S10-4-3-1-0高速钢表面渗氮技术的硬度与耐磨性研究

S10-4-3-10高速钢（超高碳高钒高速钢）技术解析

材料基本概况

S10-4-3-10高速钢是一种超高碳高钒含钴型高速钢，代号M42（AISI），属于高性能工具钢的顶级产品系列，专为解决极端加工难题而研发。

德国S10-4-3-1-0高速钢产品用途：用于大型自动流水生产绕及较高寿命之工具，拥有良好的切割性能的高速工具钢，特别适合承受震动和冲击荷载的工具、深拉工具。

执行标准：DIN EN4957-2000

S10-4-3-1-0化学成分：

C碳:1.35～1.45

Si硅:≤0.40

Mn锰:≤0.40

Cr铬:3.70～4.40

W钨:8.40～9.10

V钒:3.20～3.60

Mo钼:3.40～3.80

Co钴：10.50～11.50

P磷:≤0.03

S硫:≤0.03

核心物理性能

️密度：8.3 g/cm³

️热膨胀系数：11.5×10⁻⁶/K (20-600℃)

️导热系数：24.5 W/(m·K)

️弹性模量：215 GPa

️磁性：弱磁性

热处理规范

淬火处理

️阶梯预热：450℃ + 850℃（防止热冲击）

️奥氏体化温度：1170-1190℃（精准控温±5℃）

️保温时间：按有效厚度0.4-0.6min/mm计算

️冷却介质：高速循环气淬或分级淬火

️淬火硬度：66-68 HRC

回火处理

️回火曲线：540℃×2h×3次（空冷至室温）

️二次硬化峰值：出现在第二次回火后

️最终硬度：65-67 HRC

️红硬性：600℃时保持62 HRC

五大核心特性

1. 极优的切削性能

切削速度可比普通高速钢提高30%

刀具寿命延长3-5倍

特别适合断续切削

2. 突出的韧性表现

冲击值达18-22 J/cm²

抗崩刃性优异

抗疲劳性能突出

3. 良好的耐磨性

碳化物含量12-15%

显微硬度2800-3000 HV

摩擦系数0.3-0.4

4. 优异的热处理特性

淬透性好（临界直径80-100mm）

变形率<0.1%

尺寸稳定性高

5. 综合性价比高

成本低于高钴钢种

加工性能优良

使用寿命长

典型应用领域

切削工具制造

强力铣刀（特别是螺旋铣刀）

重型车刀

深孔钻（长径比>10）

螺纹刀具

模具领域

精密冷冲模

冷挤模芯

精锻模

塑料成型模

特殊零件

高负荷轴承

精密轴套

耐磨导柱

加工性能指南

锻造工艺

️加热温度：1100-1150℃（均匀透热）

️始锻温度：1050-1100℃

️终锻温度：≥900℃

️冷却方式：砂冷或炉冷

热处理工艺控制

️脱碳防护：盐浴或保护气氛

️温度均匀性：±5℃控制精度

️淬火冷却：控制Ms点以上冷却速度

磨削加工要点

️砂轮选择：WA或DA砂轮（粒度80-120）

️磨削参数：

线速度：25-30 m/s

进给量：0.005-0.01mm/pass

冷却液：高效磨削液

技术指标对比

性能S10-4-3-10M2高速钢硬质合金

硬度(HRC)65-6763-6588-93

抗弯强度(GPa)4.0-4.53.5-4.01.5-2.5

冲击韧性(J/cm²)18-2212-153-5

最高使用温度(℃)600550800

使用技术规范

️切削参数推荐：

加工钢材：120-180 m/min

铸铁加工：150-220 m/min

进给量：0.1-0.3 mm/r

️模具应用规范：

预硬处理：600-620℃

工作温度：≤450℃

维护周期：每10000次检查

️失效预防措施：

避免局部过热

定期刃口处理

控制接触应力

质量控制标准

符合GB/T 9943-2013

等效ASTM A600 M42

微观组织：≤2级

碳化物不均匀度：≤3级

纯净度：A类夹杂≤1.0级

表面处理方案

推荐涂层工艺

️PVD涂层：

TiAlN：3-5μm（耐温900℃）

AlCrN：2-4μm（高硬度）

️CVD涂层：

TiCN+Al₂O₃：8-12μm

处理温度：900-1000℃

️复合处理：

离子渗氮+PVD复合

渗层厚度：0.1-0.15mm

S10-4-3-10高速钢凭借其优异的综合性能，在重型切削、精密模具等领域展现出卓越的性能表现，特别适合要求高韧性同时需要良好耐磨性的应用场景。