熔煉高速鋼容易出現(xiàn)碳化物偏析,硬而脆的碳化物在高速鋼中分布不均勻,而且晶粒粗大(8~20μm),對高速鋼刀具的耐磨性、韌性和切削性能會產(chǎn)生不利影響。
粉末冶金高速鋼是20世紀70年代開發(fā)的新型刀具材料,它是將高頻感應(yīng)爐煉出的鋼液用高壓氬氣或純氮氣使鋼水霧化得到細小均勻的結(jié)晶組織(高速鋼粉末),再將粉末在高溫、高壓下制成刀具毛坯,也可先制成鋼坯,再經(jīng)鍛造、軋制成刀具。
[1] 粉末冶金高速鋼改變傳統(tǒng)的熔鑄工藝,采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)的高性能高速鋼或直接成型的刀具材料。成分可與一般高速鋼接近。工藝過程包括霧化制粉、粉末真空脫氧、制坯及燒成三個環(huán)節(jié)。霧化制粉是依靠高速惰性氣體或高壓水沖擊熔融的鋼液流,隨即霧化成細小液滴并凝固成粉。粉經(jīng)脫氧、制坯后在高溫下燒結(jié)成材料或刀具。組織特點是不存在化學(xué)成分的偏析,碳化物顆粒很細,分布均勻,使韌性明顯改善,從而允許增加碳化物的體積分數(shù),提高耐磨性。熱處理溫度范圍寬,能在很高溫度下加熱而不出現(xiàn)過熱。熱處理變形小,鍛造、軋制和磨削性得到改善,常用來生產(chǎn)常規(guī)方法難以制造的含釩、鈮較高的高速鋼。還可在粉末中添加耐磨的超硬微粉,獲得介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間的高性能特種高速鋼。
[2] 這個工藝主要由霧化制粉和熱致密化成材兩部分組成。
霧化制粉就是將熔融的高速鋼水通過中間漏包,流經(jīng)專門噴嘴,使用高壓高純惰性氣體(Ar或N2)噴射鋼水流,使其霧化成細小液滴,冷卻后收集起來,由于液滴很細,熱容量小,故冷卻速度極快,可達一千~十萬℃/s。在高速冷卻下,一次共晶碳化物來不及長大,從而可得到無宏觀碳化物偏折的高速鋼粉末。
熱致密化就是把高速鋼粉末裝入軟鋼薄壁容器(包套),抽真空脫氧密封后裝入熱等靜壓機。在高溫高壓下,把粉末“熱固結(jié)"成*致密的壓實體,即粉末冶金高速鋼。由于在熱固結(jié)過程中不產(chǎn)生液相,因此粉末冶金高速鋼*保留了粉顆粒無宏觀碳化物偏析的特征,從而使各項性能得到明顯提高和改善。
[3] 與熔煉高速鋼相比,粉末冶金高速鋼,具有以下優(yōu)點:
(1)粉末冶金高速鋼能解決碳化物偏析的問題。粉末冶金高速鋼碳化物晶粒為2~3μm,清除了碳化物偏析,從而提高了鋼的強度、韌性和硬度,而且由于碳化物顆粒均勻分布的表面積較大,使耐磨性提高了20%~30%。這一特點使粉末冶金高速鋼適合制造在強力斷續(xù)切削時容易產(chǎn)生崩刃或要求刀尖鋒利且強度和韌性高的刀具,如插齒刀,立銑刀等,特別適合制造大尺寸刀具,其壽命可比熔煉高速鋼刀具提高2~3倍。
(2)磨削加工性好。由于碳化物細小均勻,粉末冶金高速鋼磨削加工性好,釩質(zhì)量分數(shù)為5%的粉末冶金高速鋼的磨削加工性相當(dāng)于釩質(zhì)量分數(shù)為2%的熔煉高速鋼,磨削效率比熔煉高速鋼高2~3倍,磨削表面粗糙度顯著減小。
(3)能制造超硬高速鋼。在化學(xué)成分相同的情況下,與熔煉高速鋼相比,粉末冶金高速鋼的常溫硬度能提高1~1.5HRC,熱處理后硬度可達67~70HRC,600℃時的高溫硬度比熔煉高速鋼高2~3HRC。應(yīng)用粉末冶金高速鋼的新工藝,可在現(xiàn)有高速鋼中加入高碳化物(TiC和NbC),制造出超硬高速鋼新材料。
(4)能保證物理、力學(xué)性能各向同性。由于粉末冶金的工藝特點,保證了粉末冶金高速鋼的各向同性,減少了熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形,適合制造鉆頭、拉刀、螺紋刀具、滾刀、插齒刀等各種復(fù)雜刀具。
(5)能節(jié)約鋼材和工時。用粉末冶金高速鋼直接壓制刀坯,可減少加工余量,節(jié)約鋼材和工時。
[1] 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。粉末冶金高速鋼的崛起,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,逐漸被人們認識、接受和喜愛,正在機械行業(yè)發(fā)揮越來越大的作用。
粉末冶金高速鋼具有的韌性和機加工性、良好的紅硬性、較高的抗壓強度和高的耐磨性,還具有合金含量高、純度高、無偏析、碳化物顆粒細小和各向同性同質(zhì)等特點,因而得到了廣泛的應(yīng)用??捎米骷庸も伜弯X合金等有色金屬的刀具,用作加工齒輪的銑刀、滾刀、插齒刀、剃齒刀等刀具,也可用作側(cè)面銑刀、成型銑刀和拉刀,還常用于麻花鉆、機用絲錐、鉸刀等;在鋸條行業(yè)粉末冶金高速鋼用作帶鋸雙金屬鋼帶,還用作精密沖切工具及沖頭沖模和其他模具。粉末冶金高速鋼一般是普通高速鋼價格的4~8倍,所以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(一般為2~3倍),在沖擊負荷大的切削加工場合可替代硬質(zhì)合金刀具,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。
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