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。
+ Z% [$ g3 U/ m* }2 粉末冶金高速钢的优点
9 U/ }6 A- y0 K; w6 P; ~6 w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。
) t$ ]6 N/ Y& a; ~3 粉末冶金高速钢的切削试验
! ~) ^0 H9 h6 T, a5 u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。
$ n( f- R1 ?, R; S刀具几何参数：go=20°，kr=75°，kr′=l5°，be=1mm。
( B  X3 f  {" ?刀具磨损曲线如图1所示。
7 C! p$ s# I1 C& |' b
图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线

: I6 s* U7 Z1 V6 O6 d  a+ |: \6 v7 M图2 GF3Co5Si的磨损对比曲线
& _6 j2 ?. v0 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。
% k- c" }5 [8 h( u) l$ ]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。
' ^3 G* t+ a8 I; K5 O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°。
/ u$ X) B) s+ g加硫化切削油。
, G, G% a; @0 ^# @4 J7 O+ y7 U& |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
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。。
( G) m2 l+ }9 L+ L0 {  d$ h表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
! ~9 V" ~# L2 x$ f, V5 K! H/ l3 \3 ^牌号
' F% w% t" N/ f: [9 L$ bC
Cr
" |! T4 H' g" S  D  X, l% pMo
6 p+ P8 Y- ~( n6 i$ W& d, sW
Co
7 o0 g$ G3 h- L/ ~+ {. mV
Nb
ASP2005
$ D% b  r: A7 s% b# D* @6 k( X+ w1.50
4.00
2.50
2.50
6 W; ]; V3 L( `/ ]! {: r-
. T: K. S8 ]- J% S! o  f1 m7 H4.00
, ^+ P5 i* ]. V" R. i/ S4 ?4 g-
ASP2015
1.55
4.00
-
* S2 b# [( m9 D$ J; z12.00
5.00
5.00
+ y- G, S( ?8 r-
! `3 {6 l+ E' I3 m: k2 nASP2017
0.80
4.00
+ ^& F; N* ~" E) N. v* A* h2 L; Z5.00
" C# A( H" m% l- |$ ?6.40
-
0 n7 n3 c$ I; g# Z" F5 K& v, u3.10
-
9 l. {- }3 `0 ^+ w& ^ASP2023
& \: m- L, D- ?- @3 Y1.28
4.20
5.00
6.40
-
3.10
-
ASP2030
, t' O3 |# d" s; \0 `! }1.28
4.20
$ B/ {8 h+ h) Q% i) s4 q/ ]5.00
5 D9 e: E: q3 H5 m) Z6.40
8.50
3.10
7 a) i; C, i2 f$ F-
ASP2052
1.60
4.80
2.00
10.50
8.00
# c. i: w% [* w0 Q# f; M9 w" @5.00
-
ASP2053
2.45
4.20
) @: C- f/ i1 s6 Q8 _3.10
4.20
1 Y# Q9 V# z9 i7 i-
7.90
3 g2 X: {+ e/ J( M2 b-
3 H6 x- o6 M' z- k2 qASP2060
5 C, O! z4 H' Q' F! M4 O2.30
4.20
" u; B6 r! F$ S8 r. e# ^' ]3 G1 a7.00
3 F8 O0 X" F; |# v* W0 Y# G3 a6.50
10.50
6.50
3 y' L5 ^8 O! n% P; x-
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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