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。
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。
! w# q8 u, ~0 f8 h7 ]2 l/ W2 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
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。
$ ?" d9 [7 q8 l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
) e# O/ ~+ |, Y% ]8 K5 E5 g$ o! L2 C
/ A# M3 u* Y7 a* \图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
. z/ n" m- e" \( F6 y$ I! S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。
, U% ]. e6 _$ q# z2 @1 x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。
3 V3 V6 t$ D8 p5 h; B刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
1 d8 K) H2 @! m- @; `1 n, Y加硫化切削油。
8 r, o; _3 v" x! e/ v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。
4 国内外情况
; V4 I( V+ S/ b9 f9 F! 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。。
+ G" l  {2 u, ^  p# N3 t% d  @表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
: M. h$ N6 c6 u( |- n! J! n牌号
C
. m! A" \2 ^- Y9 g5 w8 yCr
3 J: c4 X5 D: |8 ]! jMo
W
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V
; x. U  B6 n/ aNb
ASP2005
+ Z* N* u8 t) Q! ~  X' _# a6 q1.50
4 q( }; y; \( Q& \, @4.00
2.50
9 w8 H5 i) l2 y! O. u2.50
* ^; y: a  Z# `: V, w4 |# c  {$ [-
4.00
-
( c' R8 V- m2 ^ASP2015
1.55
4.00
  u! j; Z" S5 J. o4 r9 e-
12.00
; Q7 ]: o: G2 k) m/ g5.00
5.00
-
4 i/ y  S# q7 K* l9 e! o4 H! m! sASP2017
0.80
9 a2 l  s( c, ]# t4.00
5.00
! D: U/ V/ m% ]5 Y# V9 u6.40
; `+ @  H" S4 Y$ n, c/ }& R-
3.10
-
. G# I% S4 R9 X; `. C8 ?9 d4 p; i# I- VASP2023
1.28
  B* _7 Y' h; K' ]4.20
1 V! Q, q$ f: n" E( K5.00
6.40
' }" J7 C/ X  f. G, i1 ^-
3.10
-
* W7 |' D  Q1 c$ @0 }ASP2030
1.28
; {8 }; x$ H( ^: j4.20
8 C& Z& \6 V7 ]0 d! l  Q; E( k$ R5.00
- F( {5 r  y& G6.40
8.50
: [0 m' ~# N0 R+ }3.10
. c: n$ i' C7 `-
ASP2052
9 g2 v( H! g1 C+ U1 {1.60
) o% N: V- C5 x6 C! l/ |1 O4.80
2.00
! k  r( N) r4 I5 }8 z1 c: |10.50
1 E" E! Q3 V6 G$ p, M5 b+ E8.00
- m* n' k8 v0 R& \' N2 G2 H5.00
+ N4 y7 _* v* k+ M# ]-
ASP2053
! X/ S0 d( a4 K6 g6 F2.45
4.20
" Y3 o! q# R% p% _1 W& _6 j3.10
$ I* s, `! X+ r! l4.20
-
2 L3 `' \) k  K3 A: y5 v: P7.90
-
ASP2060
( u8 o/ }. N: O, j, y: q8 E2.30
2 R& I" Y7 j3 C1 n4.20
; v2 q/ P# R  ^; |7.00
$ Y, x- W* Y' G0 I" Q  R& }$ Z+ s6.50
; \# A& T$ u; @  m3 e* A10.50
6.50
-
9 W# X2 U8 X- I/ D! ?$ \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。
8 G  _3 A6 G3 m; t! y4 F文章关键词： 粉末冶金高速钢