SKH59高速钢是一种钼系高碳含钴超硬型高速工具钢

SKH59高速钢全面解析

材料概述

SKH59高速钢是一种钼系高碳含钴超硬型高速工具钢，在国际上具有多个对应牌号，如中国GB标准牌号W2Mo9Cr4VCo8、美国AISI标准牌号M42。该材料最显著的特点是硬度极高，可达70HRC，并且具有优异的热硬性和高温硬度，在高温环境下仍能保持出色的切削性能。SKH59高速钢还具有良好的可磨削性能，适合制造各种高精度复杂刀具，虽然其含钴量较高导致价格相对昂贵，但其卓越的性能使其在工具制造领域占有重要地位。

作为一种广泛应用的高速工具钢，SKH59在常温下具有高硬度和耐磨性，在高温环境下又能保持较高的红硬性，这使其成为制造高强度切削工具的理想材料。该钢种通过合理的成分设计和热处理工艺，实现了硬度、韧性和耐磨性的最佳平衡。

化学成分与元素作用

SKH59高速钢的化学成分设计科学合理，各元素含量严格控制并协同作用，赋予材料卓越性能。

碳元素（C）含量为1.05%-1.15%，是形成碳化物和提高硬度的关键元素。钼元素（Mo）含量高达9.0%-10.0%，显著提高钢的淬透性和热强性。钴元素（Co）含量为7.75%-8.50%，是提高材料红硬性的主要元素，能显著增强高速钢在高温下的硬度保持能力。钨元素（W）含量为1.20%-1.90%，钒元素（V）含量为1.20%-1.90%，这些元素共同形成坚硬的碳化物，提高耐磨性和热稳定性。

此外，铬元素（Cr）含量为3.50%-4.50%，主要提高钢的淬透性和抗氧化能力。硅、锰、磷、硫等元素则作为辅助元素或杂质被严格控制在较低水平，以确保材料最佳性能。

物理与力学性能

物理性能

SKH59高速钢在常温（20℃）下的密度约为8260 Kg/m³，随着温度升高，密度逐渐降低，在400℃时密度约为8060 Kg/m³。其弹性模量在常温下为225000 N/mm²，随着温度升高而逐渐降低。热膨胀系数在200℃时为12.1×10⁻⁶/℃，在400℃时为12.6×10⁻⁶/℃。热传导系数在20℃时为24.0 W/m℃，在200℃时达到峰值28.0 W/m℃。比热也随温度升高而增加，从20℃时的420 J/kg℃增加到400℃时的600 J/kg℃。

力学性能

SKH59高速钢最突出的力学性能是其极高的硬度，经适当热处理后硬度可达70HRC。该钢种在交货状态下具有不同的硬度要求：退火状态硬度≤HB280，冷轧状态硬度≤HB320。经过适当的热处理工艺后，SKH59高速钢不仅能达到高硬度，还具有良好的耐磨性、高抗压强度和一定的韧性，使其能够承受切削加工中的高负荷和冲击条件。

热处理工艺

热处理是调控SKH59高速钢性能的关键环节，科学的热处理工艺能充分发挥该材料的性能潜力。

预热处理

对于大型复杂工件，通常采用三次预热工艺：第一次预热温度500-600℃，每25mm厚度保持30分钟；第二次预热温度850-900℃，每1mm厚度保持20-30秒；第三次预热温度1050-1100℃，每1mm厚度保持20-30秒。这种分级预热方式有助于减少热应力，防止工件变形开裂。

奥氏体化处理

奥氏体化温度范围为1170-1220℃，每1mm厚度保持10-15秒。加热完成后采用油、热浴、空气或气体冷却。这一过程使合金元素充分溶解到奥氏体中，为后续淬火做好准备。

回火处理

回火工艺极为关键，回火温度范围为540-570℃，每25mm厚度保持不少于60分钟，且回火次数不少于3次。经过这样的回火处理，材料硬度可达66HRC以上。回火过程中析出弥散分布的二次硬化碳化物，是材料获得高硬度和热硬性的关键。

此外，SKH59高速钢的退火规范为：退火温度800-850℃，保温2-4小时，随后随炉冷却。去应力退火规范为：退火温度650-750℃，炉冷。

加工性能

SKH59高速钢具有良好的热加工性能，热加工加热温度范围为900-1100℃。该钢种具有优良的可磨削性，这使得它非常适合制造高精度复杂刀具，即使是在热处理获得高硬度后，仍能进行精密的磨削加工。

该材料还表现出良好的淬透性，能够保证较大尺寸工件的整体性能均匀性。其抗回火软化性优异，能在较高温度下保持高硬度，这是其作为高速钢的重要特性之一。

SKH59高速钢在退火状态下具有较好的机械加工性能，可以进行车削、铣削、钻削等常规加工。但由于其高合金含量，加工硬化倾向较明显，需要采取适当的工艺参数和刀具材料。

应用领域

SKH59高速钢广泛应用于各种要求高硬度、高耐磨性和高红硬性的工具制造领域。

切削工具

SKH59高速钢适用于制造高精度复杂刀具，如成形铣刀、精密拉刀、麻花钻、铰刀、丝锥、切断刀等。其高硬度和耐磨性保证了刀具的长寿命，而良好的红硬性则确保了在高速切削产生高温条件下仍能保持锋利。

模具制造

在模具领域，SKH59高速钢常用于高级冲模、螺丝模以及对韧性要求较高及形状复杂的冲头等。其高抗压强度和耐磨性使其适合用于高负荷的成型模具。

特殊应用

SKH59高速钢特别适用于制造具有TiN涂层的冲头，可显著提高如M16六角切边模的使用寿命。此外，该材料也适用于冷间应用，如冲孔、成形、冲压等工具制造。

由于其全面的性能特点，SKH59高速钢还被用于制造高硬度刀头、刀片以及其他需要高耐磨性和高韧性的工具部件。

总结与展望

SKH59高速钢作为一种钼系高碳含钴超硬型高速工具钢，以其高硬度、优异的热硬性和良好的可磨削性，在工具制造领域占据重要地位。该材料通过合理的化学成分设计和严格的热处理工艺，实现了硬度、韧性、耐磨性和红硬性的最佳平衡，能够满足高精度复杂刀具的各种性能要求。

随着制造业对加工效率和质量要求的不断提高，SKH59高速钢的应用前景将更加广阔。未来，通过进一步优化成分设计、改进热处理工艺以及开发新的涂层技术，SKH59高速钢的性能将得到进一步提升，为制造业发展提供更强大的材料支持。