粉末冶金高速钢

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1 前言
1 c4 F0 ]5 Y0 d  I5 T9 ^' v普通高速钢和高性能高速钢都是用熔炼方法制造的，它们经过冶炼、铸锭和锻轧等工艺制成刀具，熔炼高速钢容易出现的严重问题是碳化物偏析。硬而脆的碳化物在高速钢中分布不均匀，且晶粒粗大(可达几十个微米)，对高速钢刀具的耐磨性、韧性及切削性能产生不利影响。
粉末冶金高速钢的制造过程是：将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压气体(氩气或氮气)喷射使之雾化，再急冷而得到细小均匀的结晶组织(粉末)。上述过程亦可用高压水水喷雾化形成粉末。再将所得的粉末在高温(约1100℃)、高压(约100MPa)下压制成刀坯，或先制成钢坯再经过锻造、轧制成刀具形状。
5 C0 C6 u' X6 x, E2 粉末冶金高速钢的优点
3 n6 `3 M, _4 o' k2 |粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，不论刀具截面尺寸有多大，其碳化物分布均为1级，碳化物晶粒尺寸在2～3μm以下。因此，粉末冶金高速钢的抗弯强度与韧性得以提高，一般比熔炼高速钢高出20～50％。它适用于制造承受冲击载荷的刀具，如铣刀、插齿刀、刨刀以及小截面、薄刃刀具。在化学成分相同的情况下，与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢的常温硬度能提高1～1.5HRC，高温硬度(550℃～600℃)提高尤为显著，故粉末冶金高速钢刀具的耐用度较高。由于碳化物细小均匀，粉末冶金高速钢的可磨削性能较好，含钒5％时其可磨削性能相当于含钒2％的熔炼高速钢，故粉冶高速钢中允许适当提高钒含量，且便于制造刃型复杂的刀具。粉冶高速钢的热处理变形亦较小。
3 粉末冶金高速钢的切削试验
作者用粉末冶金高速钢GF3制成车刀，在相同的切削条件下与普通高速钢W18Cr4V及熔炼高性能高速钢Co5Si，V3N进行切削对比。
) \/ [: F9 R: m- N# E切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
刀具几何参数：go=20°，kr=75°，kr′=l5°，be=1mm。
刀具磨损曲线如图1所示。

7 U% G" H6 P5 n; F+ X$ {' y图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线
3 V0 K1 e. x) U0 ]
图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
+ e1 k% f8 k$ [) G8 s! i由图1可以看出，粉末冶金高速钢GF3的耐磨性不仅高出普通高速钢W18Cr4V甚多，且高于熔炼高性能高速钢Co5Si与V3N。
作者又用GF3制成拉制膛线的拉刀，在相同切削条件下，与Co5Si拉刀进行切削对比。工件材料为高强度钢38CrNi3MoVA，HRC36。
切削用量：v=12m/min，ap==6.2mm,f=0.025mm/双行程。
刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
+ z: r8 t( t* k; C  b; N0 K加硫化切削油。
刀具磨损曲线如图2所示。
4 C$ A0 g9 W3 r2 g, g! S+ H: _- n由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
) f6 u5 [/ M: F4 b4 国内外情况
20世纪70年代初，国外已有粉末冶金高速钢刀具商品。20余年来发展较快，在高速钢刀具材料中已占有一定份额。以ERASTEEL，国际工业集团(瑞典与法国为主)为例，它的各种高速钢产品的总和在世界高速钢市场中占有30％的份额。它的高速钢产品中，熔炼高速钢有20个牌号，粉末冶金高速钢有8个牌号。后者称为ASP2000系列，其钢号与化学成分见表1。。
表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
3 c. D, {; ?- y( V" Q2 A5 P牌号
6 q1 [! x$ K0 _0 B2 [/ KC
Cr
% j' H; n, ^" M# o3 NMo
W
. a# \' p  F4 |# H2 E/ BCo
) u# M, R- C6 j; N" mV
Nb
ASP2005
1.50
4.00
  X. c* a* P7 S7 b2.50
2.50
-
4.00
-
ASP2015
: ^& I+ J& S3 E: x) x$ @( D/ k1.55
4.00
-
12.00
5.00
. |# ?( U5 ?6 h5 {- T8 Q/ z5.00
-
) [/ g3 V  ^! C# b1 P  MASP2017
) i# u% u  i5 c2 O1 ]) q2 [; i; V0.80
" K- h( r5 d6 g" [/ {5 u2 l4.00
* ]( Q) m/ e/ l" C) p1 ^4 o5.00
6.40
-
3.10
" J+ P0 i/ ~5 i& [. o1 R-
ASP2023
1.28
' |6 r, ]/ O  e7 k4 c4.20
5.00
6 j1 P! A+ C5 p1 n+ ~& y8 v+ ^! j/ j2 F6.40
-
' l$ Q8 ]: j8 b) c: }9 I& P9 q7 ]4 g3.10
. p  b# G- S( p; f3 ?1 O3 H-
ASP2030
1.28
4.20
5.00
6.40
8.50
3.10
-
' o1 E! e/ e- d5 h( L$ _0 y! zASP2052
1.60
) j% {  x6 ?$ `9 ?. |, \4.80
2.00
10.50
8.00
1 [8 }% }1 k7 D5.00
. H4 ^# Y4 \3 V; H0 N- A" j-
4 m: }' o8 _( j% o0 S% |4 v  v5 W! D% aASP2053
2.45
# p% v  l& L, v2 m" [2 G4.20
3.10
4.20
-
7.90
-
ASP2060
3 Q3 p* m# f  v: z& I9 u4 M2.30
' K" W; Q4 [1 r" m4.20
- g: q- l8 |5 k: h5 C+ |7.00
6.50
10.50
6.50
# _% H  C/ U9 r, `# L-
* Y$ ?! H& B9 g1 B; n: `" y% o9 c5 B我国自20世纪70年代中期以来，亦对粉末冶金高速钢进行了研制。如冶金工业部钢铁研究总院有粉末冶金高速钢FW12Cr4V5(牌号为FT15)和FWl0Mo5Cr4V2Co12(FR71)，北京工具研究所有水雾化的W18Cr4V(GF1)、W6Mo5Cr4V2(GF2)、W10.5Mo5Cr4V3Co9(GF3)。上海材料研究所有粉末冶金高速钢W18Cr4V(PT1)和W12Mo3Cr4V3N(PVN)，机械性能和切削性能俱佳，在加工高强度钢、高温合金，钛合金和其他难加工材料中，发挥了优越性。但是，近年来．我国因市场、效益等因素的困扰，粉末冶金高速钢的研制和生产，一度陷于停顿。随着经济形势的改变，相信粉末冶金高速钢在国内将大有发展前景。
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