在高速钢中添加硼元素来部分代替昂贵的金属元素,从而获得高硼高速钢材料,具有成本低廉、易于加工和良好的耐磨性等特点,在工业生产中,可部分替代高铬铸铁和传统的高速钢等材料。本文设计了六组不同成分的高硼高速钢,对高硼高速钢铸态和热处理态组织、性能以及高温抗氧化性能进行深入的研究。首先,借助金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射分析仪、洛氏硬度计对高硼高速钢铸态和热处理后的组织及性能进行了研究,结果表明:1)高硼高速钢铸态组织由珠光体或马氏体与共晶硼碳化物组成,当铝含量不变时,随着硼含量的增加,M₂（B,C）由网状转变为块状和菊花网状分布在基体上;淬火后,M₂（B,C）出现断网,并有细小颗粒生成,硬度达到60HRC以上;当硼含量不变时,铝含量逐渐增加,将促使基体中铁素体的增加,使得淬火后硬度显著下降;当铝含量在1.0wt.%,硼含量在1.0².0wt.%范围内,淬火温度为1050℃时,可获得具有高硬度和良好韧性配合的合金。2)合金回火组织由马氏体和共晶硼碳化物组成,当回火温度低于500℃,回火组织与淬火组织区别不大,硼碳化物略为减少。回火温度超过500℃时,共晶相组织恢复网状结构,基体晶粒等轴趋势变得较为明显,晶粒的晶粒度逐渐变的均匀。当回火温度为550℃时,共晶组织进一步增大。当回火温度为600℃时,由于回火温度过高,造成组织明显长大且粗化。其次,借助M-200环块磨损试验机对上述试验条件下的热处理后试样进行磨损试验,结果表明:当淬火温度为1050℃时,回火温度为500℃时的2#试样耐磨性最佳,磨损量最小。最后,对不同成分的高硼高速钢进行高温循环氧化试验,试验结果发现:1)不同B含量高硼高速钢经过650℃/250h和800℃/250h循环氧化后,氧化增重曲线都符合抛物线的规律,但是氧化温度的升高,会进一步促进高温氧化反应的进行,各试样表面氧化膜没有出现明显的剥落迹象。随着硼元素的增加,提高了高硼高速钢的高温抗氧化性能。3.0 wt.%B高硼高速钢的氧化膜最薄并表现出了最优的抗氧化性能。硼元素氧化形成B₂O₃,其主要富集于氧化膜与基体界面的结合处,高温下B₂O₃在氧化膜内具有较强的流动性,可填补裂纹和孔洞,与SiO₂结合形成B₂O₃-SiO₂硼硅酸盐,且随着硼含量的增加,可生成更多富B₂O₃的B₂O₃-SiO₂硼硅酸盐氧化层,更有利于其在氧化膜中的铺展,从而能够显著提高高硼高速钢的抗氧化性。2)不同Al含量高硼高速钢经过650℃/250h和800℃/250h循环氧化后,氧化增重曲线符合抛物线规律,氧化温度升高,会促进高温氧化反应的发生。6#无铝高硼高速钢氧化膜厚度最厚,且存在开裂和剥落现象。随着Al含量的增加,氧化膜开裂和剥落的现象逐渐消失。Al元素的添加提高了高硼高速钢的高温抗氧化性能。5#含Al2.0 wt.%的高硼高速钢氧化膜最薄并表现出了最优的抗氧化性能。Al氧化形成Al₂O₃,Al₂O₃氧化层结构致密,可有效阻碍离子的扩散。同时作为典型的n型向内生长的氧化膜Al₂O₃,可与p型向外生长的Cr₂O₃氧化膜紧密的结合在一起。且Al含量越多越有利于两种氧化膜的结合,从而能够显著提高高硼高速钢的抗氧化性。