粉末冶金高速钢

肯铁轴承

1 前言
  x) l! J/ F- o0 d/ _+ J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。
  A, i" X- i, V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
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
2 Y. m4 V3 |0 @) X- |9 E0 j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。
! P; Q) W0 N: n% F刀具几何参数：go=20°，kr=75°，kr′=l5°，be=1mm。
5 J$ q9 S$ p2 G0 J: k3 k刀具磨损曲线如图1所示。

1 X# r' R( d& p1 M图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线
; I( Q( ]2 l6 k* g( z3 c! s' L; O2 a
5 Q+ [; P( ?" e0 J8 x* S( u1 E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。
1 X$ b0 f! X7 Z$ y" B切削用量：v=12m/min，ap==6.2mm,f=0.025mm/双行程。
7 B# R( d) [) g$ M, ]7 ]- t刀具几何参数：go=18°，kr=90°。
, y2 ]8 F) P+ v# D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
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。。
- I9 w% Y  R  A3 _3 ~; _# f表1 ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)
牌号
C
4 u/ I- k4 A) W8 {- ?Cr
0 r( T1 N9 K% q0 p' R% L2 r* x$ s1 rMo
- _! h. E( m9 L! `% z# {6 CW
3 i1 a3 M; T: p5 A0 ]/ S. BCo
V
& k7 Z; |6 a( Q0 ~Nb
ASP2005
1.50
( S- z8 u0 H. v4.00
2.50
  D+ T  @3 l$ n% k3 D" u2.50
-
+ [* m: q5 t' ?4.00
2 Z8 c) N# d; x1 V1 s-
: M8 ]( Y; C1 X6 y6 g2 e7 EASP2015
1.55
8 e) R/ @% I1 ?7 v5 h& Z$ t  _4.00
9 h) [+ c  N4 _& u-
9 U3 p, Q0 J2 c' N# L6 h( }12.00
8 c" y6 w9 X8 |/ B) R; ~7 Q# }5.00
5.00
3 M& i2 R& ?( H# G4 h-
ASP2017
6 H1 {' A5 v- w  @' n4 ?0.80
; u1 {1 L. X. T3 Q4.00
5.00
6 _/ I' ^( v7 r' g6.40
+ m" s5 `: \& T  m, v-
3.10
-
: |2 [2 U' J1 Y; L: a7 XASP2023
1.28
& D+ V( ]* k4 ~' O2 r4.20
5.00
! S8 z2 R, j1 N* ~$ J  a6.40
-
4 n+ K# v' [' g$ l, l) {+ O+ X. L/ L3.10
9 T* i5 O7 ~+ c' B$ g-
ASP2030
, h) r+ E+ K' \* X, }# b2 M1.28
4.20
5.00
' G# s  O- o- U& Y8 W5 Y6.40
4 D' v- W% J8 C8.50
: I: y* f; W5 F/ `6 g/ f9 v3.10
3 l! c! ^( i" T" K4 b-
" W8 q8 X4 K& e0 X3 r$ u! vASP2052
; @( J  p4 E7 S( q0 X1.60
4.80
" `% J/ V" m3 z5 Q7 E/ @1 ^2.00
* Z, U1 |3 x7 q9 z10.50
" j4 M* {1 t, U8.00
( [* O8 N% S8 h" Q; o" Y5.00
-
* s% ]& \7 g  _: UASP2053
2.45
4.20
+ o" s' U  F$ R, @3.10
4.20
-
7.90
-
4 p* C( B8 F9 H" OASP2060
  t- A' O/ o5 `! ]2.30
4.20
, h- A9 y; p2 i5 M7 ^3 \7.00
/ T2 @1 S' \% _3 q7 ^% {! X9 j+ \6.50
  d' N% R! b" h( i) B10.50
6.50
-
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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