JIS标准MH55钴钼钨系高速钢中各化学成分比例的确定是一个复杂的过程,涉及到多个方面的因素和大量的试验研究,主要基于以下几个关键原则和考虑因素:
### 性能需求
- **硬度和耐磨性**:
- **碳(C)**:碳是形成碳化物的关键元素,为了获得高硬度和良好的耐磨性,需要一定量的碳与合金元素形成各种硬质碳化物。MH55高速钢中碳含量设定在0.82 - 0.92%,这个范围能确保形成足够数量和尺寸合适的碳化物,如WC、Mo₂C、VC等,均匀分布在钢基体中,有效提高钢的硬度和耐磨性,使其在切削加工中能保持锋利的刃口,抵抗磨损。
- **钨(W)、钼(Mo)、钒(V)**:钨、钼、钒等元素与碳结合形成的碳化物具有极高的硬度。其中,钨含量在5.50 - 6.75%,钼含量在4.50 - 5.50%,钒含量在1.75 - 2.25%。这些比例的设定是为了在保证钢的硬度和耐磨性的同时,使碳化物的分布更加合理,避免因碳化物过多或分布不均而导致的韧性下降等问题。例如,钨形成的WC碳化物在高温下稳定性好,能显著提高钢的红硬性;钒形成的VC碳化物细小弥散,能进一步提高钢的耐磨性。
- **红硬性**:
- **钨(W)和钼(Mo)**:红硬性是高速钢在高温下保持硬度的能力,对于高速切削刀具等应用至关重要。钨和钼在提高红硬性方面起着关键作用。适当的钨、钼含量能使钢在高温下形成稳定的碳化物,阻止晶粒长大和硬度下降。例如,在高速切削过程中,刀具温度会急剧升高,而MH55高速钢中5.50 - 6.75%的钨和4.50 - 5.50%的钼含量能保证刀具在高温下仍能保持较高的硬度,延长刀具的使用寿命。
- **钴(Co)**:钴能提高钢的红硬性和高温硬度。在MH55高速钢中,钴含量设定在4.50 - 5.50%,钴的加入可以促进碳化物的弥散分布,使钢在高温下的硬度和强度得到进一步提高,从而满足高速切削和高温加工环境的要求。
- **韧性和强度**:
- **钼(Mo)和钒(V)**:钼和钒除了提高硬度和耐磨性外,还能细化晶粒,从而提高钢的韧性和强度。例如,钼含量在4.50 - 5.50%时,能有效细化晶粒,使钢在承受冲击载荷时不易发生脆性断裂;钒含量在1.75 - 2.25%时,形成的细小VC碳化物可以阻碍位错的运动,提高钢的强度,同时改善钢的韧性。
- **铬(Cr)**:铬能提高钢的淬透性,使钢在淬火过程中更容易形成马氏体组织,从而提高钢的硬度和强度。MH55高速钢中铬含量在3.75 - 4.50%,这个比例能保证钢在热处理后获得良好的综合力学性能。
### 加工工艺要求
- **淬火和回火性能**:各化学成分的比例需要考虑到钢的淬火和回火性能。例如,铬、钼、钨等元素的含量会影响钢的淬透性和回火稳定性。合适的化学成分比例可以使钢在淬火过程中获得均匀的组织,避免出现淬火裂纹等缺陷;在回火过程中,能够保持较高的硬度和韧性,满足不同使用条件下的性能要求。
- **切削加工性能**:为了保证钢的切削加工性能,化学成分的比例需要进行优化。过高的硬度和耐磨性可能会导致刀具磨损加剧,加工难度增加。因此,在确定化学成分比例时,需要综合考虑钢的硬度、韧性和切削加工性能之间的平衡,使钢既能满足使用性能要求,又能在加工过程中具有良好的切削加工性能。
### 成本因素
在满足性能要求的前提下,还需要考虑成本因素。某些合金元素的价格较高,如钴、钨等。因此,在确定化学成分比例时,需要在保证钢的性能的同时,尽量降低成本。例如,通过合理调整钨、钼、钴等元素的含量,在不影响钢的主要性能的情况下,减少昂贵元素的使用量,从而降低生产成本。
综上所述,JIS标准MH55钴钼钨系高速钢中各化学成分比例是通过综合考虑性能需求、加工工艺要求和成本因素等多方面因素,经过大量的试验研究和实践验证后确定的。