粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用

黎公民

随着汽车、航天、航空、军工、信息技术产业及机械制造业的迅速发展，现代的机械加工越来越追求“高精度、高效率、高可靠性和专业化” 目标，这就需要工具行业提供高切削性能的刀具，为此开发用于制造刀具的优质材料更显得十分重要。
/ e, |( ~( u4 B( d9 _' I$ A9 C4 u粉末冶金高速钢于20 世纪60 年代后期开始研制生产，并在70 年代投入应用。粉末冶金高速钢特殊而先进的冶炼方法是高速钢冶炼的一种创新，它造就了性能介于硬质合金和普通高速钢之间的新钢种，使机械制造加工业的刀具用材有了新的突破。作为一种性能优异的新钢种，粉末冶金高速钢正逐渐被人们认识和接受，在机械加工业中发挥越来越大的作用。
( |. n1 k/ \  E$ c, c1. 粉末冶金高速钢的冶炼特性
- w& h! S+ }4 r" P与普通高速钢的冶炼相比，粉末冶金高速钢的冶炼更具有其特殊性和先进性。普通高速钢通过电弧炉或感应熔炼炉熔炼后，直接将钢液浇注成钢锭，然后再通过锻造、轧制加工成钢材，但由于钢液浇注冷凝成钢锭时，凝固速度十分缓慢，从钢液中析出大量的金属碳化物，形成鱼骨状的莱氏体和团块状的粗大共晶碳化物,并产生碳化物偏析，直接影响到钢的各种力学性能，特别是钢的韧性。
而粉末冶金高速钢的冶炼则不同，经过电弧炉或感应熔炼炉熔化的钢液不是直接浇注成钢锭，而是将熔化的钢液通过喷嘴，喷入到高压氮气流中，钢液被迅速雾化冷却成细小的钢粒，其直径一般小于1 mm。再将这样制成的钢粉装入钢桶，对钢桶抽真空，使桶中钢粉间的空气抽净成真空状态，然后焊合钢桶，再在高温高压下将钢桶中的钢粉压制成形，形成热等静压烧结制备工艺。由此可生产出致密度几乎为100 % 的粉末冶金高速
钢坯料，然后接下来再锻造、轧制成钢材由于粉末冶金在喷雾制粉过程中，钢液冷却速度十分快，避免了普通高速钢铸锭过程中的许多缺陷，雾化的钢液中碳化物来不及聚集长大形成团块状，因此碳化物颗粒细小而均匀，一般为1 ～3μm ( 最大尺寸不超过6μm) ，这就大大提高了钢的强度和韧性。
) }. c4 j# c. a2. 粉末冶金高速钢的性能和特点
, B. K* e) R8 T& W粉末冶金的特殊冶炼方法与普通高速钢相比，具有更优异的性能和特点( 见表1) 。
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$ V* Q/ A- f' n; e& ]* g从表1 中可看出，粉末冶金高速钢性能十分优越,它具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性，以及可加工性好的特点，是一种介于硬质合金和高速钢之间的新材料。由于粉末冶金高速钢制造的刀具的切削性能在所有切削加工领域内全面超越了原来的高速钢，其韧性优于整体硬质合金刀具而越来越受到工具行业的青睐。
3. 粉末冶金高速钢的牌号、成分和常规热处理工艺
粉末冶金高速钢由于冶炼工艺十分复杂，制造成本较高，因此至今世界上只有瑞典、美国、奥地利、法国、日本和俄罗斯等少数发达国家生产。由于粉末冶金用量不多，我国尚未有企业生产粉末冶金高速钢，不过随着机械制造业的发展及国际机械制造业向国内的转移，相信我国粉末冶金的生产将会快速到来。表2 为几个国家的粉末冶金高速钢牌号、成分及热处理工艺。

1 x: K& j* O! e  [' P- z. W4. 粉末冶金高速钢的进展
" a* B) z7 k) ?# q" a* u粉末冶金高速钢自生产以来，由于其制备技术的不断优化和改进，在质量和特性方面不断取得了新进展，已从20 世纪70 年代的第一代，进化到90 年代的第二代，再发展至21 世纪初的第三代。从表3 中我们可了解到三代粉末冶金高速钢的不同制备技术和性能特点。

9 w0 ~( ^- B/ `8 T7 T5. 粉末冶金高速钢的应用
粉末冶金高速钢因具有极佳的韧性和机加工性能、良好的红硬性、较高的抗压强度和高的耐磨性，具有高合金含量、高纯度无偏析、细小的碳化物颗粒和各向同性同质的特点，而得到广泛的应用。它被用作加工钛和铝合金等有色金属的刀具，用作加工齿轮铣刀、滚刀、插齿刀、剃齿刀等刀具, 也可用作侧面铣刀、成形铣刀和拉刀, 也常用于麻花钻、机用丝锥、铰刀等制造。在锯条行业用作带锯双金属钢带，还用作精密冲切工具和冲头冲模的制造、以及其他模具制造。由于粉末冶金价格较贵( 一般是普通高速钢的4 ～8 倍)， 所以考虑成本因素，粉末冶金高速钢通常用于制造精密复杂刀具或数控机床用刀具。
. `. X7 ~- y1 D$ C' F* g$ |) ~粉末冶金高速钢制造的切削刀具性能优于普通高速钢，使用寿命高于普通高速钢( 一般2 ～3 倍)， 在冲击负荷大的切削场合又可替代硬质合金刀具，因此粉末冶金高速钢在工具行业的应用前景十分看好, 越来越受到人们的关注。
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$ `2 W) u  C* e4 `文章关键词： 粉末冶金

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