漫談刀具（jù）材料中的高（gāo）速（sù）鋼

當（dāng）美國機械工程師（shī）泰勒(F·WTaylor)和冶金工程師懷特(M·White)發明它時，人們（men）普遍用來切削的刀具是合（hé）金工具鋼。 1900年由美國匹茲堡伯利恒鋼鐵公司（sī）生產的W18Cr4V(即ㄙ18，又稱T1，18-4-1，現國（guó）際標準代號為18-0-1)高速鋼在巴黎博覽會上的公開（kāi）演示，成為高（gāo）速（sù）鋼發展史上第一個無可置疑的裏程（chéng）碑。十年後的1910年，一位英國人這樣寫道（dào）：“在1900年巴黎（lí）博覽會上，一些工（gōng）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（shǐ）。”

　　高速（sù）鋼的發明使切削中碳鋼的速度（dù）由提高到大約30m/min。拿一（yī）個直（zhí）徑65mm，長度1000mm的45鋼工件來說，原來的加工時間（jiān）需要100分鍾，而應用高速鋼隻（zhī）需要約25分鍾。因此，人們對它的速度驚歎不已，稱其（qí）為“高速鋼”。W18Cr4V作為一個經典的高速鋼（gāng）牌號，一直延續使用至今。隻是由於鎢資源的缺乏，以及高（gāo）鎢高（gāo）速鋼在熱成形工藝性方麵的一些不足，在近20年裏，它的統治地位（wèi）才逐漸被W6Mo5Cr4V2(即M2)所取（qǔ）代。

　　高速鋼（gāng）刀（dāo）具材料主（zhǔ）要（yào）由兩種基本成分構成：一種是（shì）金屬碳化（huà）物(碳化鎢、碳化鉬或碳化釩)，它賦予刀具較好的耐磨性；二是分布（bù）在周圍的鋼基（jī）體，它使刀具具有較好的韌性和吸收衝擊、防止碎裂（liè）的能力。

　　碳化鎢(WC)在大（dà）幅度（dù）提高高速鋼的切削（xuē）速度（dù）方麵的貢獻是決定性的，我個人的看法，是這一發現對於以後硬質合金（jīn）的發明也具有奠基石的作用。如今我們（men）大量使用的鎢基硬（yìng）質合金，其主要的硬質相(對刀具硬度、耐磨性其決定作（zuò）用的（de）成（chéng）分)依然是碳化鎢。

　　高速鋼後來有被稱為“風鋼”。我在30年（nián）前進入上海工具廠時（shí），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（duō）鋼（gāng）材在進行淬火時，當（dāng）材（cái）料被加熱到完全奧氏體的相變（biàn）溫度以後，必須放入水（shuǐ）或其它介質中急速冷卻以（yǐ）得到堅（jiān）硬的“馬氏體”組（zǔ）織，如果冷卻速度慢了(例如在空氣中冷卻（què）)，就會變成較軟的珠光體、滲碳體等組織，硬度（dù）就會比較低；而高速鋼（gāng）在加熱到“奧（ào）氏體”組織後即使在空氣中冷卻，也會得到“馬氏體”組織，即高速鋼能夠在“風”中淬（cuì）硬，它“風鋼”的名稱由此而（ér）來。

　　實踐發現高速鋼的晶粒大小對高速鋼的性能（néng）產生著巨大的影響。在網站上曾經發過一份資料，是《W18Cr4V鋼奧氏（shì）體晶粒度參考圖》，其中（zhōng）號碼數字較大的高速鋼(如11號)比號碼數字較小（xiǎo）的(如8.5號)的性能優越許多。有（yǒu）資料稱（chēng），製（zhì）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（qí）緩慢冷卻凝固。此時，金屬碳化（huà）物從溶液中析出，並形成（chéng）較大的團塊。高速鋼中添加（jiā）的（de）合金含（hán）量越多，碳化物團塊就越大。達（dá）到某一（yī）臨界點時，可形成（chéng）尺寸極大的碳化物團塊（kuài）(直徑可達40μm)。出現大的碳（tàn）化物團塊的臨界點根據鋼錠的尺寸（cùn）以及其它因素（sù）而略有不同（tóng），但一般是在（zài）碳化釩含量達到約4%時發生。通（tōng）過對鋼（gāng）錠進（jìn）行鍛造、軋製等後（hòu）續加工，可以粉碎其中一部分碳化物團塊，但不可能將其完全消除。雖（suī）然增加鋼材中金屬碳化物顆粒（lì）的數量可以改（gǎi）善材料的耐磨（mó）性（xìng），但隨著（zhe）合（hé）金含量的增加，碳化物的尺寸及團塊數量也會隨之增加，這對於鋼材的韌性會產生極其不（bú）利的影響（xiǎng），因為大的碳化物團快可能成（chéng）為產生裂紋的起始點。因此（cǐ），國外很早就開（kāi）展研究，追求高速鋼的細晶粒化。