S2-1-1-8高速钢的微观组织对比研究

　　S2-1-1-8高速钢（特种钴高速钢）的用途及特性分析

　　一、材料概述

　　S2-1-1-8是德国DIN标准体系下的超高性能钴高速钢（对应DIN 1.3247），属于W-Mo-Co系红硬型高速钢。该材料通过8%钴的合金设计实现了极端工况下的切削性能，是加工高温合金、钛合金等难切削材料的解决方案。

　　德国S2-1-1-8粉末高速钢为钨钼系通用型高速钢，易于热处理，较耐磨，热硬度及韧性较高，可磨削优良，密度较小，易于氧化脱碳。可制作钻头、铣刀、刀片、成形刀具、车削及剥削刀具、丝锥、板牙、锯条及各种冷冲模具等。

　　执行标准：DIN EN4957-2000

　　S2-1-1-8化学成分：

　　碳C：1.05～1.15

　　硅Si：≤0.70

　　锰Mn：≤0.40

　　铬Cr：3.50～4.50

　　钨W：1.20～1.90

　　钒V：0.90～1.30

　　钼Mo：9.00～10.00

　　钴Co：7.50～8.50

　　磷P：≤0.03

　　硫S：≤0.03

　　S2-1-1-8高速钢铣刀适合铣床快速生产使用,可切削钢材硬度45度以下,效率高,优异的干切削性能。

　　S2-1-1-8高速钢经过PVD涂层的STK硬质合金切削工具。是专门为同硬度加工而设计的。

　　细超微粒钨钢涂层立铣刀适合CNC铣床高速生产使用，可切削钢材硬度65度以下，不锈钢.钛合金.镍合金等难削材料。

　　STK铣刀切削后工作表面为光亮，而且排屑快不粘刀面！

　　物钆辊工具等组织细微，整齐，分布良好。而且组织均匀。所以耐磨性和革性方面比较均衡。特别因为仅是炭含量上的增加或减少，因此不损坏高温特性，可连续且大幅度改变钢材性质。需要革性时低炭素钢种适用，对硬度、耐磨性有要求的情况下适合选用高炭素钢钟。

　　富有热作、冷作可塑性，被削性和研磨性也良好

　　用途切削用：钻头、丝锥、铰刀、圆锯、齿轮刀具、拉刀、刨刀等

　　三、关键性能特点

　　1. 物理性能

　　密度：8.30 g/cm³

　　熔点：1430-1460°C

　　热膨胀系数：10.8×10⁻⁶/K (20-600°C)

　　导热系数：21 W/(m·K)

　　比热容：430 J/(kg·K)

　　电阻率：680 nΩ·m

　　2. 机械性能（热处理后）

　　性能指标典型值

　　硬度67-69 HRC

　　抗弯强度2800-3200 MPa

　　抗压强度3800-4200 MPa

　　弹性模量230 GPa

　　冲击韧性18-22 J/cm²

　　红硬性64 HRC (625°C)

　　3. 特殊性能优势

　　极端红硬性：连续切削温度可达700°C

　　深度淬透性：有效厚度可达150mm

　　抗回火软化：550°C回火后硬度仍保持66HRC+

　　特殊碳化物：M₆C+MC型复合碳化物

　　四、热处理工艺

　　软化退火：

　　温度：850-870°C

　　冷却速度：20°C/h至600°C后空冷

　　退火硬度：260-300 HB

　　淬火处理：

　　预热阶段：500°C+850°C（阶梯预热）

　　奥氏体化：1200-1220°C（盐浴炉控制）

　　淬火介质：高压氮气（6-10bar）或分级盐浴

　　多段回火：

　　次回火：540°C×2h（空冷）

　　第二次回火：560°C×2h（空冷）

　　第三次回火：540°C×2h（空冷）

　　残余奥氏体：<2%

　　五、主要应用领域

　　1. 航空航天加工（核心应用）

　　发动机镍基合金（Inconel 718）车削

　　钛合金（Ti-6Al-4V）深孔钻削

　　复合材料/金属叠层结构制孔

　　航空铝合金高速铣削（8000+ rpm）

　　2. 能源装备制造

　　燃气轮机叶片榫槽拉削

　　核电蒸汽发生器管板钻孔

　　油气钻头保径条加工

　　水电轮机不锈钢叶片修边

　　3. 精密模具

　　高温合金精密锻造模

　　镁合金压铸模芯

　　玻璃热成型模具

　　粉末冶金烧结模冲

　　4. 特种刀具

　　难切削材料切断刀

　　高温合金螺纹梳刀

　　复合材料专用刨刀

　　淬硬钢齿轮滚刀

　　六、加工技术规范

　　1. 机械加工

　　铣削加工：

　　切削速度：35-60 m/min

　　每齿进给：0.05-0.12 mm/tooth

　　刀具：金刚石涂层硬质合金

　　磨削工艺：

　　砂轮类型：陶瓷结合剂CBN

　　线速度：18-25 m/s

　　冷却液：高渗透性合成磨削液

　　2. 表面处理

　　超硬涂层：

　　AlTiN/TiSiN纳米多层涂层（3-4μm）

　　DLC类金刚石涂层（加工铝合金）

　　表面强化：

　　低温离子渗氮（520°C×20h）

　　激光表面微熔凝处理

　　防锈处理：

　　钝化处理（硝酸+重铬酸盐）

　　气相防锈包装

　　七、与同类材料对比分析

　　特性S2-1-1-8M42高速钢ASP2060S390PM

　　硬度67-6966-6864-6665-67

　　红硬性★★★★★★★★★☆★★★★★★★★☆

　　耐磨性★★★★☆★★★★★★★★★★★★★★

　　韧性★★☆★★★★★☆★★★★

　　成本极高高极高极高

　　八、典型应用案例

　　航空发动机制造：

　　GE航空的Inconel 718高压涡轮盘榫槽加工

　　罗罗Trent发动机钛合金机匣精密铣削

　　领域：

　　潜艇螺旋桨特种青铜修整刀具

　　装甲钢复合装甲钻孔加工

　　医疗器械：

　　钴铬合金人工关节精密铣削

　　手术不锈钢器械冲压模具

　　九、使用注意事项

　　热处理关键点：

　　奥氏体化温度超过1230°C会导致晶粒粗化

　　必须采用三次回火制度

　　刀具应用：

　　推荐切削速度比常规高速钢提高30-40%

　　加工高温合金需采用高压冷却（70-100bar）

　　磨削控制：

　　避免砂轮堵塞导致烧伤

　　每行程进给量≤0.015mm

　　防腐蚀管理：

　　长期停机需涂VCI防锈剂

　　避免与铜合金接触存放