粉末冶金高速钢

肯铁轴承

1 前言
# p7 s) ]. c$ T5 X/ I4 C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。
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。
$ n( |( W7 z! Z; H. [* l1 o& R3 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。
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。

图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线
: x5 j3 X% ?2 k' Y( G1 w
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。
9 f" y. L6 ?! u2 H$ b  @+ f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。
  @/ @+ \2 X+ }" v( x* B$ J' A刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
: Z$ O2 R: S2 b* D/ }加硫化切削油。
: \- @+ ^# ~5 N0 X& H2 k刀具磨损曲线如图2所示。
0 Q: N2 L; @/ j/ Y: _* E/ L$ \由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
3 `3 a9 \6 S  e5 x0 `4 国内外情况
0 Q: X3 N: e9 y0 a9 |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 e  l- Q# x2 e, H: u6 B4 R牌号
C
Cr
Mo
W
Co
V
Nb
ASP2005
1.50
4.00
$ i+ \2 W  G4 D0 `* z2.50
8 d7 v1 H5 |( ^9 }+ {7 j2.50
-
9 v9 o6 v, [8 Z' V, A4.00
. R% ^/ i+ ~; x. K2 L  j( r- q-
' x3 ^# i( S+ |ASP2015
# [9 X- O) t; w. R8 P1.55
4.00
/ k6 i; e( y+ ]9 g$ H7 ~" O1 `# U5 v-
12.00
5.00
  y4 F) m( P% l) P, V6 `4 N5.00
, A/ b. ^, w& u1 y! Q-
ASP2017
. ~) r! I+ W2 `# U' w7 Z! l+ I0 J0.80
7 O  g- n1 }) g7 G& w$ v0 B4.00
. H! y( ^7 v1 `1 \5.00
9 `: Q: Y  x6 E: @6.40
-
3.10
$ x; l# }8 g0 T; P; c- M; E-
ASP2023
) U' O- W9 ]7 Y( y% ~, l" ~1.28
4.20
5.00
+ Q& J+ u+ B! z1 _8 Q; X2 ?6.40
5 |. V* j+ M+ q8 `; e-
" ^$ V- r3 d, b) e8 x3 ?5 I3.10
' @1 k8 O, M, M-
& J; B; i1 @' o  W+ o$ b& |ASP2030
+ O) A3 q& T: V4 d1 K1.28
4.20
* x# f# ?9 N' Q  k7 G6 n6 t5.00
6.40
1 m# T- @2 V7 a& R' F$ \% `- y8.50
3.10
7 j! `2 ?- U; {9 p: |, S) {, o0 l" k-
ASP2052
+ J1 [% Y# a8 W9 k# G# V1.60
4.80
; n8 b% h. I* }2.00
10.50
4 \, n! x7 v. e* E) p8.00
& ?. S' p: s: p) H5.00
- {5 \! v5 W9 E8 p; F-
ASP2053
2.45
2 B/ R( w; x6 J7 i0 G( W' p4.20
3.10
4.20
& ^- U( q5 k+ A; q+ K-
' z5 d, c/ W# ~7.90
  l% q# O$ s' e/ L1 y# f-
ASP2060
2.30
4.20
7.00
& F. j0 A: ]  A/ V8 E/ J6.50
, ~7 q7 c# H" F! X' z  S0 K3 W10.50
6.50
) L; e7 e# c: y* M5 [' }-
$ `$ @6 K3 ^' G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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