粉末冶金高速钢

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1 前言
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。
8 s9 a" \  k9 v8 E% j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。
2 粉末冶金高速钢的优点
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
; r; W' M1 Z( g: l' E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。
切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
1 v* L! _; k" Y4 r7 t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。

( q  R! l8 ^. T, E% P图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线

图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
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。
( p1 r9 i, E3 s3 i5 o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。
& G0 E7 j9 D) G1 p3 `* Q7 _刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
# x3 v! [) S8 n% P  T+ }4 |& l# M加硫化切削油。
  M0 x% i6 @, ?' s4 i1 ]刀具磨损曲线如图2所示。
由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
$ n1 q- J5 \% b  r4 国内外情况
9 Z' V0 \5 a0 @( `3 F( S7 |- N20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(%)
" F! r7 Z9 ?( R/ q" @牌号
1 E, F0 h  G6 O0 PC
Cr
- u& g) f! `3 ~Mo
4 J, T3 F3 e2 R% ^W
0 s5 V  q: f# fCo
0 a0 F! k4 [+ `" o3 cV
Nb
ASP2005
1.50
2 S2 V2 z# L) f5 I9 F4.00
1 @. j: |6 |& m; T! S2.50
2.50
-
. v, E+ n4 T+ Q+ n4 {4.00
% u$ A7 T6 ~; z- j-
ASP2015
1.55
9 t, F) k& n9 |, Q# X4 y4.00
) [5 V* T9 s8 I' R-
3 ~2 X1 ]- p* ?& G8 o, `3 m* @' ~12.00
+ ?8 @0 c* N" X' H( _( s8 T5.00
" Y4 }, B! {7 ]2 C, B, i+ U9 a5.00
-
ASP2017
0.80
" x! g" j% C) R1 V4.00
$ U- i& t  _: }- b5.00
) U& v! i; K4 P6 ]6.40
-
8 Y$ a& B) O& n& S. Q: |3.10
$ s' l0 s- r4 p# E-
0 c* i# Q1 |; y0 v: K9 ]! _ASP2023
% d& x4 o6 o; g7 e5 C( e% p/ w1.28
4.20
' |; J1 Y9 |9 E- [1 f5 _5.00
6.40
3 `) S. `7 n8 `  q-
* o+ f4 D* S- x$ x5 z7 l5 m, w3.10
-
2 y7 c1 ^1 F+ Z8 W5 W/ b2 hASP2030
5 G! h6 A9 f5 `! J9 T6 k1.28
4.20
8 p" b+ t% b  H, t: [4 G, c! |' n5.00
' R) Y- p, }9 D$ j0 w5 J6.40
. |  N; I  Y2 p1 ?# h8.50
, z: t: G3 k- ?2 e' H3.10
1 {/ ^2 r9 K1 b- V-
( s( q' `# d  J; GASP2052
5 ?: B- O* o; S8 T3 w! ~2 g! x1.60
* `5 m6 p6 ]& _1 `8 B7 F% T* R+ h4.80
& k) y5 c" ^+ }" M( V; H5 |) m8 ]2.00
10.50
: k& \6 t4 Y% `+ C/ ^$ y8.00
5.00
-
ASP2053
2.45
4.20
3.10
4.20
: X* i: a. f1 J4 X" `2 @-
7.90
-
ASP2060
' b  Z2 m4 e- F2.30
4.20
. ?7 v; W% C( s5 O$ H7.00
6.50
10.50
7 O8 u" m& M: S5 ]. S  h6.50
-
& O4 ?" p/ H, M5 B  {/ y/ t, J0 ?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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