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。
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。
$ r$ i( j. F1 s) B3 粉末冶金高速钢的切削试验
( j2 b* Z3 P6 `% p4 T2 [; ^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。
+ R% }, I/ G2 W7 |! G* u% [$ c刀具几何参数：go=20°，kr=75°，kr′=l5°，be=1mm。
  R6 C- [, [) O( r( S刀具磨损曲线如图1所示。

- K4 {$ G( n* {& w0 F6 U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
' g3 i0 z4 X4 j; I2 g9 M) `% ^; 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。
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。
) d9 X* W! X6 \% S( x7 h+ B# A刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
, N( R5 P5 G. a. W- z5 a1 j加硫化切削油。
8 J4 P2 L5 [* I2 A* W刀具磨损曲线如图2所示。
/ J' E. r& P/ f9 b/ [2 a8 ^9 K( m由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
$ `7 R1 `" T; ?* e" u4 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。。
) h$ [  n7 p8 |9 T表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
牌号
* D( t0 w# ?  E# G2 G+ v  kC
Cr
Mo
0 j: F* \1 d6 v# {7 UW
Co
$ ?% T3 b$ n9 s; jV
Nb
ASP2005
1.50
- n4 l7 {- ~' I" u3 E4.00
$ b- u' z. c0 c. u4 t7 C2.50
* A1 O% |6 k2 F2.50
-
5 A$ x% C+ x3 [4 A* |4.00
-
% u; d3 U0 R+ B/ u3 _* c- OASP2015
1.55
* U0 a6 |* V, d# D4.00
3 P8 a% L/ |" A# v  X4 M-
12.00
5.00
5.00
-
' Q. g& \% M; m2 hASP2017
# K9 h1 m  D- [# z$ t3 k0.80
4.00
5.00
6.40
; v! h. U; G1 ]/ a; ]2 l-
3.10
-
% }* v$ s& O$ g6 v3 B  BASP2023
* R1 u+ D; R9 O  P# D5 u5 F1.28
3 K+ d2 m) h: l1 [8 @) u4 F4.20
4 [1 I- p, z1 Q. ^0 h5.00
6.40
-
3.10
* B! a, P, _7 @8 |0 k+ X$ x. O-
* a1 w7 c0 i7 }: s  [& a9 Z* \ASP2030
  l; Y2 N! U) Q/ H% k6 s1.28
4 ]3 j: |) I2 w1 D2 l+ e4.20
6 `2 C8 Z' h' g3 K. y% c5.00
; L  _0 u" Y- \  K& D6.40
8.50
, Z% F& M2 x6 a8 j- D1 h. @+ m3.10
-
ASP2052
. o' N- M# o) T$ b# v3 {. s1.60
3 Q" o' y  d$ @4.80
* n0 z, H% Q" z- ?  ~: {' R( B3 E2.00
+ O) y( f2 m$ h8 J10.50
8.00
7 ?9 g- K" C# o7 E$ e/ A5.00
-
  f; G+ L( [: h  w8 a; EASP2053
2.45
4.20
3.10
4.20
-
7.90
-
* r9 H! T6 q& uASP2060
# c) d2 ~/ Q" P  P) X+ F3 i2.30
  _/ {+ c- J  D5 ^" U4.20
4 ]& b& s! x* T& n; H7.00
6.50
: h4 \+ b# i3 d" y; Y10.50
$ E; R- {# b' _' ]6 p9 G6.50
-
& X& E9 r. P4 Q; A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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