美国Rex M42钴钼钨系高速钢的化学成分比例是通过综合考虑多个关键因素来确定的，以下是详细的解释：

### 对性能的需求

- **硬度与耐磨性**

    - **碳（C）**：碳含量设定在1.05 - 1.15%。碳是形成碳化物的关键元素，适量的碳与钨、钼、钒等合金元素结合，形成如WC、Mo₂C、VC等多种高硬度碳化物。这些碳化物均匀弥散分布在钢基体中，能显著提高钢的硬度和耐磨性。例如，在高速切削加工中，刀具需要承受极大的摩擦力和切削力，高硬度的碳化物能使刀具保持锋利，减少磨损，延长刀具使用寿命。

    - **钨（W）和钼（Mo）**：钨含量在9.0 - 10.5%，钼含量在4.5 - 5.5%。钨和钼形成的碳化物具有高硬度和高熔点特性，能有效抵抗切削过程中产生的高温，防止刀具因过热而软化。在加工高强度、高硬度材料时，如镍基合金、钛合金等，这种高硬度和高温稳定性尤为重要，可确保刀具在高速切削下仍能保持良好的切削性能。

- **红硬性**

    - **钴（Co）**：钴含量为7.5 - 8.5%。钴能固溶在钢的基体中，强化基体组织，使钢在高温下保持较高的硬度和强度，从而提高钢的红硬性。例如，在航空航天领域加工高温合金部件时，切削过程中产生的高温会使普通刀具迅速软化，而含钴的M42高速钢刀具能在高温下依然保持锋利，保证加工精度和表面质量。

    - **钒（V）**：钒含量在1.15 - 1.35%。钒形成的VC碳化物在淬火和回火过程中会析出，产生二次硬化效果，进一步提高钢的高温硬度。这使得刀具在长时间的高速切削过程中，即使温度升高，也能保持良好的切削性能，减少刀具的磨损和变形。

- **韧性和强度**

    - **钼（Mo）**：钼除了提高硬度和红硬性外，还能细化晶粒。细化的晶粒可以增加钢的韧性和强度，使刀具在承受较大切削力和冲击载荷时不易断裂。例如，在加工一些含有硬质点或断续切削的工件时，刀具需要具备足够的韧性来抵抗冲击，钼元素的存在能满足这一要求。

    - **钒（V）**：钒形成的细小、弥散分布的VC碳化物不仅能提高钢的硬度，还能增强钢的韧性。这些细小的碳化物可以阻碍位错的运动，使钢在变形过程中能够吸收更多的能量，从而提高钢的韧性和抗疲劳性能。

### 加工工艺的要求

- **淬火和回火工艺**

    - **铬（Cr）**：铬含量在3.5 - 4.25%。铬能增加钢的淬透性，使钢在淬火过程中更容易形成马氏体组织，从而提高钢的硬度和强度。同时，铬还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，保证刀具在使用过程中的稳定性和可靠性。在淬火和回火过程中，合理的铬含量可以确保钢获得理想的硬度、强度和韧性组合。

    - **钼（Mo）**：钼有助于提高钢的回火稳定性，减少回火过程中的硬度损失。这使得刀具在经过热处理后，能够在较长时间内保持良好的性能，满足不同加工条件下对刀具性能的要求。

- **冷加工和热加工性能**

    - **硅（Si）和锰（Mn）**：硅含量在0.25 - 0.65%，锰含量在0.25 - 0.45%。硅和锰作为脱氧剂和脱硫剂，可以去除钢中的有害杂质，提高钢的纯净度。适量的硅和锰还能改善钢的冷加工性能和热加工性能，使钢在冷加工（如冷挤压、冷镦等）和热加工（如锻造、轧制等）过程中更容易成型，减少加工过程中的缺陷和裂纹产生。

### 成本与资源的考量

在满足性能要求的前提下，化学成分的选择也会考虑成本和资源的可获取性。某些稀有金属元素虽然可能对钢的性能有一定的提升作用，但由于其稀缺性和高昂的成本，会限制其在大规模生产中的应用。Rex M42高速钢的化学成分比例在保证性能的同时，也兼顾了成本和资源的合理利用，使其在工业生产中具有较高的性价比和广泛的应用前景。例如，钴是一种相对昂贵的金属，但通过合理控制其含量，既能保证钢的性能，又能降低生产成本。