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粉末冶金高速鋼的特性、熱處理工藝及應(yīng)用
2018-03-27
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隨著汽車、航天、航空、軍工、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)及機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代的機械加工越來越追求“高精度、高效率、高可靠性和專業(yè)化” 目標(biāo)，這就需要工具行業(yè)提供高切削性能的刀具，為此開發(fā)用于制造刀具的優(yōu)質(zhì)材料更顯得十分重要。
粉末冶金高速鋼于20 世紀(jì)60 年代后期開始研制生產(chǎn)，并在70 年代投入應(yīng)用。粉末冶金高速鋼特殊而先進的冶煉方法是高速鋼冶煉的一種創(chuàng)新，它造就了性能介于硬質(zhì)合金和普通高速鋼之間的新鋼種，使機械制造加工業(yè)的刀具用材有了新的突破。作為一種性能優(yōu)異的新鋼種，粉末冶金高速鋼正逐漸被人們認(rèn)識和接受，在機械加工業(yè)中發(fā)揮越來越大的作用。
1. 粉末冶金高速鋼的冶煉特性
與普通高速鋼的冶煉相比，粉末冶金高速鋼的冶煉更具有其特殊性和先進性。普通高速鋼通過電弧爐或感應(yīng)熔煉爐熔煉后，直接將鋼液澆注成鋼錠，然后再通過鍛造、軋制加工成鋼材，但由于鋼液澆注冷凝成鋼錠時，凝固速度十分緩慢，從鋼液中析出大量的金屬碳化物，形成魚骨狀的萊氏體和團塊狀的粗大共晶碳化物,并產(chǎn)生碳化物偏析，直接影響到鋼的各種力學(xué)性能，特別是鋼的韌性。
而粉末冶金高速鋼的冶煉則不同，經(jīng)過電弧爐或感應(yīng)熔煉爐熔化的鋼液不是直接澆注成鋼錠，而是將熔化的鋼液通過噴嘴，噴入到高壓氮氣流中，鋼液被迅速霧化冷卻成細(xì)小的鋼粒，其直徑一般小于1 mm。再將這樣制成的鋼粉裝入鋼桶，對鋼桶抽真空，使桶中鋼粉間的空氣抽凈成真空狀態(tài)，然后焊合鋼桶，再在高溫高壓下將鋼桶中的鋼粉壓制成形，形成熱等靜壓燒結(jié)制備工藝。由此可生產(chǎn)出致密度幾乎為100 % 的粉末冶金高速鋼坯料，然后接下來再鍛造、軋制成鋼材由于粉末冶金在噴霧制粉過程中，鋼液冷卻速度十分快，避免了普通高速鋼鑄錠過程中的許多缺陷，霧化的鋼液中碳化物來不及聚集長大形成團塊狀，因此碳化物顆粒細(xì)小而均勻，一般為1 ～3μm ( 最大尺寸不超過6μm) ，這就大大提高了鋼的強度和韌性。
2. 粉末冶金高速鋼的性能和特點
粉末冶金的特殊冶煉方法與普通高速鋼相比，具有更優(yōu)異的性能和特點 。
粉末冶金高速鋼性能十分優(yōu)越,它具有高強度、高硬度、高韌性、高耐磨性，以及可加工性好的特點，是一種介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間的新材料。由于粉末冶金高速鋼制造的刀具的切削性能在所有切削加工領(lǐng)域內(nèi)全面超越了原來的高速鋼，其韌性優(yōu)于整體硬質(zhì)合金刀具而越來越受到工具行業(yè)的青睞。
3. 粉末冶金高速鋼的牌號、成分和常規(guī)熱處理工藝
粉末冶金高速鋼由于冶煉工藝十分復(fù)雜，制造成本較高，因此至今世界上只有瑞典、美國、奧地利、法國、日本和俄羅斯等少數(shù)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)。由于粉末冶金用量不多，我國尚未有企業(yè)生產(chǎn)粉末冶金高速鋼，不過隨著機械制造業(yè)的發(fā)展及國際機械制造業(yè)向國內(nèi)的轉(zhuǎn)移，相信我國粉末冶金的生產(chǎn)將會快速到來。
4. 粉末冶金高速鋼的進展
粉末冶金高速鋼自生產(chǎn)以來，由于其制備技術(shù)的不斷優(yōu)化和改進，在質(zhì)量和特性方面不斷取得了新進展，已從20 世紀(jì)70 年代的第一代，進化到90 年代的第二代，再發(fā)展至21 世紀(jì)初的第三代。從表3 中我們可了解到三代粉末冶金高速鋼的不同制備技術(shù)和性能特點。
5. 粉末冶金高速鋼的應(yīng)用
粉末冶金高速鋼因具有極佳的韌性和機加工性能、良好的紅硬性、較高的抗壓強度和高的耐磨性，具有高合金含量、高純度無偏析、細(xì)小的碳化物顆粒和各向同性同質(zhì)的特點，而得到廣泛的應(yīng)用。它被用作加工鈦和鋁合金等有色金屬的刀具，用作加工齒輪銑刀、滾刀、插齒刀、剃齒刀等刀具, 也可用作側(cè)面銑刀、成形銑刀和拉刀, 也常用于麻花鉆、機用絲錐、鉸刀等制造。在鋸條行業(yè)用作帶鋸雙金屬鋼帶，還用作精密沖切工具和沖頭沖模的制造、以及其他模具制造。由于粉末冶金價格較貴( 一般是普通高速鋼的4 ～8 倍)， 所以考慮成本因素，粉末冶金高速鋼通常用于制造精密復(fù)雜刀具或數(shù)控機床用刀具。
粉末冶金高速鋼制造的切削刀具性能優(yōu)于普通高速鋼，使用壽命高于普通高速鋼( 一般2 ～3 倍)， 在沖擊負(fù)荷大的切削場合又可替代硬質(zhì)合金刀具，因此粉末冶金高速鋼在工具行業(yè)的應(yīng)用前景十分看好, 越來越受到人們的關(guān)注。