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。
* E/ `4 l  H/ c) {1 z' P& G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
. w5 l" U; B2 M2 w* }6 u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。
切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
, J( o: ]' E3 O6 z) {8 C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
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图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
) N. y9 P! B8 J/ Y! W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。
7 h! ~7 I7 T) x! y* G$ U5 x  ?9 D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。
- f8 r- |# V. R/ a& a# s- c$ B% y由图2可见，GF3拉刀的耐用度高于Co5Si。
! [* Q( \' [: z. Z4 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 `8 _) n% O- Q9 Z3 S表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
9 z; o* S( C5 U0 R" g1 g牌号
C
  C: g  L( E* xCr
- @8 _/ }. m% I6 {- G8 ^2 X4 VMo
1 U4 E, Y# P* t: r3 t  P" R+ gW
Co
# X+ z& _- f+ R8 \" p8 V$ mV
" N- R3 _, V( l- U) oNb
ASP2005
1.50
: j, y" V) ?, G2 d4.00
4 E; }$ C# r1 d: O4 a2.50
# z" W, q6 s* Y) k8 y8 d2.50
" W7 m; b5 s6 [. l-
4.00
-
ASP2015
1.55
4.00
-
& w( Y& f( j* W8 l' t& g9 L& C12.00
8 E- M: R- `) f6 W5.00
5.00
3 _0 W# C/ R+ R! k8 p-
" U1 D$ ?2 S! B$ A+ Y) W! i5 h7 yASP2017
0.80
& b4 g. Z3 W2 A! u4.00
5.00
6.40
-
3.10
-
ASP2023
" v; g9 V2 l- n+ l8 M* W$ Z1.28
. U6 m# X, l' D4.20
5.00
6.40
  }! [. {* |1 [5 C; Z-
3.10
-
/ M0 {! D( X% y9 w/ T' A6 V9 F. }ASP2030
1.28
4.20
5.00
6.40
; M. t! E6 ~8 g! ?2 y8.50
& t1 p8 W' c4 `5 S2 ^% N. p3.10
) p! ~% j, \+ }$ }-
ASP2052
+ y% B. V" E7 z- K3 w1.60
4.80
0 r" z8 t( O1 r+ K2.00
0 w7 q5 Q) i9 h, _1 j1 K5 A10.50
$ K! ^, h9 b9 ^. }2 X8.00
5.00
7 H" s9 G1 \0 n# C8 K7 j: W) b-
/ t+ p& a" I9 x1 n, ^ASP2053
9 x. A: J; u3 r% Q2.45
, `0 G1 D9 Y( ~6 ]2 L! O- f4.20
, D+ |5 r# P7 i$ P: P7 X6 {9 J& q" F8 J3.10
4.20
-
7.90
7 f2 X/ {/ U" A% Q, U* b-
ASP2060
2.30
6 B4 X6 l* H4 y* ^4.20
7.00
6.50
10.50
$ T. O  ~( o$ D; d6.50
/ ]- d8 p: w& s-
! `  ^8 X. D6 `7 h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。
" e! E- a& L9 E5 ^$ K( b' M文章关键词： 粉末冶金高速钢