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。
* Z* d- M5 R2 u7 ~4 m) _$ m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。
% x7 z+ j8 X: S& M. [; z2 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。
! b& M/ ]+ N+ i: k3 粉末冶金高速钢的切削试验
$ [% k" E& h/ y  Q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。
8 Q" M  X0 K" [& Q: w' l0 m切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
& X9 F5 h3 N, a! D! T$ y! Y: ?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。
, p/ l" b* c) s! w! t
! M" [( C. c8 g1 B, J% i* A* N: g# x1 H) I图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线
5 s9 t. ^' d+ H6 z$ ]
图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
  j! ]& g# \$ ~5 V# N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。
: c4 E1 u' y( h* b0 i! Y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。
- y4 A/ G5 n% ?$ I" O刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
+ P- H2 e  w. J6 v. ~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。
. V6 E( P3 _. b3 q8 ^; K, }' i9 {: M4 国内外情况
/ F, {. B' t7 N+ s0 C20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。。
# w* q$ z7 N* [- }0 W表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
牌号
6 ~2 n0 i9 [6 O/ y! UC
  R; c( _* N- i2 hCr
! p( n7 z" T2 b# G- s% T) ?Mo
# S) }! h6 L6 o' z" J6 pW
. s% m& X4 j1 r8 w: u: ?Co
V
Nb
) q) ^) `/ a- w" h2 d& JASP2005
1.50
4.00
2.50
2.50
-
2 e1 d0 w, o- {; d9 e! d4.00
-
: q6 \0 d# D, J% `( [ASP2015
1.55
4.00
# c, U+ [2 v( S7 q9 ~; g" k-
12.00
5.00
5.00
% q% u5 f5 u2 o) ~' a( u-
8 ~5 c! I* M, l5 \* O- f7 xASP2017
5 K, V6 C7 `0 _6 |5 p! `2 v( h" d6 {0.80
4.00
5.00
6.40
-
3.10
-
3 f) O: L2 b4 t4 A: pASP2023
1.28
4.20
  C! F% V& X( i0 ?/ m. j1 M: e5.00
& F7 P( w% g. X8 Z$ _: g6.40
! o6 _. X9 m% L% P% }8 W8 S-
$ ^# s& c5 e7 h) c" u9 X) \3.10
% L1 v9 x  K- s# n2 Z9 }' n+ G-
ASP2030
1 `; U- \7 U6 o1.28
/ ?  Y+ Z0 \' ]+ `) B4.20
5.00
; F6 [; u5 _% F( m5 z9 q+ G6.40
( O- p0 R9 _* j# A% I8.50
1 n! w* t. w, e' g3.10
" {; C+ s2 P8 Z5 i- D3 n) S-
ASP2052
: N" g6 y# X7 r" H0 V1.60
5 K% t, Z/ W7 v" X4.80
2.00
+ \8 @. m7 x% c- k6 u10.50
) }  e& r  }6 z8.00
5.00
-
ASP2053
* C. ?: O$ s& T/ j5 p2.45
4.20
# R+ F) Y  s* X4 }( x/ o' y0 ^3.10
4.20
-
$ V# s8 R  ?% G  ?7 p3 J7.90
+ Q  D2 Z7 V* q-
ASP2060
: x" X) g, R% b& b2.30
: Q/ V; h" y* v2 W+ W* v0 I4.20
7.00
% o4 ]- ^  I: ]! A+ g6.50
10.50
+ m- S0 Z: V$ m( u6.50
5 s! V" U7 \3 \/ u. A4 P-
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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