ASTM M42高速鋼的鍛造關鍵技術

　　ASTM M42高速鋼的用途及特性

　　美國ASTM M42

　　粉末高速鋼標準:ASTM A600

　　ASTM M42

　　粉末高速鋼為鈷鎢鉬高速鋼，提高了紅硬性及高溫硬度，改善了耐磨性，有較好的切削性，但強度和沖擊韌性較低，易于氧化脫碳，用作齒輪刀具、銑削工具以及沖頭、刀頭等工具，供切削硬質材料用。

　　ASTM M42

　　化學成分：

　　碳C：1.05～1.15

　　硅Si：0.15～0.65

　　錳Mn：0.15～0.40

　　硫S：≤0.030

　　磷P：≤0.030

　　鉻Cr：3.50～4.25

　　鉬Mo：9.00～10.00

　　鎢W：1.15～1.85

　　釩V：0.95～1.35

　　鈷Co：7.75～8.75

　　ASTM M42

　　主要特性：高鎢高鈷含釩高速鋼，具有很好的耐磨性，硬度高，抗回火穩定性良好，高溫硬度和熱硬性均較商，因此，工作溫度高，工作壽命較其他的高速鋼成倍提高。

　　一、特性

　　(一)化學成分與硬度

　　化學成分影響

　　ASTM M42高速鋼的化學成分主要包含鐵(Fe)、碳(C)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)和鈷(Co)等元素。其中，碳含量對鋼的硬度有重要影響，適量的碳與鎢、鉬、釩等形成大量的硬質碳化物，如碳化鎢(WC)、碳化鉬(MoC)和碳化釩(VC)等。鈷元素的加入顯著提高了鋼的熱穩定性。鉻元素有助于提高鋼的淬透性、抗氧化性和耐腐蝕性。經過合適的熱處理后，M42高速鋼的硬度可達到HRC67 - 70，具有極高的硬度。

　　與其他高速鋼對比

　　與M2高速鋼相比，M42含有更多的鈷元素。在高溫環境下，例如切削溫度達到700 - 750°C時，M2高速鋼的硬度會大幅下降，而M42高速鋼由于鈷元素的作用，仍能保持較高的硬度。在切削高硬度材料(如硬度為HRC60 - 62的合金工具鋼)時，M42高速鋼的刀具壽命明顯長于M2高速鋼刀具。

　　(二)耐磨性

　　耐磨原理

　　ASTM M42高速鋼的耐磨性主要源于其內部的硬質碳化物結構。這些硬質碳化物均勻且彌散地分布在鋼的基體中，在與工件材料發生摩擦時，硬質碳化物承擔了大部分的摩擦力，有效地保護基體不被過度磨損。此外，在磨損過程中，合金元素的存在可能促使在表面形成耐磨的化合物層，進一步增強耐磨性能。

　　實際耐磨表現

　　在車削加工中，當車削硬度為HRC58 - 60的不銹鋼時，使用M42高速鋼車刀與普通高速鋼車刀對比，M42車刀的耐磨性能更為突出。在相同的車削行程后，普通高速鋼車刀的刃部磨損明顯，而M42車刀的刃部磨損相對較小，能夠保持較好的車削精度。

　　(三)紅硬性

　　紅硬性的表現

　　ASTM M42高速鋼具有非常出色的紅硬性。在高溫切削環境下，當溫度達到750 - 800°C時，其硬度仍能保持在HRC65 - 67左右。這使得它在高速切削高硬度材料時能夠保持良好的切削性能。

　　對高速切削的意義

　　在高速銑削高硬度的模具鋼(如HRC60 - 62的模具鋼)時，M42高速鋼刀具憑借其優異的紅硬性，可以采用更高的切削速度。這不僅提高了銑削效率，而且由于在高溫下硬度保持較好，減少了刀具的熱變形，從而保證了銑削的尺寸精度和表面粗糙度。

　　(四)韌性

　　韌性的微觀結構依據

　　ASTM M42高速鋼的微觀結構中，合金元素的合理配比使得碳化物與基體之間具有良好的結合狀態。在受到沖擊載荷時，這種結構能夠有效地將能量在碳化物和基體之間傳遞和分散，防止應力集中，從而賦予材料一定的韌性。

　　在加工中的體現

　　在鉆削加工中，當鉆削含有硬質點的合金鋼(如硬度為HRC55 - 58的合金鋼)時，M42高速鋼鉆頭能夠承受一定的沖擊而不容易發生折斷，保證了鉆削加工的順利進行。

　　(五)可加工性

　　加工工藝適應性

　　ASTM M42高速鋼具有一定的可加工性，可以進行鍛造、軋制、切削加工和熱處理等操作。

　　加工注意事項

　　在鍛造時，要嚴格控制鍛造溫度范圍，因為不當的鍛造溫度可能導致材料內部組織不均勻或產生裂紋等缺陷。在切削加工方面，由于其硬度較高，需要選擇合適的切削刀具，如硬質合金刀具，并合理調整切削參數，如切削速度、進給量和切削深度等，以確保加工質量和刀具的使用壽命。在熱處理過程中，必須按照規定的工藝參數進行操作，以獲得理想的性能。

　　二、用途

　　(一)金屬切削刀具

　　切削高硬度材料

　　ASTM M42高速鋼常用于制造切削高硬度材料的刀具。對于硬度在HRC55 - 65的高溫合金、高硬度模具鋼等材料的切削加工，M42刀具能夠發揮其高硬度、耐磨性和紅硬性的優勢。例如，在航空航天制造領域，對高溫合金零部件進行切削加工時，M42刀具能夠有效地進行加工，保證加工精度和表面質量。

　　精密刀具制造

　　由于ASTM M42高速鋼具有出色的硬度和紅硬性，它也被用于制造精密刀具。在制造如精密銑刀、鉸刀等精密刀具時，M42能夠確保刀具在高精度加工要求下具有良好的性能，滿足精密機械加工的需求。

　　(二)模具制造

　　冷作模具制造

　　ASTM M42高速鋼可用于制造冷作模具中的關鍵部件，如大型沖頭、復雜凹模等。在冷沖壓加工高硬度的金屬板材或帶材時，例如一些高強度合金鋼的板材或鋼帶，M42的高硬度、耐磨性和韌性能夠保證模具部件的使用壽命。其高硬度可以抵抗板材對模具的磨損，韌性能夠承受沖壓過程中的沖擊力。

　　熱作模具制造

　　在熱作模具制造中，ASTM M42也有一定的應用。例如在一些大型熱鍛模具中，M42可用于制造模具的關鍵部位。在熱鍛過程中，雖然模具主要承受部件由其他高性能材料承擔，但M42的良好紅硬性、高硬度和耐磨性能夠在一定程度上提高模具的整體性能，并且保證熱鍛產品的質量。