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。
! R# i, @. B8 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。
2 粉末冶金高速钢的优点
) N) w- T9 K) @$ L& Q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 N5 g! ]6 F" e- n9 d  x/ k3 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。
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。
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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

- _& R6 G1 L9 J7 H0 ~图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
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。
刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
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。
4 国内外情况
$ o1 |, x6 l2 \* t20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。。
& \9 b: \4 ]  z% z5 y# h9 I! H" Z表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
牌号
C
Cr
5 g  p# ~* _* N3 M6 eMo
W
. U/ G: B- m9 b( wCo
V
Nb
* @: f0 |( t$ BASP2005
1.50
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0 B- v  o/ L* A) w8 L  N! a  t  y7 J2.50
2.50
3 d8 g# Y; K3 p& F0 T1 S7 X-
4.00
# K, ]! m. R" T) Y-
) d, q; b* i, p2 ~  q, EASP2015
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-
- x! Z# O0 m% J) }' D5 p12.00
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% E/ s; M% {5 [% XASP2023
- |% ?# R' ?% ?; ?) e6 K* \/ r0 v1.28
4.20
5.00
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-
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-
$ B0 U0 ^$ G; `4 U& J& A& E6 HASP2030
1.28
4.20
5.00
6.40
, Q3 Z( N9 J% V6 G4 _, Y8.50
3.10
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6 E! C0 }9 ^3 N  NASP2052
1.60
4.80
& R: B' ]% C" w1 j& n! o1 C2.00
10.50
8.00
5.00
-
7 b- T  D2 t5 T1 O' ^! w8 VASP2053
, K; f% O  S7 @% P5 T' z( n2.45
$ h0 K# P, A9 a; y; f8 Y4.20
3.10
; j' ^" Z2 G+ J) ]/ A) l2 Q$ _4.20
-
7.90
-
5 p4 b4 E* C; e" W1 Z) n( QASP2060
2.30
4.20
7.00
6.50
10.50
8 ]! W' x1 e6 ]8 ?6.50
  r) u1 ]& [2 I. M; k-
* A2 s9 K1 M8 o& P+ Q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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