W12Mo3Cr4V3Co5Si（Co5Si）超硬型高速钢全面技术资料

W12Mo3Cr4V3Co5Si（Co5Si）超硬型高速钢全面技术资料

一、牌号定位与标准

W12Mo3Cr4V3Co5Si 是我国自主研制的钨系低钴含硅超硬型高性能高速工具钢，代号 Co5Si，属 HSS-E 范畴。设计思路是"高碳高钒 + 5% 钴 + 1% 硅"：用 1% Si 部分替代昂贵的 Co，在保持 M42 级切削性能的同时降低钴耗。现行标准为 GB/T 9943《高速工具钢》（2008 版为流通主力，GB/T 9943-2025 已于 2025-08-01 发布、2026-02-01 实施，采购时应确认版本）。国际上无完全等同牌号，性能定位介于 AISI M42 与 T15 之间。

二、化学成分（GB/T 9943，wt%）

元素

范围

作用

C

1.20~1.30

形成马氏体与碳化物，碳含量接近平衡碳（约 1.4%）

W

11.50~13.50

红硬性主体，形成 M₆C 碳化物骨架

Mo

2.80~3.40

协同钨提红硬性、细化晶粒

Cr

3.80~4.40

淬透性、抗氧化

V

2.80~3.40

高硬度 MC 碳化物，顶级耐磨性（已达可磨削上限）

Co

4.70~5.10

提升高温硬度与热稳定性

Si

0.80~1.20

固溶强化、提高淬透性与抗氧化，部分替代 Co

Mn

≤0.40

脱氧、改善热加工性

P / S

≤0.030 / ≤0.030

杂质控制

三、供应形式

• 圆钢/棒材：热轧 Φ20~50 mm、锻制 Φ40~250 mm（可至 Φ600 mm）、冷拉 Φ4~20 mm、磨光/车光棒，长度 1~5 m；另有方钢、扁钢、六角棒。
• 线材：热轧线材 Φ5.5~25 mm（盘卷），冷拉线材 Φ0.5~15 mm。
• 板材/带材：热轧板 4.5~36 mm（特厚可至 80 mm 以上），冷轧板 0.8~4.5 mm，宽 650~2000 mm；另有钢带、箔材 0.012 mm 级。
• 锻件：圆饼、环坯、模块、刀坯，按图定制；另有无缝管、焊管、法兰、焊丝/焊条。
• 交货状态：以锻轧态 + 软化退火为主（硬度 ≤285 HBW），表面黑皮、磨光或车光；环件可固溶态、带材冷轧态交货。

四、热加工与热处理工艺

锻造：高速钢导热性差，装炉温度不得高于 400℃，低温段 ≤300℃/h 缓升，850℃ 保温后升至锻造温度。钢锭 1180~1200℃、钢坯 1160~1180℃ 开锻，终锻温度不低于 950℃（部分刀具工艺取初锻 1150~1220℃、终锻 775~850℃ 并保温 1.5~2 h），需轻锤开坯、重锤成材以破碎碳化物，锻后及时灰冷或堆冷（空冷即淬火，易裂）。

退火：软化退火 860~880℃ 保温 2 h，以 20~30℃/h 缓冷至 500~600℃ 后炉冷/堆冷，硬度 ≤285 HBW；等温退火 860~880℃ → 740~750℃ 保温 2~4 h → 炉冷至 500~600℃ 出炉空冷，硬度 ≤269 HBW。

淬火回火：预热 850℃（24 s/mm，复杂件建议 600~650℃ + 850℃ 两次预热）；淬火 1210~1240℃（部分资料 1200~1280℃，真空热处理取 1230~1250℃），油冷或 480~560℃ 中性盐浴分级冷却；560℃ 回火 4 次、每次 1 h 空冷（车刀工艺常采用首回 580℃ + 后续 550℃），回火后硬度 ≥66 HRC，典型 67~70 HRC；1240℃ 淬火 + 560℃×3 次回火后残留奥氏体约 1%。

五、机械性能

项目

数值

常温硬度

67~69 HRC（可达 69~70）

600℃ 高温硬度

≈54 HRC（接近 M42）

抗弯强度 σbb

2400~3300 MPa（钛合金切削刀具实测 2844~3334 MPa）

冲击韧度

0.11~0.22 MJ/m²（约 6~19 J/cm²）

退火硬度

≤269~285 HBW

特点是硬度与耐磨性顶级、韧性偏低——这是高碳高钒高钴路线的必然代价。

六、物理性能（同系高钨钴高速钢典型参考值）

密度约 8.1~8.3 g/cm³；弹性模量约 220 GPa（600℃ 降至约 184 GPa）；热导率约 20~24 W/(m·K)（导热性差，是磨削易烧伤的根源）；线膨胀系数约 11~12×10⁻⁶/K（20~600℃）；比热容约 420~430 J/(kg·K)；电阻率约 0.52 Ω·mm²/m。

七、应用领域

切削刀具（主战场）：加工超高强度钢、铸造/铁基高温合金、钛合金、耐热不锈钢等难加工材料的车刀、钻头、滚刀、拉刀、铣刀、铰刀、丝锥、螺纹刀具、成型铣刀、齿轮刀具。模具：冷挤压冲头与模具、热挤压模、冲切硬化钢板/冷轧钢带的下料模、含玻璃纤维塑料模、注塑机螺杆/料筒/喷嘴/粉碎刀。其他：高温轴承、航空航天难加工零件加工刀具、蒸汽与燃机部件用耐磨件。

八、材料优势与选材提示

优势：① 硬度 67~70 HRC 与 600℃ 红硬性 54 HRC 兼备，切削性能对标 M42/HSP-15；② 高钒 MC 碳化物赋予顶级耐磨粒磨损与粘着磨损能力；③ Si 替代部分 Co，同等性能下钴资源消耗更少、成本相对可控；④ 锻轧、切削与焊接工艺性能良好，适合制造大截面刀坯。

局限与提示：一是韧性低（冲击韧度仅 0.11~0.22 MJ/m²），不宜制造受冲击或高精度的复杂刃形刀具；二是可磨削性差，必须用 CBN 或单晶刚玉砂轮，且需严控磨削烧伤；三是易氧化脱碳，热加工与淬火须采用盐浴、真空或保护气氛；四是淬火温度窗口窄（1210~1240℃），过热即晶粒粗大。选材时，若工件以耐磨、红硬为主且形状简单，Co5Si 极具竞争力；若要求复杂刃形或高冲击韧性，应改选 W6Mo5Cr4V2Al（501）或 M35/M42 系列。