CSW-41高速钢齿轮加工的高温耐磨性研究

　　CSW-41高速钢 用途及特性

　　一、材料概述

　　CSW-41是日本日立金属(Hitachi Metals)开发的高性能钨系高速钢，属于JIS G4403标准中的高速钢品种。该材料通过高钨-钒-钴合金系统实现优异的红硬性和耐磨性平衡，特别适合高负荷切削和难加工材料加工应用。

　　Rovalma标准CSW-41粉末高速钢切削工具具有优良的耐磨性、韧性和优异的热硬度。

　　CSW-41工具钢的一种高合金粉末冶金高速钢，CSW-41通过奥氏体化可以得到非常高的硬度和抗压强度，它拥有同其他ASP系列材料一样好的热处理尺寸稳定性。虽然是高合金钢。但它的韧性非常高。CSW-41的机加工性能低于其他的低合金高速钢。其耐磨性能高于同类高合金高速钢，但稍逊色于ASP30。CSW-41有非常好的红硬性。

　　CSW-41化学成分：

　　C：2.10～2.33

　　Cr：3.80～4.50

　　Mo：6.00～8.20

　　W：6.30～14.00

　　V：5.00～6.75

　　Co：9.50～12.00

　　Mn：0.20～0.40

　　Si：0.30～0.70

　　P：0.03

　　S：0.03

　　CSW-41粉末冶金高速钢(PM)特点：

　　1.高的耐磨性；

　　2.高的抗压强度；

　　3.良好的淬透性；

　　4.良好的韧性；

　　5.良好的热处理稳定性；

　　6.非常好的回火稳定性。

　　CSW-41适用于切屑成型的多刃刀具、单刃刀具以及对与耐磨性要求高的冷作应用及IC模具。

　　出厂状态退火至HB340；热处理硬度：HRC 60-68

　　三、关键特性参数

　　1. 机械性能(热处理后)

　　硬度：HRC 66-68 (高可达69)

　　抗弯强度：3,500-3,900 MPa

　　冲击韧性：10-14 J/cm²

　　抗压强度：4,200-4,600 MPa

　　弹性模量：225-235 GPa

　　2. 物理特性

　　密度：8.45 g/cm³

　　热膨胀系数：10.8×10⁻⁶/°C (20-600°C)

　　热导率：20.5 W/(m·K)

　　比热容：460 J/(kg·K)

　　磁性：弱磁性

　　3. 高温性能

　　红硬性：HRC≥63 @600℃

　　高温硬度保持率：

　　500℃: 96%室温硬度

　　600℃: 89%室温硬度

　　700℃: 78%室温硬度

　　四、典型应用领域

　　1. 高端切削工具

　　镍基合金车刀

　　钛合金铣刀

　　高温合金钻头

　　2. 精密模具

　　高温合金锻造模

　　硬质合金成型模

　　玻璃成型模具

　　3. 特殊耐磨件

　　航空航天轴承

　　高精度冲裁模

　　石英玻璃加工工具

　　五、热处理工艺

　　1. 标准热处理流程

　　预热：850℃ × 30min + 1050℃ × 30min

　　奥氏体化：1210-1230℃ × 3-5min/25mm

　　淬火：高压气淬或盐浴淬火

　　深冷处理：-80℃ × 4h (推荐)

　　回火：550-570℃ × 2h × 3次

　　2. 热处理关键参数

　　参数控制要点

　　奥氏体化温度超过1235℃会导致晶粒粗化

　　保温时间每25mm厚度3-5分钟

　　冷却速率必须≥25℃/s

　　回火曲线必须三次回火确保完全转变

　　六、加工性能

　　1. 机加工性

　　相对切削性：普通高速钢的20-25%

　　磨削比(G-ratio)：18:1(需用CBN砂轮)

　　推荐加工参数：

　　车削：VC=15-22 m/min，f=0.03-0.08 mm/r

　　铣削：VC=18-25 m/min，fz=0.02-0.05 mm/tooth

　　钻削：VC=5-10 m/min，f=0.02-0.04 mm/r

　　2. 电加工性能

　　EDM加工：需用石墨电极

　　线切割：切割速度0.7-1.2 mm²/min

　　参数建议：

　　脉冲宽度：4-8 μs

　　电流密度：12-20 A/cm²

　　电极损耗比：1:2.0-3.0

　　七、性能对比

　　特性CSW-41SKH59M42

　　室温硬度HRC 66-68HRC 65-67HRC 67-69

　　600℃硬度HRC 63HRC 61HRC 64

　　抗弯强度3,700 MPa4,000 MPa3,500 MPa

　　耐磨性★★★★★★★★★★★★★

　　韧性★★★★★★★★★

　　八、材料优势

　　超高红硬性：高钨-钴协同作用

　　优异耐磨性：MC型碳化物占比高

　　高温稳定性：600℃仍保持高硬度

　　尺寸精度：热处理变形<0.03%

　　切削寿命：是普通高速钢3-4倍

　　九、使用注意事项

　　必须使用CBN或金刚石工具精加工

　　避免在400-500℃区间长期使用

　　焊接需特殊工艺(推荐激光焊)

　　粗加工建议采用电火花加工

　　存放需防锈处理(虽含铬但碳化物多)

　　十、典型应用案例

　　航空发动机涡轮盘加工：切削寿命达普通高速钢4倍

　　钛合金结构件铣削：可实现高速切削(120m/min)

　　硬质合金成型模：模具寿命达50万次以上

　　高温合金钻削：可加工Inconel 718达1000孔以上