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)( 見(jiàn)表1) 。
從表1 中可看出，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)。表2 為幾個(gè)國家的粉末冶金高速鋼牌號、成分及熱處理工藝。
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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