粉末冶金高速钢

肯铁轴承

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。
7 f: e# O. Y. D9 b8 F$ x8 J+ q2 粉末冶金高速钢的优点
' {/ [) s: `: l  l* n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。
( ]6 z/ e9 y- l8 [# ^3 粉末冶金高速钢的切削试验
9 f7 K. Q5 c6 ~* c) v- @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。
( Q6 C+ J1 |& q/ u+ k切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
! w- a- y& M( Q8 C/ g9 Y1 a; Z) S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。
8 U6 K9 P. f' |" x5 S+ m8 Q' d
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
0 F1 t  M+ W5 R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。
% L- H0 C+ j$ Y% G1 v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。
$ n: H4 C( l/ G' ^' H+ f切削用量：v=12m/min，ap==6.2mm,f=0.025mm/双行程。
刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
: w2 C5 V. v) d0 k, q& @5 A加硫化切削油。
3 t, l( P% K) M. e  V: P, L+ W刀具磨损曲线如图2所示。
; x4 Z/ v& |2 d" ^0 ^5 J由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
# n, L7 q! U( G, _# E4 i& n) o& g4 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。。
表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
$ V) ^/ [5 [3 f$ q! j$ Y+ p牌号
2 v) t& T+ @' Z; {1 z) E2 q+ T9 u( |C
5 F0 l, w# r; G- QCr
; h, `" x# ^4 |# S* pMo
W
Co
V
Nb
& L8 q4 ~- }/ \) nASP2005
1.50
) ], R! v& G/ z) f7 Q4.00
5 e5 T& l$ R  Q4 p- g2 x2.50
2.50
/ y8 b) a( g) F-
5 n% q" H+ D/ ]' z$ \0 ]. T7 \4.00
-
ASP2015
1.55
4.00
-
12.00
5.00
5.00
. S( }6 Y; `; W+ j6 ]6 v  C" E-
3 d8 U- g3 S# T! g: wASP2017
# Q0 M2 _7 t3 }/ e  {) y0.80
4.00
5.00
3 d( d) g- |: a  N3 x9 k/ ~1 ~6.40
-
* M! k( O, K% G: ^7 R6 ~# C3.10
$ p. C3 R1 n2 g9 @0 K: ~0 L4 X-
; F: \1 @4 W- ]5 t  b: t: ~ASP2023
1.28
4.20
+ {$ P& \# I0 _4 F/ d, W3 u5.00
* _2 V6 p$ A9 Y2 @: L9 V6.40
  c( P+ ^$ v' F9 S8 c-
3.10
! L0 K. [0 T7 {  [7 a7 Q1 b5 a-
) r. p  d, A+ w) Z) A6 yASP2030
1.28
4.20
5.00
; G" }* K1 |5 P# e" x% |- N& ~; ^6.40
* T% V; K- ^- b8.50
3.10
) c8 ^- j+ V- Q-
ASP2052
1.60
8 b1 C/ V/ d6 G+ ~; a& u7 f) F4.80
: k* s5 {) y, L* Z! }* _2.00
10.50
8.00
5.00
-
- P, y, _5 i1 n# Y+ Y+ J: Y, ]* dASP2053
2.45
4.20
6 S$ s# r2 U; f3 ]2 Q6 }/ a3.10
# ]2 [. U6 M4 A) I5 p* p4.20
-
7.90
-
7 k8 Q% W4 G1 c5 v8 U; jASP2060
2.30
( ^1 p$ i- f0 V% j4.20
, E5 Z" O; l5 v) T+ G7.00
6.50
4 y+ ?/ r" q; b' H10.50
: `1 E; z2 {& f5 Y7 ~7 k! ~; k6.50
+ f3 B$ o! F) M7 F+ ?-
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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