刀具材料的高速钢应用

     高速钢（HSS, High SpeedSteel）是我进入刀具行业时接触最多的一类刀具材料。那时最常见的被称为“ㄙ18”（ㄙ的发音为拼音“si”），其来源应该是来自前苏联。

    后来知道，我们当时所用的高速钢应被称为“普通高速钢”，还有比它性能更好的，如从合金成分上要明显优于它的铝高速钢，钴高速钢（HSS-Co）等，或从冶炼方法上要明显优于它的粉末冶金高速钢（PM-HSS，PowderMetallurgy High SpeedSteel）；当然也有比它性能更低一些的所谓“低合金高速钢”。

    现在有些人对“高速钢”这个名字有些不解，因为它的速度比起眼下正在流行的硬质合金来要低许多。但就高速钢诞生的时候，它的速度的确比原有的刀具材料高很多。

    在大约1900年前后，当美国机械工程师泰勒（F·WTaylor）和冶金工程师怀特（M·White）发明它时，人们普遍用来切削的刀具是合金工具钢。 1900年由美国匹兹堡伯利恒钢铁公司生产的W18Cr4V（即ㄙ18，又称T1，18-4-1，现国际标准代号为18-0-1）高速钢在巴黎博览会上的公开演示，成为高速钢发展史上第一个无可置疑的里程碑。十年后的1910年，一位英国人这样写道：“在1900年巴黎博览会上，一些工程师看到了一部高速运转的车床，上面装有一个工具，正用它尖头的炽热消除一个暗蓝色碎片，工程师们意识到他们亲眼见证了工具钢和机床方面的一个革命的开始。”

    高速钢的发明使切削中碳钢的速度由提高到大约30m/min。拿一个直径65mm，长度1000mm的45钢工件来说，原来的加工时间需要100分钟，而应用高速钢只需要约25分钟。因此，人们对它的速度惊叹不已，称其为“高速钢”。W18Cr4V作为一个经典的高速钢牌号，一直延续使用至今。只是由于钨资源的缺乏，以及高钨高速钢在热成形工艺性方面的一些不足，在近20年里，它的统治地位才逐渐被W6Mo5Cr4V2（即M2）所取代。

    高速钢刀具材料主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物（碳化钨、碳化钼或碳化钒），它赋予刀具较好的耐磨性；二是分布在周围的钢基体，它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。

    碳化钨（WC）在大幅度提高高速钢的切削速度方面的贡献是决定性的，我个人的看法，是这一发现对于以后硬质合金的发明也具有奠基石的作用。如今我们大量使用的钨基硬质合金，其主要的硬质相（对刀具硬度、耐磨性其决定作用的成分）依然是碳化钨。

高速钢后来有被称为“风钢”。我在30年前进入上海工具厂时，绝大多数的工人师傅都是这么称呼高速钢的。在学习有关热处理的知识时，老师告诉我，其它许多钢材在进行淬火时，当材料被加热到完全奥氏体的相变温度以后，必须放入水或其它介质中急速冷却以得到坚硬的“马氏体”组织，如果冷却速度慢了（例如在空气中冷却），就会变成较软的珠光体、渗碳体等组织，硬度就会比较低；而高速钢在加热到“奥氏体”组织后即使在空气中冷却，也会得到“马氏体”组织，即高速钢能够在“风”中淬硬，它“风钢”的名称由此而来。

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