高速鋼
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| 鋼、鐵、以及其他鐵合金 |
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| 鐵碳合金中的相與顯微組織 |
| 鋼（按成分分類） |
| 鋼（按應用分類） |
| 其他含鐵材料 |
| 鍛鐵（熟鐵、工業純鐵，含碳量≤0.04%） |
高速鋼（英語：High Speed Steel，英文簡寫：HSS，中國大陸部分地區又稱鋒鋼，風鋼）是一種高合金刃具鋼。
在高速鋼被廣泛應用前，金屬切割刀具主要使用高碳鋼製造，然而高碳鋼在持續進行金屬切割的情況下，高碳鋼刀具難以承受與工件摩擦產生的高溫，在攝氏300度時，其強度會大幅下降，導致刀具需要經常更換，高碳鋼刀具在切割經過加硬處理的金屬材料時，更會出現難以切削的情況，導致刀具受損。高速鋼在提煉時加入鎢、鉻、鉬、鈷、釩等金屬元素，在常溫下其洛氏硬度達到(HRC60)。其高溫強度比高碳鋼有大幅提升，在攝氏600度時，其洛氏硬度能夠維持約(HRC40)或以上，刀刃仍能保持鋒利，而高碳鋼在相同溫度已明顯軟化，失去切割能力。高速鋼和高碳鋼類似可進行熱處理，透過淬火提升刀具的硬度，並利用回火維持適度的韌性[1]。由於高速鋼能夠承受高速切削金屬時所產生的高溫並保持硬度，所以此種合金鋼被稱為高速鋼。
歷史
[編輯]1899年，美國工程師弗雷德里克·溫斯洛·泰勒和懷特·白在位於美國賓夕法尼亞州的伯利恆鋼鐵公司工作時，尋求一種能夠在高溫下依然保持硬度的金屬[2]。經過試驗後，發現鋼材加入鎢、鉻和釩後，就能提升高溫下的硬度。高速鋼在1910年開始實用化，用於車刀的製造，相比起過去的高碳鋼刀具，高速鋼大幅提高刀具的耐用性，從而提升金屬切削加工的效率。
成分
[編輯]高速鋼的成分和其他鋼材一樣，以鐵為最主要的組成元素，並在冶煉時盡量把硫和磷等雜質清除。高速鋼含有百分之0.6至1.3的碳，並在提煉時加入鎢、鉻、鉬、鈷、釩和錳，成為一種合金鋼。其中鎢、鉬和鈷能夠提升鋼材的高溫強度，鉻的加入能夠增強鋼材的抗氧化能力和耐磨性，釩可提升抗衝擊性能，而錳的加入可改善鋼材的韌性。高速鋼經過多年發展，由不同元素組成的高速鋼相繼出現。因此不同類型的高速鋼，其組成元素也有分別。
高速鋼分通用型高速鋼（鎢系高速鋼和鉬系高速鋼）和高性能高速鋼（高碳高速鋼、鈷高速鋼、鋁高速鋼）。高速鋼中碳的質量分數為0.7%-1.4%，含有W、Mo、Cr、V等多種合金元素，其總量超過10%。W和Mo使高速鋼具有高熱硬性，Cr可以提高淬透性，V主要提高耐磨性、紅硬性及細化晶粒。
| AISI編號 | 碳 C | 鉻 Cr | 鉬 Mo | 鎢 W | 釩 V | 鈷 Co | 錳 Mn | 矽 Si |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T1[3] | 0.65–0.80 | 4.0 | - | 18 | 1 | - | 0.1–0.4 | 0.2–0.4 |
| M1[4] | 0.83 | 3.8 | 8.5 | 1.8 | 1.2 | - | - | - |
| M2[5] | 0.9 | 4.2 | 5.0 | 6.5 | 2.0 | - | 0.4 | 0.3 |
| M4[6] | 1.3 | 4.2 | 4.5 | 5.6 | 4.0 | - | - | - |
| M7[7] | 1.02 | 3.8 | 8.6 | 1.8 | 1.9 | - | - | - |
| M35[5] | 0.9 | 4.2 | 5.3 | 6.5 | 1.9 | 5.0 | 0.3 | 0.3 |
| M42[5] | 1.1 | 3.9 | 9.5 | 1.5 | 1.2 | 8.0 | 0.3 | 0.3 |
| 本表並不包括其他微量成分和雜質 | ||||||||
應用
[編輯]高速鋼被廣泛應用於各種切割器材的刀具，包括車床的車刀，銑床的銑刀和鑽床的鑽頭。由於高速鋼比高碳鋼耐用，即使是常見的手工具，例如鋸片，都會採用高速鋼製造。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 高速鋼降溫淬火、回火工藝研究 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），熱處理網
- ^ Kanigel, Robert. The One Best Way: Frederick Winslow Taylor and the Enigma of Efficiency. Viking Penguin. 1997. ISBN 0-670-86402-1.
- ^ AISI T1 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），eFunda, Inc，2014-3-16
- ^ High Speed Tool Steels M1[永久失效連結]，Erasteel，2014-3-19
- ^ 5.0 5.1 5.2 Chemical compositions of YSS High Speed Tool Steels 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2014-03-18.，Hitachi Metals，2014-3-18
- ^ High Speed Tool Steels M4[永久失效連結]，Erasteel，2014-3-19
- ^ High Speed Tool Steels M7 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），Erasteel，2014-3-19
