高速工具钢W18Cr4V钢的特性、化学成分、热处理工艺及应用

W18Cr4V钢为W系高速钢，是在T8A钢的基础上主要加入W、Cr、V元素形成的，W18Cr4V钢常用来制造高速切削刀具，也可以用来制造冷作模具。
⒈W18Cr4V钢的特性
⑴、由于W18Cr4V钢中加入大量W、Cr、V元素，使Fe-C相图中的ES线上升并左移，所以钢中出现大量的共晶莱氏体碳化物，其组织形态有 布直接影响钢的性能及使用。故W18Cr4V钢需经反复锻造加工，使其组织中出现的铸态鱼骨状共晶碳化物碎裂成细小的碳化物颗粒，并呈弥散分布，才能使用。
⑵、W18Cr4V钢中加入Cr元素，主要是提高钢的淬透性，固溶于基体强化基体组织，并改善钢的回火稳定性；同时形成Cr的碳化物作为钢中的强化相。
⑶、W18Cr4V钢中加入W、V元素主要是形成碳化物，作为钢中的强化相，提高钢的强度、硬芳与耐磨性；同时细化晶粒，改善钢的韧性。尤其是V元素细化晶粒作用较强。
⑷、W18Cr4V钢在奥氏体化时，W、V元素可随时其碳化物少量地固溶于奥氏体中，进一步提高钢的淬透性，同时冷却后存在于基体组织中，强化基体组织和提高钢的回火稳定性。
⑸、W18Cr4V钢中加入大量的C、W、Cr、V元素，会使MS线（马氏体相变开始点）下移，淬火后组织中存在大量的残余奥氏体，在经回火冷却时会转变成马氏体，即出现二次淬火现象。而淬火组织中的马氏体因溶有大量的W、Cr、V元素，使其保持相当稳定。在270℃回火时才有碳化物ε相析出，至400℃，碳化物ε转变为Fe3C相并进行聚集，此时马氏体硬度下降。回火温度升至400℃以上，开始生成特殊碳化物，400℃至500℃，主要析出铬的碳化物。500℃至600℃，部分Fe3C重新溶解而自回火马氏体中开始析出弥散度很高的碳化物W2C和VC，使硬度回升，即出现二次硬化现象。由于回火马氏体中溶有大量的W、Cr、V元素，使回火马氏体保持较高的硬度，而析出的碳化物聚集的速度较缓慢，因而会产生显著的红硬性。
⑹、W18Cr4V钢中加入W元素可以消除钢的回火脆性。
⑺、W18Cr4V钢中存有少量的Si、Mn、Mo元素，除提高淬透性外，主要也固溶于基体组织中，起到强化基体组织和改善钢的回火稳定性的作用。
⒉W18Cr4V钢主要化学成分
0.70%~0.80%C、0.20%~0.40%Si、0.10%~0.40%Mn、3.80%~4.40%Cr、17.50%~19.00%W、≤0.30%Mo、1.00%~1.40%V、≤0.030%P、≤0.030%S。
⒊W18Cr4V钢的热处理工艺
W18Cr4V钢相变点为： AC1820℃、Accm1330℃、Ar760℃、Ms210℃。
W18Cr4V钢的始锻温度1120~1140℃，终锻温度950℃，锻造后堆集冷却或砂中冷却。
W18Cr4V钢常见的热处理工艺
热处理工艺 工艺参数 硬度要求 工艺特点
等温球化退火 加热860~880℃，保温3h，740~760℃等温，保温5h，炉冷至550℃以下出炉空冷 ≤255HBS Ac1820℃，Accm1330℃，加热温度应在Ac1~Accm线之间，等温温度低于Ar1760℃线以下，以获得粒状珠光体组织+碳化物
不完全退火 加热860~880℃，保温2h，炉冷至550℃以下出炉空冷 ≤277HB 加热温度应在Ac1~Accm线之间，有利于粒状珠光体组织的获得
淬火 一次预热500~650℃，二次预热800~850℃，加热1250~1280℃，保温，油冷 62~64HR 淬火加热温度不高于Accm线，有助于Cr、Mn、Si元素和少量V、W元素的溶解以及共晶硕化物的溶解，提高淬透性，改善回火稳定性。未溶的V、W元素的碳化物及共晶碳化物细化了晶粒，保持强韧性，同时提高硬度与耐磨性
 一次预热500~650℃，二次预热800~850℃，加热1200~1240℃，保温，油冷 62~64HRC
 一次预热500~650℃，二次预热800~850℃，加热1250~1280℃，保温，550~580℃硝盐浴分级5~10min，出浴空冷 62~64HRC
 一次预热500~650℃，二次预热800~850℃，加热1200~1240℃，550~580℃硝盐浴分级5~10min，出浴空冷 62~64HR
回火 加热560~580℃，保温2h，空冷。三次回火 62~64HRC 高温回火时，V、W元素碳化物的析出会增加二次硬化效应，同时残余奥氏体转变为马氏体，出现二次淬火现象
下贝氏体等温淬火 加热1280℃，260℃等温4h，空冷；560℃*2h回火三次 63~67HRC 组织：下贝氏体+马氏全+残余奥氏体。强韧性好，变形小
气体硫碳氮共渗 加热550~560℃，保温2~3h，油冷。渗剂：120~150滴/min  渗剂：采用甲酰胺：乙醇=0.5︰7混合好后，再加入1%(质量分数)的硫脲，氨气流量0.2m3/h
液体渗钒 加热950℃，保温5h，油冷。渗剂：80%Na2B4O7+FeV 2800~3200HV0.1 渗层厚度：0.0165mm。提高表面硬度与耐磨性
⒋W18Cr4V钢的应用
W18Cr4V钢常用来制造冷挤压模具、拉拔模具等。
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