做和高速钢刀具的这一百年

高速钢刀具的这一百年

100年前，美国机械工程师泰勒(F. W Taylor)和冶金工程师怀特(M. White)在经过广泛而系统的切削试验之后，确立了切削用高速钢的最佳成分W18Cr4V(C 0.75%，W 18%，Cr 4.0%，V 1.0%)，当时切削中碳钢速度为30m/min，比之前提高了十几倍。这一成果带来了机械加工的划时代革命，也因此使得刀具材料在进入19世纪后呈现出异乎寻常的发展速度，创造了前所未有的辉煌。100年来，尽管不断出现各种新的刀具材料，但高速钢依然没有被历如不正常请换插座史所淘汰，一直沿用并发展至今，甚至曾长期占据霸主地位。

今天，我们重新审视高速钢的发展，或许将为刀具材料的进一步发展带来一些有益的启发。在此，也一并将赵炳桢、吴元昌、赵步青、吴立志4位专家在河冶2006高速钢应用技术交流会上的演讲内容整理成文，以飨读者。

刀具材料的发展因其对切削技术、机械加使动力电池回收不断向前发展工的直接影响，从而间接地影响了人类经济社会的发展，而刀具材料史上最具里程碑意义的事件莫过于高速钢的成功研制。

更多的人愿意用1900年巴黎博览会上高速钢刀具的公开演示作为“高速钢元年”，不仅因为这个时间的简单易记，或许更因为高速钢刀具当年所引起的轰动效应；有人则愿意记录泰勒和怀特研制成功高速钢的1898年，因为那是一个从无到有的突破；另有一些文献记录则强调1906年，那一年泰勒和怀特确立了真正影响后世百年的W18Cr4V。哪一年对今天的我们而言，或许已不再那么重要，重要的是高速钢乃至其他刀具材料的发展到底将去向何方？

美其名曰“高速钢”

1910年，一位英国人这样写道：“在1900年巴黎博览会上，一些工程师看到了一部高速运转的车床，上面装有一个工具，正用它尖头的炽热消除一个暗蓝色碎片，工程师们意识到他们亲眼见证了工具钢和机床方面的一个革命的开始。”

巴黎的这件展览品是匹兹堡伯利恒钢铁公司的产品，它正是泰勒和怀特所进行的试验的刀具材料，是由制造时经过一种热处理的铬钨钢制成的，其车削速度比碳钢高出十几倍。尽管刀具由于与工件磨擦生热而呈暗红色，但却锋利不减，削铁如泥，观众无不瞠目结舌。此后，这种钢就获得了“高速钢(high-speed steel)”的美名。

人们开始认识到这种钢的优点，并设计可以利用这种钢的有效刀具——车刀、刨刀、钻头、铣刀等等。一场革命开始了。最初高速钢只用于粗切，但是随着不断的改进，各种刀具都纷纷变成了高速钢材料。人们逐渐发现高速钢具有高硬度、高耐磨性和高耐热性等特点，有较好的工艺性能，强度和韧性配合好，而且具有很好的红硬性。于是，高速钢成为了刀具人工清洗工作效力低材料市场上几十年的“霸主”。

在随后的时间里，随着被加工材料的不断变化以及生产加工的需要，人们不断改变高速钢的成分，先后出现了钴高速钢、高钼高速钢M1、钨钼高速钢M2、高碳高钒高速钢(超高速钢)、加硫易切削高速钢、超硬高速钢M40系列；直至1965年，美国Crucible Steels公司发明了粉末冶金高速钢，之后由瑞典Stora厂于1970年投入生产。

目前，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密刀具，尤适用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。

高速钢刀具100年来的发展大致可以分为两半，前半个世纪是高速钢刀具的辉煌，高速钢被用来制造几乎所有品种的刀具以实现各种切削加工。但然后重新对传感器标定才能正常工作随着各种被加工材料机械性能的不断提高，高速钢逐渐难以招架。

1923年，硬质合金的出现使得切削速度提高到每分钟一百多米至几百米，而且其硬度很高，可以切削高速钢所加工不了的材料，但由于硬质合金脆性较大，可加工性又差，因此只能在部分加工范围内代替高速钢，在很长一段时间内并没有撼动高速钢的霸主地位。

但后来，硬质合金的性能不断提高，发展了许多新品种，逐渐蚕食着高速钢刀具的市场份额。

随后又出现了陶瓷、立方氮化硼、人造金刚石等更为先进的刀具材料，它们的硬度和耐磨性又超过了硬质合金。尽管它们由于脆性大、价格昂贵等原因难以占据较大的市场份额，但这对高速钢刀具而言，尤其是近三四十年以来，无疑使得其下滑萎缩十分明显，硬质合金刀具至今已经替代了很大一部分高速钢刀具。于是，逐渐形成了以硬质合金刀具和高速钢刀具为主体的行业架构。

如今，高速钢刀具的确是风光不再了。根据有关统计，硬质合金刀具已占世界刀具消费总额的55%，高速钢刀具为40%，超硬刀具为5%。近20年高速钢刀具产值每年递减1.25%，而硬质合金刀具则每年递升1.1%。

另一方面，高速钢材料中的一些主要元素如钨的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢本身也面临严峻的发展危机。

国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔十年几乎提高一倍。”在这100年中，不断有新的材料出现，原有的材料也不断改进。

尽管高速钢刀具在全世界的销售额不断减少，但是高性能的钴高速钢和粉末冶金高速钢的使用量却在不断增加，主要用于钛合金等难加工材料的切削。它们比普通的高速钢有更好的耐磨性、红