高速鋼是一種高合金工具鋼，高速鋼自問(wèn)世以來(lái)，一直是以制造金屬切削刀具而著稱(chēng)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，高速鋼的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。從60年代開(kāi)始，日本以汽車(chē)、自行車(chē)工業(yè)為中心，試用高速鋼做模具取得成功，現(xiàn)在生產(chǎn)的高速鋼約有15%用于制造模具。高速鋼主要是用來(lái)制造冷擠壓模具及冷墩壓模具，特別是Mo系高速鋼比W系高速鋼韌性更加優(yōu)越。高速鋼用于模具的主要工藝難點(diǎn)在于熱處理技術(shù)的掌握。目前我國(guó)使用最廣泛的高速鋼是鎢系W18Cr4V（簡(jiǎn)稱(chēng)18-4-1）鋼和鎢鉬系W6Mo5Cr4V2（簡(jiǎn)稱(chēng)6-5-4-2）鋼。這兩種鋼的傳統(tǒng)淬火回火工藝特點(diǎn)是：高溫淬火后需在一次硬化范圍內(nèi)回火三次，以獲得高硬度和熱硬性，工藝規(guī)范如下表所示。主要缺點(diǎn)是在某些場(chǎng)所硬度不足。為了改善模具強(qiáng)韌性，近年來(lái)高速鋼的傳統(tǒng)淬火回火工藝也發(fā)生了變革。
高速鋼常用熱處理規(guī)范
鋼號(hào)                                  淬火加熱溫度范圍（℃）          回火規(guī)范  
切削刀具      冷作模具  
W18Cr4V                      1240-1310      1240-1250              560℃×1h×3次  
W6Mo5Cr4V2              1200-1250      1180-1200              560℃×1h×3次
深冷處理法原理及工藝過(guò)程
高速鋼的冷處理是在三十年代后期提出的，按傳統(tǒng)概念，冷處理的目的是將淬火鋼件冷卻到零下（一般為-60℃――-70℃），使鋼內(nèi)的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。過(guò)去工業(yè)上采用高速鋼冷處理主要應(yīng)用于縮短熱處理生產(chǎn)周期，即用淬火  冷處理  一次回火來(lái)代替處理方法[2]，即在-100℃―  -196℃（液氮）處理淬火零件，其后在400℃回火一次，不必需原來(lái)2―3次的重復(fù)回火。經(jīng)深冷處理后零件的硬度和耐磨性進(jìn)一步改善，耐磨性可提高40%，既縮短回火時(shí)間，節(jié)省了能量，又明顯提高了模具使用壽命。20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)深冷處理的研究工作卓有成效，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本等國(guó)均已成功利用深冷處理提高工模具的使用壽命、工件的耐磨性及尺寸穩(wěn)定性。
深冷處理后的組織轉(zhuǎn)變。
經(jīng)深冷處理的淬火高速鋼不但引起了奧氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)也引起了馬氏體轉(zhuǎn)變。過(guò)去幾十年來(lái)強(qiáng)調(diào)的是殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體分解這一新發(fā)現(xiàn)可以看作近年來(lái)高速鋼深冷處理研究的新進(jìn)展。
高速鋼種的馬氏體最終轉(zhuǎn)變點(diǎn)Mf非常低，例如W18Cr4V鋼的Mf點(diǎn)約-100℃，因此淬火冷卻到室溫會(huì)殘留大量的奧氏體，一般認(rèn)為鋼中殘留較多的奧氏體是有害的，會(huì)降低鋼的硬度、耐磨性及使用壽命，還使許多物理性能特別是熱性能和磁性下降。試驗(yàn)證明：采用深冷處理可使鋼中殘留奧氏體降至最低極限，由下表可以看出W18Cr4V高速鋼經(jīng)淬火、回火后，深冷處理可以使回火后的殘留奧氏體量降低24%。
不同處理工藝對(duì)W18Cr4V鋼殘留奧氏體的影響（體積百分?jǐn)?shù)%）  
熱處理工藝                                            殘留奧氏體AR  
1280℃淬火  500℃×1h×3次回火              10  
-196℃深冷處理                                              7.6
前蘇聯(lián)列寧格勒工業(yè)大學(xué)研究了-196℃液氮中15min的深冷處理對(duì)高速鋼轉(zhuǎn)變的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，-70℃――-75℃到-130℃――  -140℃范圍內(nèi)進(jìn)行深冷處理時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)冷卻到-196℃時(shí)轉(zhuǎn)變停滯。在-90℃――-120℃溫度范圍內(nèi)，出現(xiàn)試樣容積的見(jiàn)效，這證明馬氏體已部分分解并在位錯(cuò)面上析出了碳原子和形成了超顯微碳化物?？梢?jiàn)，社冷處理使高速鋼析出碳化物的顆粒明顯增多，且彌散均勻，W18Cr4V鋼經(jīng)深冷處理后碳化物顆粒約增加8%，W6Mo5Cr4V2鋼析出的碳化物顆粒約增加76%，基體組織亦明顯細(xì)化?？煽闯錾罾涮幚砗竽＞叩南鄬?duì)耐磨性提高40%，延長(zhǎng)深冷處理時(shí)間后，在硬度沒(méi)有太大變化的情況下，相對(duì)耐磨性有所增大。
高速鋼模具深冷處理工藝過(guò)程
為防止高速鋼模具（特別是形狀復(fù)雜的模具）在深冷處理中發(fā)生斷裂和變脆，建議淬火后的高速鋼模具在560℃回火1h再進(jìn)行液氮深冷處理，然后在400℃進(jìn)行最終回火30-60min，這種熱處理工藝不但可以防止模具斷裂和脆化，而且可以提高模具壽命1.5―2倍。