粉末冶金高速钢

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。

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

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,a
p=3mm,f=0.15mm/r。
刀具几何参数:g
o=20°,kr=75°,kr′=l5°,be=1mm。
刀具磨损曲线如图1所示。

图1 粉末冶金高速钢GF3与其它高速钢的磨损对比曲线

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,a
p==6.2mm,f=0.025mm/双行程。
刀具几何参数:g
o=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

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下表。 表  ERASTEEL集团粉末冶金高速钢ASP2000系列的化学成份(%)牌号CCrMoWCoVNbASP20051.504.002.502.50-4.00-ASP20151.554.00-12.005.005.00-ASP20170.804.005.006.40-3.10-ASP20231.284.205.006.40-3.10-ASP20301.284.205.006.408.503.10-ASP20521.604.802.0010.508.005.00-ASP20532.454.203.104.20-7.90-ASP20602.304.207.006.5010.506.50-
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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