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。
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。
$ b' Z: Q5 R4 D' Y0 o, m2 _- K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。
8 w$ ^/ v* w2 X7 f7 H2 L0 I& {2 k刀具磨损曲线如图1所示。
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图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线
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图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
, U0 H( U) a$ o# X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。
; ]3 \7 K' ^  L3 s# z# g' k9 g, X; W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。
; P4 v4 ]0 I! T刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
+ v- {$ p- @5 L( }8 u8 @" H7 P加硫化切削油。
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。
  q& Z, {. k* Z) _, ]4 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。。
1 [/ f( ~  P7 t+ n% M& a表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
  V: K0 F1 [/ ^" L( E牌号
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Cr
! `0 F3 x/ a. f6 D; J6 zMo
* k- v0 ~  @8 e! D* e7 j0 @# E, C' @W
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ASP2005
8 P3 N) V% q- ^, P- y% Q  B1.50
4.00
' F5 O: ]; @1 {/ `! i/ W2.50
2.50
-
; B/ P( R# a6 p4.00
-
ASP2015
, ]' m; I8 J7 W% z6 @$ E$ g1.55
* Z1 y3 k7 E2 }- T$ l/ |4.00
* o) B. m5 d) G-
12.00
5.00
& c3 \/ L' Z% V4 _" Z+ v$ H; E5.00
-
+ }8 C! F& N7 u8 O$ A* ?! ^ASP2017
0.80
4.00
5.00
- j% s8 ^" }, k- W, K6.40
5 A* z. |2 h. L- M1 D# `-
3 Y* c: y  L/ H3 G1 Z, i" U2 x3.10
. h& p# G1 U  z7 e, V6 F: w-
ASP2023
$ [- h9 C) t) M8 |1.28
4.20
$ X  z+ M4 M/ G) |: d2 d5.00
2 m5 n5 N7 F% Z8 i" h6.40
% E! Z2 {7 o. c, g  O) D- K5 h-
3.10
# u& n$ D+ b( q5 N-
7 q0 x, }/ U. e. k( s+ r/ o( \! XASP2030
1.28
& d' I6 |9 Y0 c3 Q4.20
8 |! B! ~/ Y# ~4 F$ G" U; C* h5.00
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7 N! T& E7 {: k0 r' U; D8.50
3.10
( z5 M3 d5 S1 c1 k. C" T5 s& z-
. n0 Y7 s; e1 B( V: ^ASP2052
- K5 b3 m( s" q: A1.60
4.80
2.00
$ r# B; g% M5 l& M; {/ X# p10.50
8.00
  w9 e! v; B! ~1 x. I5.00
-
ASP2053
% n4 `8 z, T4 F# c$ f1 G2 _2.45
4.20
' |% g" a7 N! f  V# @0 u. d3.10
4.20
5 ~9 g4 X: w, s3 \-
7.90
( n+ N* \) k" J7 t( B-
ASP2060
& l& a+ a) D' ^6 o( j( V7 F  |2.30
4 I, X; F( P5 |5 v  P4.20
6 J6 v, P. F, K4 w+ X& f! D6 b7.00
# |" g* ^0 ~) X$ i& L6.50
10.50
6.50
-
. D' @5 V% s) q$ M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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