铝高速钢丝锥的应用

机用丝锥是用于攻削内螺纹的一类丝锥，它属于切削刀具的一种。传统使用的材料是高速钢，其中以W6Mo5Cr4V2居多，这一类钢具有良好的红硬性和耐磨性，在现代刀具材料中占有很重要的地位。但随着科技的发展，特别是对新材料研究的深入，人们对刃具的材料提出了更高的要求，希望能使刃具在常温和高温下的力学性能得到显著提高。因此在普通高速钢的基础上，添加铝元素，制成铝高速钢。铝高速钢在铣刀、钻头等方面得到了很好地应用，使用寿命成倍地提高。但在丝锥上的应用还缺乏一定的研究。我们主要通过对铝高速钢的研究以及在丝锥上的运用，了解添加铝对丝锥切削寿命的影响。

1 试验方法

试验材料

试验用的铝高速钢为W6Mo5Cr4V2Al，由成都工具研究所提供；普通高速钢为W6Mo5Cr4V2。以上两种材料均由上海刃具厂有限公司进行热处理，加工成机用丝锥并进行切削试验。

铝高速钢与普通高速钢淬火

铝高速钢淬火工艺：850℃预热，1200℃加热保温，580℃～600℃分级后空冷；普通高速钢820℃ 预热1190℃加热，600℃分级后空冷。用XJD-05型金相显微镜分别观察淬火后显微组织，比较晶粒大小。

普通高速钢与铝高速钢红硬性对比试验

普通高速钢1200 ℃ 淬火后，560℃回火三次；铝高速钢1200℃淬火后，580℃ 回火三次。根据红硬性试验方法将试样分别在600℃、625℃和650℃加热4次，每次1h，然后冷却，测量室温硬度。

丝锥切削性能比较

普通高速钢与铝高速钢制成Ø6mm机用丝锥，根据GB/T969-1994规定的切削规范进行试验。切削在台钻上进行，被加工材料为45钢，硬度170HB ，切削速度5.3m/min，即28Or/min，切削深度8mm，实际采用12mm，冷却液(乳化液)流量为5L/min。

2 试验结果与分析

1. 铝高速钢与普通高速钢的显微组织

图1 普通高速钢淬火组织，30%硝酸酒精溶液浸蚀

图2 铝高速钢淬火组织，30%硝酸酒精溶液浸蚀

由图1、图2可以看到普通高速钢(W6Mo5Cr4V2)的晶粒要比铝高速钢的晶粒来得大，普通高速钢的奥氏体晶粒度11级，铝高速钢的奥氏体晶粒度12级。铝高速钢的淬火组织为隐针马氏体+残留奥氏体以及少量共晶碳化物，根据资料，铝高速钢在淬火状态，出现新的碳化物相，即g-VC相，这是一种含Al或Cr的碳化物相，它在晶粒内部弥散析出，亦有沉积于M6C上，但含Al量不宜过高，若含量超过4%则形成含Al的碳化铁，质硬而跪。

2 .普通高速钢与铝高速钢红硬性测试结果

表1 普通高速钢红硬性试验数据

回火温度	实际硬度(HRC)					平均硬度(HRC)
600	58.5	59.5	60.0	59.5	60.0	59.5
625	56.0	56.0	55.5	56.0	56.5	56.0
650	48.0	42.5	46.5	46.0	47.5	47.2

表2 铝高速钢红硬性试验数据

回火温度	实际硬度(HRC)					平均硬度(HRC)
600	61.5	62.0	62.0	62.0	61.5	61.8
625	63.0	63.5	63.5	64.0	63.5	63.5
650	52.5	52.0	52.5	53	52.5	52.5

表3 普通高速钢与铝高速钢机用丝锥(Ø6mm)切削结果

具编号	普通高速钢丝锥切削情况(孔)	铭高速钢机丝锥切削情况(孔)
1	1124	1410
2	1140	1396
3	1092	1382
4	1106	1428
5	1168	1386

由图3红硬性曲线可以看到在同样回火温度600℃、625℃、650℃，铝高速钢的平均硬度要高于普通高速钢，625℃时普通高速钢硬度下降至56HRC，而铝高速钢的硬度达到最高值63.5HRC左右，之后随温度升高，两根曲线都表现出硬度值快速下降，650℃时普通高速钢的硬度只有47.2HRC，而铝高速钢的硬度仍有52.5HRC。

图3 普通高速钢与铝高速钢红硬性曲线

3. 丝锥切削结果

由表3可以看出两种不同材料制成的机用丝锥在试验规范相同条件下进行对比试验，普通高速钢制成的丝锥平均切削1126个孔，而铝高速钢制成的丝锥平均切削1400个孔，后者比前者切削寿命提高24%。铝高速钢中Al能提高W、Mo在钢中的溶解度，产生固溶强化，同时Al的化合物在钢中起“钉扎”作用。从的加入增加了高速钢的碳化物析出量，从而提高了钢的抗回火性和红硬性，故钢的常温、高温硬度和耐磨性均能提高，强度和韧性也都比较高。另外，铝的加人改善了钢的韧性，并使刀具切削时不产生钢屑粘刀现象，从而提高了生产效率。

3 经济性能对比

普通高速钢目前的价格为4.8万元/吨，铝高速钢的价格为5.76万元/吨，是前者的1.2倍。Ø6mm的丝锥原材料价格为0.9元/支，最终的产品出售价为6.8元/支?使用铝高速钢材料，原材料的价格变为1.1元/支，其它生产流程一样，产品出售价为7.0元/支，比前者高3%不到，寿命提高24%(根据前面的试验)，这样加工数量相同的螺纹孔，可以减少丝锥的用量，节省换装的时间，降低生产成本，提高经济效益。我国矿藏资源中铝相对较多，铝的价格低廉，比重轻。试验证明，铝高速钢的切削性能要好于传统的高速钢，耐磨性、切削寿命都有了较大的提高。因此铝高速钢不失为适宜于我国国情能逐步替代传统高速钢的一种高性能高速钢材料。

4 结论

铝高速钢与普通高速钢红硬性相比有显著提高，可提高切削性能，延长工具使用寿命。

铝高速钢丝锥比普通高速钢丝锥使用寿命有一定的提高。

从国内推广方面来看，铝高速钢具有更大的使用前景。