CPM Rex 121高速钢 用途及特性深度解析
1. 基本概述
CPM Rex 121（Crucible Particle Metallurgy Rex121）是美国Crucible Industries采用 粉末冶金（PM）工艺 开发的超高硬度、超高红硬性高速钢，属于 高碳-高钴-高钒 的工具钢（ASTM Class T）。其设计目标是在极端高温和耐磨工况下保持切削性能，广泛应用于航空航天、精密模具及超硬材料加工。
美国Crucible熔炉斯伯CPMRex121粉末工具钢CPMRex121标准
CPMRex121化学成分
碳C：3.4
钨W：10.5
钼Mo：5.5
钒V：9.5
钴Co：9.5
(2) 力学性能（热处理后）
硬度：HRC 67-70（行业水平，接近硬质合金）。
抗弯强度：2800-3200 MPa（需注意高硬度带来的脆性）。
冲击韧性：8-12 J/cm²（低于CPM M4，需谨慎设计工具几何形状）。
红硬性：700°C时硬度≥HRC 60（目前高速钢中高水平）。
(3) 物理性能
密度：8.3 g/cm³
热膨胀系数：10.8×10⁻⁶/°C（20-600°C）
热导率：20 W/(m·K)（低于CPM M4，需加强冷却设计）。
(4) 耐磨性对比（ASTM G65测试）
材料体积磨损量（mm³）相对耐磨性（M2=1）
CPM Rex 1210.058.0×
CPM M40.123.5×
M2高速钢0.421.0×
硬质合金YG80.0312.0×
3. 典型应用领域
(1) 极端切削工具
镍基合金车刀：切削速度可达150m/min（传统M42仅80m/min）。
钛合金铣刀：加工Ti-6Al-4V时寿命提高400%。
(2) 精密模具
玻璃纤维注塑模：寿命＞100万次（普通H13钢仅20万次）。
冲压碳纤维模具：刃口无崩裂，尺寸稳定性＜0.001mm/1000次。
(3) 特种耐磨部件
石油钻探导向块：在含石英砂地层中寿命＞2000小时。
半导体切割刀：硅片切割崩边率＜0.1%。
4. 热处理工艺
(1) 标准热处理（需严格控温）
预热：850°C × 30min + 1050°C ×30min（阶梯式，防止开裂）。
奥氏体化：1220-1240°C × 10-15min（超高温溶解碳化物）。
淬火：高压气淬（冷却速率＞80°C/s）或盐浴淬火。
回火：560-580°C × 2h × 3次（每次硬度上升1-2 HRC）。
(2) 深冷处理优化
-196°C液氮处理 × 24h：残余奥氏体＜1%，尺寸稳定性提升40%。
(3) 表面强化方案
PVD AlTiN涂层：表面硬度HV 3500，耐热性达1000°C。
激光熔覆WC-Co：局部耐磨性接近硬质合金。
5. 与竞品对比
特性CPM Rex 121CPM M4硬质合金YG8ASP 60
硬度（HRC）67-7063-6589-91（HRA）65-67
红硬性（700°C）HRC 60HRC 55HRC 80HRC 58
耐磨性指数8.0×（vs M2）3.5×12.0×4.5×
韧性（J/cm²）8-1215-204-610-14
选材逻辑：
极端高温+耐磨 → CPM Rex 121（替代硬质合金的轻量化方案）
平衡耐磨与韧性 → CPM M4
超硬需求 → 硬质合金（牺牲可加工性）
6. 加工与焊接要点
机加工挑战：
粗加工：需使用CBN刀具，切削速度20-30m/min。
精磨：金刚石砂轮，进给量＜0.002mm/pass（避免热裂纹）。
焊接限制：
激光焊（预热400°C），焊后需立即退火。
相关标准：
AMS 5993（航空材料规范）
ISO 4957（工具钢）
7. 材料创新方向
纳米复合涂层：通过HiPIMS技术沉积TiAlSiN，摩擦系数降至0.05。
增材制造：SLM成型后HIP致密化，相对密度＞99.9%。
CPM Rex 121是 高速钢中的“性能天花板”，其 超高硬度（HRC70）和红硬性（700°C） 使其在 高温合金加工、超硬材料切削领域无可替代。脆性较高，但通过优化几何设计、精密热处理和表面工程，可充分发挥其性能优势。
