Les outils de coupe en acier à haute vitesse atteignent une dureté à chaud, une résistance à l'usure et une résistance à la fracture à une dureté de plus de 60 à 67 HRC grâce au durcissement et à la trempe. Les principaux éléments d'alliage sont le carbone, le tungstène, le molybdène, le vanadium et le cobalt. Des teneurs élevées en éléments de formation en carbure conduisent à la formation de carbures résistants à l'usure dans la microstructure.
Les aciers rapides sont des aciers à outils complexes et fortement alliés qui sont principalement utilisés pour la production d’outils de coupe, par exemple des outils de fraisage, des forets, des outils de tournage et des broches, dont l’arête de coupe est soumise à des contraintes d’échauffement et d’usure. L’arête de coupe entre en contact avec le matériau de la pièce sous haute pression dans la coupe continue et interrompue, ce qui exige de l’outil une dureté à chaud élevée, une grande résistance à l’usure, une bonne résistance à l’oxydation et une faible tendance à l’adhérence à mesure que la vitesse de coupe augmente.
Avec des teneurs en carbone comprises entre 0,8 et 1,4 %, des teneurs élevées en éléments carburants entraînent la formation de carbures primaires et eutectiques dans une matrice martensitique à durcissement secondaire.
Les éléments d’alliage les plus importants sont le carbone, le tungstène, le molybdène, le vanadium, le chrome et le cobalt, dont la proportion peut dépasser 30 %. Les aciers rapides peuvent essentiellement être divisés en trois groupes, à savoir les aciers au tungstène, les aciers au molybdène et les aciers au tungstène/molybdène. En augmentant la teneur en carbone et en vanadium, la teneur en carbure a été augmentée et le cobalt améliore la résistance à haute température.
Les éléments d’alliage garantissent une résistance élevée à l’usure et la résistance de la martensite à des températures allant jusqu’à 600 °C. La dureté de service de la martensite est généralement de 60 %. La dureté de service, généralement comprise entre 60 et 67 HRC, est conférée à l’acier rapide, comme à tous les autres aciers à outils, par sa structure de base martensitique et la proportion de carbures durs et résistants à l’usure. La dureté élevée à chaud et la résistance élevée à la chaleur par rapport à l’acier à outils ordinaire sont dues au traitement thermique, généralement une trempe et un revenu multiple à des températures de recuit dans la plage de la trempe secondaire/de la trempe par précipitation (550 à 600 °C).
Grâce à des procédés métallurgiques spéciaux de production d’aciers rapides, tels que la refonte sous laitier électrolytique (nuance ISORAPID de BÖHLER) ou la production métallurgique de poudre (nuance MICROCLEAN de BÖHLER), il est possible d’obtenir des produits hautement alliés, d’une grande pureté et très homogènes, qui se caractérisent par une combinaison optimale de dureté, de résistance à l’usure, de résistance à la rupture et de résistance à la fatigue.
Comparés à d’autres matériaux de coupe tels que le carbure, les céramiques de coupe, le nitrure de bore cubique (CBN) et le diamant polycristallin (PCD), les aciers rapides présentent une résistance à l’usure et une dureté à chaud moindres. Cependant, leur bonne usinabilité à l’état recuit, leur ténacité comparativement bonne à l’état trempé et revenu et leur production plus économique offrent un avantage décisif par rapport aux outils de coupe à forte teneur en matériaux durs (par exemple le carbure), qui ne peuvent être produits que par la métallurgie des poudres. Si les aciers rapides sont en outre protégés par de minces revêtements, ils peuvent même atteindre les performances des matériaux de coupe à dureté élevée. Les revêtements durs déposés par les procédés PVD ou CVD ont fait leurs preuves en tant que revêtements.
Dans de nombreux cas, les aciers rapides spécialement traités thermiquement répondent également aux exigences de nombreuses applications de travail à froid.