粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用.pdf

oOoOoOoOoOoOoOoO 一综述一 粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用 陈顺民，张庆，祝新发 上海工具厂有限公司，上海2 0 0 0 9 3 摘要粉末冶金高速钢采用热等静压制工艺制作，与普通高速钢相比，具有组织细密，无偏析，合金元素含 量高，可加工性好，力学性能和耐磨性好等优点。目前，国外已研制出第三代粉末冶金高速钢，粉末 冶金高速钢在工、模具制造业得到了广泛的应用。 关键词粉末冶金高速钢；特性；热处理；应用 中图分类号T G l 4 2 ．4 5文献标识码A 文章编号1 0 0 8 1 6 9 0 2 0 0 8 0 2 ．0 0 1 4 ．0 0 3 C h a r a c t e r i s t i c s ，H e a tT r e a t m e n tP r o c e s sa n dA p p l i c a t i o no fP MI I i g l lS p e e dS t e e l s C H E NS h u n - m i n ，Z H A N GQ i n g ，Z H UX i n f a S h a n g h a iT o o lW o r k sC o ．，L t d ．，S h a n g h a i2 0 0 0 9 3 A b s t r a c t P Mh i g hs p e e ds t e e l s P M H S S p r o d u c e db yt h eh o t i s o s t a t i cp r e s s i n gw i l lh a v es u c hm e r i t s 鹊f i n e r s t r u c t u r e ，s e g r a t i o n - f r e e ，h i g h e ra l l o y i n ge l e m e n tc o n t e n t ，b e t t e rw o r k a b i l i t ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 鹪w e l l 鹊 w e a r a b i l i t ya n dS Oo n ．鹊c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lh i g hs p e e ds t e e l s ．T h et h i r dg e n e r a t i o nP M H S Sh a sb e e nd e - v e l o p e da b r o a du pt on o w ．T h eP M H S Si sf i n d i n ga ne x t e n s i v ea p p l i c a t i o nt ot o o la n dd i em a n u f a c t u r e s ． K e yW o r d s P M H S S ；c h a r a c t e r i s t i c s ；h e a tt r e a t m e n t ；a p p l i c a t i o n 随着汽车、航天、航空、军工、信息技术产业、机 械制造业的迅速发展，现代机械加工越来越追求高精 度、高效率、高可靠性和专业化目标，这就需要工具行 业提供高切削性能的刀具，而开发制造刀具的优质材 料更显得十分重要。在这种形势下，粉末冶金高速钢 于2 0 世纪6 0 年代后期开始研制生产，并在7 0 年代 投入应用。粉末冶金高速钢特殊而先进的冶炼方法 是高速钢冶炼的一种创新，它造就了性能介于硬质合 金和普通高速钢之间的新钢种，它的崛起，使机械制 造加工业的刀具用材有了新的突破，作为一种性能优 异的新钢种，逐渐被人们认识、接受和喜爱，正在机械 加工业发挥越来越大的作用和贡献。 1 粉末冶金高速钢的冶炼特性 与普通高速钢的冶炼相比，粉末冶金高速钢的 冶炼更具有其特殊性和先进性。普通高速钢通过电 弧炉或感应炉熔炼后，直接将钢水浇涛成钢锭，然后 再通过锻造、轧制加工成钢材。但是由于钢液浇铸 冷凝成钢锭时，凝固速度十分缓慢，会从钢液中析出 大量的金属碳化物，形成鱼骨状的莱氏体和团块状 的粗大共晶碳化物，并产生碳化物偏析，直接影响到 钢的各种力学性能，特别是韧性。而粉末冶金高速 钢的冶炼则不同，经过电弧炉或感应炉熔炼的钢水 不是直接浇铸成钢锭，而是将熔化的钢水通过喷咀 喷入到高压氮气流中，钢液被迅速雾化冷却成细小 的钢粒，其直径一般小于1m m 。将这种钢粉装入钢 桶，对钢桶抽真空，使桶中钢粉间的空气抽净成真空 状态，然后焊合钢桶，再在高温高压下将钢桶中的钢 粉压制成型，这就是热等静压烧结制备工艺。由此 可生产出致密度几乎为1 0 0 ％的粉末冶金高速钢坯 料，接下来再锻造、轧制成钢材。 由于粉末冶金在其喷雾制粉过程中，钢液冷却速 度很快，从而避免了普通高速钢铸锭过程中的许多缺 陷，雾化的钢液中碳化物来不及聚集长大形成团块状， 因此碳化物颗粒细小而均匀，一般为l 一3u m 最大尺 寸不超过6 m ，这就大大提高了钢的强度和韧性。 2 粉末冶金高速钢的性能和特点 由于粉末冶金的冶炼方法特殊，因此与普通高速钢 相比，粉末冶金高速钢具有更优异的陛能和特点，见表1 。 收稿日期2 0 0 6 ．