較（jiào）大（dà）的團塊。高速（sù）鋼中添加的合金含量越（yuè）多，碳化物團（tuán）塊就越大。達到某一臨（lín）界點時，可（kě）形成尺寸極大的碳化（huà）物團塊(直徑可達40μm)。出現大的碳化物團塊的臨界點根據鋼錠的尺寸以及其它因（yīn）素而略有不同，但一般是在碳化釩含（hán）量達到約4%時發生。通過對（duì）鋼錠進（jìn）行鍛造、軋製等後續加工，可以粉碎其（qí）中一部分碳化物團塊，但不可能（néng）將其完全消除。雖然增加鋼材（cái）中（zhōng）金屬碳化物（wù）顆粒的（de）數量可（kě）以改善材料（liào）的耐磨性，但隨（suí）著合金含量的增加，碳（tàn）化物的尺寸及團塊數量也會隨之增加，這對於鋼材的（de）韌性會產（chǎn）生極其不利的影響，因為大的碳化物團快可能成為產生裂紋的起始點。因此，國外很早就開展研究，追求高速鋼的（de）細晶粒化（huà）。