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粉末冶金高速鋼的特性、熱處理工藝及應用

2018-03-27

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  隨著(zhù)汽車(chē)、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,現代的機械加工越來(lái)越追求“高精度、高效率、高可靠性和專(zhuān)業(yè)化” 目標,這就需要工具行業(yè)提供高切削性能的刀具,為此開(kāi)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60 年代后期開(kāi)始研制生產(chǎn),并在70 年代投入應用。粉末冶金高速鋼特殊而先進(jìn)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識和接受,在機械加工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)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(jìn)性。普通高速鋼通過(guò)電弧爐或感應熔煉爐熔煉后,直接將鋼液澆注成鋼錠,然后再通過(guò)鍛造、軋制加工成鋼材,但由于鋼液澆注冷凝成鋼錠時(shí),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(yú)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(guò)電弧爐或感應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(guò)噴嘴,噴入到高壓氮氣流中,鋼液被迅速霧化冷卻成細小的鋼粒,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(lái)再鍛造、軋制成鋼材由于粉末冶金在噴霧制粉過(guò)程中,鋼液冷卻速度十分快,避免了普通高速鋼鑄錠過(guò)程中的許多缺陷,霧化的鋼液中碳化物來(lái)不及聚集長(cháng)大形成團塊狀,因此碳化物顆粒細小而均勻,一般為1 ~3μm ( 最大尺寸不超過(guò)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(diǎn) 

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(diǎn) 。 

 

  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(diǎn),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)域內全面超越了原來(lái)的高速鋼,其韌性?xún)?yōu)于整體硬質(zhì)合金刀具而越來(lái)越受到工具行業(yè)的青睞。 

 

  3. 粉末冶金高速鋼的牌號、成分和常規熱處理工藝 

 

  粉末冶金高速鋼由于冶煉工藝十分復雜,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發(fā)達國家生產(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(guò)隨著(zhù)機械制造業(yè)的發(fā)展及國際機械制造業(yè)向國內的轉移,相信我國粉末冶金的生產(chǎn)將會(huì )快速到來(lái)。 

 

  4. 粉末冶金高速鋼的進(jìn)展 

 

  粉末冶金高速鋼自生產(chǎn)以來(lái),由于其制備技術(shù)的不斷優(yōu)化和改進(jìn),在質(zhì)量和特性方面不斷取得了新進(jìn)展,已從20 世紀70 年代的第一代,進(jìn)化到90 年代的第二代,再發(fā)展至21 世紀初的第三代。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(diǎn)。 

 

  5. 粉末冶金高速鋼的應用 

  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(wú)偏析、細小的碳化物顆粒和各向同性同質(zhì)的特點(diǎn),而得到廣泛的應用。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(jià)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雜刀具或數控機床用刀具。 

 

  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), 在沖擊負荷大的切削場(chǎng)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)的應用前景十分看好, 越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

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