1 2 ．2 7 作者简介陈顺民 1 9 4 4 ．1 1 ． ，男，江苏江阴人，高级工程师，长期从事高速钢热处理工艺研究工作。 联系电话0 2 1 ．6 5 4 8 7 8 1 5 1 4 ‘ 热处理2 0 0 8 年第2 3 卷第2 期 万方数据 表1粉末冶金高速钢与普通高速钢的性能对比 T a b l e1C h a r a c t e r i s t i c so fP Ma n dc o n v e n t i o n a lh i g hs p e e ds t e e l s 项目普通高速钢 粉末冶金高速钢 从表中可看出，粉末冶金高速钢性能十分优越， 具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性、可加工性好 的特点，是一种介于硬质合金和高速钢之间的新材 料。由于粉末冶金高速钢制造的刀具的切削性能在 所有切削加工领域内全面超越了原来的高速钢，韧 性优于整体硬质合金刀具，因而越来越受到工具行 业的青睐。 3 粉末冶金高速钢的牌号、成分和常 规热处理工艺 粉末冶金高速钢由于冶炼工艺十分复杂，制造 成本较高，至今世界上只有瑞典、美国、奥地利、法 国、日本、俄罗斯等少数发达国家生产。我国由于粉 末冶金用量不多，尚未有企业生产粉末冶金高速钢。 不过，随着机械制造业的发展及国际机械制造业向 国内的转移，预计粉末冶金高速钢的生产将会很快 到来。表2 为几个国家的粉末冶金高速钢牌号、成 分及热处理工艺。 表2 几个国家的粉末冶金高速钢牌号、成分及热处理工艺 T a b l e2G r a d e s ，c o m p o s i t i o n sa n dh e a tt r e a t m e n tp r o c e s s e so fP Mh i g hs p e e ds t e e l sm a d ei ns e v e r a lc o u n t r i e s 热处理2 0 0 8 年第2 3 卷第2 期 万方数据 4 粉末冶金高速钢的进展 粉末冶金高速钢自问世以来，由于其制备技术 的不断优化和改进，在质量和特性方面不断取得了 新进展，已从上世纪7 0 年代的第一代，进化到9 0 年 代的第二代，发展至2 1 世纪初的第三代。三代粉末 冶金高速钢的不同制备技术和性能特点列于表3 。 表3 三代粉末冶金高速钢的制备技术与性能 T a b l e3 P r o d u c i n gt e c h n o l o g i e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h r e eg e n e r a t i o n so fP Mh i g hs p e e ds t e e l 5 粉末冶金高速钢的应用 粉末冶金高速钢因具有极佳的韧性和机加工 性、良好的红硬性、较高的抗压强度和高的耐磨性， 具有高合金含量、高纯度、无偏析、细小的碳化物颗 粒和各向同性同质等特点而得到了广泛的应用，被 用作加工钛和铝合金等有色金属的刀具，用作加工 齿轮的铣刀、滚刀、插齿刀、剃齿刀等刀具，也可用作 侧面铣刀、成型铣刀和拉刀，也常用于麻花钻、机用 丝锥、铰刀等；在锯条行业用作带锯双金属钢带，还 用作精密冲切工具及冲头冲模和其他模具。由于粉 末冶金价格较贵 一般是普通高速钢的4 8 倍 ， 所以通常用于制造精密复杂刀具或数控机床用刀 具。粉末冶金高速钢制造的切削刀具性能优于普通 高速钢，使用寿命高于普通高速钢 一般为2 ～3 倍 ，在冲击负荷大的切削加工场合可替代硬质合 金刀具，因此粉末冶金高速钢在工具行业的应用前 景十分看好，越来越受到人们的关注。 参考文献 [ 1 ] 张宪．性能优异的粉末冶金高速钢刀具[ J ] ．工具展望，2 0 0 5 ， 2 1 7 一1 8 ． [ 2 ] 宋学全，刘秀英，等．高速钢刀具材料及热处理工艺选择[ J ] ．国 外金属热处理，2 0 0 5 ，2 6 1 3 0 - 3 3 ． { 擎乖出牢出符出帝鬯钎樾矫出乖{ 坏{ 矫女 矫出乖出尔出筇{ 矫巡绵{ 譬而浏矫出筇也帘{ 坏出零出乖出界出乖出厅进绵i 擎乖出乖出幂也乖出幂出帮4 坏i 绵i 譬乔出科 ≈科 绵皑芥 绵出芥蟛乔出带出窑出看≈出帝 全 金乍吧全 信吨仝舍7 令 一动态与信息一 000000000000000 ● 金相评级系列挂图 应广大会员的要求，全国热处理学会新近出版了一套金相评级系列挂图，内容包括F e C 和F e - F e ，c 合 金相图与热处理温度，F e C 和F e ．F e ，c 合金相图，钢种火花鉴别图，渗碳齿轮碳化物级别图，渗碳齿轮残余 奥氏体、马氏体级别图，中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级图，钢件感应淬火金相评级图。全套采用原版 金相照片，设计新颖，印刷精美，直观实用。挂图在2 0 0 7 年1 1 月召开的北京国际热处理展览会颇受欢迎，许 多热处理专业厂、科研院所购买，用作实验室检验挂图，更有热处理设备商家订购后赠送用户。全套共计1 4 张，A 2 版面 5 7 0m mx 4 2 0l n m ，彩色印刷，邮购价1 6 0 形套，需要者请与全国热处理学会联系。 联系电话0 1 0 - 8 2 7 5 5 3 7 5E M a i l j i n g x i u h u a e h t s ．o r g ．c n 张恒华 1 6 热处理2 0 0 8 年第2 3 卷第2 期 万方数据