美国M51钴钼钨系高速钢的具体化学成分（质量分数%）如下：

|元素|含量范围|

|--|--|

|碳（C）|1.00 - 1.10|

|硅（Si）|≤0.45|

|锰（Mn）|≤0.40|

|磷（P）|≤0.030|

|硫（S）|≤0.030|

|铬（Cr）|3.75 - 4.25|

|钼（Mo）|9.00 - 10.00|

|钨（W）|1.50 - 2.00|

|钒（V）|1.75 - 2.25|

|钴（Co）|7.75 - 8.75|

以下是对这些化学成分作用的简要介绍：

### 碳（C）

碳是高速钢中重要的强化元素。在M51高速钢中，适量的碳含量（1.00 - 1.10%）与合金元素形成各种碳化物，如碳化钨（WC）、碳化钼（$Mo_2C$）、碳化钒（VC）等。这些碳化物硬度极高，能够显著提高钢的硬度、耐磨性和红硬性。例如，在高速切削过程中，刀具刃口部位承受巨大的压力和摩擦力，碳化物能够抵抗磨损，保持刀具的锋利度，延长刀具的使用寿命。

### 铬（Cr）

铬在M51高速钢中的含量为3.75 - 4.25%。铬能显著提高钢的淬透性，使得钢材在淬火过程中能够更充分地形成马氏体组织，从而提高钢的硬度和强度。同时，铬还具有良好的抗氧化性，在钢材表面形成致密的氧化膜，防止钢材在加热和使用过程中被氧化。例如，在高温环境下工作的模具，含铬的高速钢能够抵抗氧化作用，保持模具的尺寸精度和表面质量。

### 钼（Mo）

钼在M51高速钢中的含量为9.00 - 10.00%。钼在钢中形成钼系碳化物，进一步提高钢的硬度和耐磨性。钼还能降低钢的过热敏感性，使钢材在加热过程中不易产生过热组织，保证钢材的性能稳定性。此外，钼能提高钢的淬透性和回火稳定性，促进二次硬化现象的发生，使钢在较高温度下仍能保持高硬度。例如，在制造热作模具时，钼的加入可以使模具在高温下保持良好的强度和硬度，抵抗热疲劳和磨损。

### 钨（W）

钨在M51高速钢中的含量为1.50 - 2.00%。钨主要形成碳化钨（WC），WC具有极高的硬度和红硬性，能够有效提高钢的耐磨性和在高温下的切削性能。在高温切削时，WC能抵抗刀具的磨损和变形，保持切削刃的锋利度。同时，钨还能细化晶粒，增强钢的韧性和热稳定性。例如，在加工高强度合金钢等难加工材料时，含钨的高速钢刀具能够在高温下保持良好的切削性能。

### 钒（V）

钒在M51高速钢中的含量为1.75 - 2.25%。钒是强碳化物形成元素，形成的碳化钒（VC）细小且弥散分布在钢中。VC硬度极高，能显著提高钢的切削性能和抗磨损能力。同时，钒还能细化晶粒，改善钢的韧性和强度。例如，在制造高精度刀具时，含钒的高速钢能够提供更好的切削性能和刀具寿命。

### 钴（Co）

钴在M51高速钢中的含量为7.75 - 8.75%。钴能使钢在高温下晶格结构更稳定，减缓软化速度，使刀具在高速切削时仍保持高硬度和强度，提高刀具的切削效率和使用寿命。例如，在航空航天领域加工高温合金等难加工材料时，含钴的高速钢刀具能够在高速切削条件下保持良好的切削性能。

### 其他元素

- **硅（Si）**：常作为脱氧剂加入钢中，在一定程度上能提高钢的强度和硬度。但含量过高可能会降低钢的韧性和塑性，因此需要控制其含量在较低水平（≤0.45%）。  

- **锰（Mn）**：能提高钢的淬透性，对钢的强度和韧性有一定的影响。但过量的锰可能会导致钢的过热敏感性增加，因此其含量也需要适当控制（≤0.40%）。

- **磷（P）和硫（S）**：在钢中属于有害杂质元素。磷会降低钢的韧性和塑性，使钢在低温下变脆；硫会使钢产生热脆现象，影响钢的加工性能和质量。因此，需要严格控制磷和硫的含量（P≤0.030%，S≤0.030%）。