粉末冶金高速钢生产工艺的发展.pdf

第1 7 卷第2 期 2 0 0 7 年4 月 粉末冶金工业 P O W D E RM E T A L L U R G YI N D U S T R Y V 0 1 ．1 7N o ．2 A p r ．2 0 0 7 粉末冶金高速钢生产工艺的发展 吴元昌 成都工具研究所，四川成都6 1 0 0 5 1 摘 要自上世纪7 0 年代初粉末冶金高速钢 P MH S S 实现工业化生产以来，生产厂家不停 歇地继续改进生产工艺和使用设备，旨在不断提高粉末冶金高速钢的质量和性能。本文以翔 实的数据评述了粉末冶金高速钢生产工艺技术的演变发展及其相应生产的第一、二、三代粉末 冶金高速钢的质量技术条件的提升，包括钢种成分，非金属夹杂物含量、力学性能和应用效果。 关键词粉末冶金；高速钢；工具钢；夹杂物 中图分类号T F l 2 5文献标识码A 文章编号1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 0 7 0 2 一0 0 3 0 0 7 E V O L U T I O NO FT E C H N O L O G YO FP O W D E RM E T A L L U R G YH I G HS P E E DS T E E L W U Y 聃驴c h a n g C h e n g d uT o o lR e s e a r c hI n s t i t u t e - C h e n g d u6 1 0 0 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o d u c t i o no fP o w d e rM e t a l l u r g yh i g hs p e e ds t e e l P MH S S w a ss t a r t e df r o m 1971 ．T h et e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t sh a v eb e e nc o n t i n u o u s I yi m p r o v e d ，t oe n h a n c ep r o d u c t ’ sq u a l i t ya n dp e r f o r m a n c e ．B a s e do nt h er i c hd a t at h ed e v e l o p m e n to fp r o d u c t i 9 nt e c h n o l o g y f o r1s t ，2 n d 3 r dg e n e r a t i o nP MH S Si sd e s c r i b e dw i t ht e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s ，i n c l u d i n g c h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，p e r m i s s i b l ec o n t e n to fn o n - m e t a l l i ci n c l u s i o n s ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n dp e r f o r m a n c e ． K e yw o r d s p o w d e rm e t a l l u r g y ；h i g hs p e e ds t e e l ；t 0 0 1s t e e l ；n o n _ m e t a l l i ci n c l u s i o n 高速钢是一种重要的刀具材料，据最新统计，高 速钢刀具销售额占全部刀具销售额的4 5 ％左右；而 在齿轮刀具和拉刀等复杂刀具的销售额中要占 8 5 ％。粉末冶金高速钢 以下简写为P MH S S 是高 速钢中的上品，它的特点在于无论尺寸大小和形状 如何，P MH S S 材均具有碳化物细小，分布均匀的 显微组织。近年全世界其年产量约1 万吨，在西方 工业发达国家约占高速钢总产量为1 ／6 。所有的高 级高速钢刀具制造者均采用P MH S S 。 我国工具厂中只有少数几个厂使用过P M H S S ，对它只有一个很拢统的概念，只知P MH S S 是一种性能优良的高级高速钢，而不知道目前在市 场上同时存在有第一代，第二代和第三代质量不同 的P MH S S 。这些钢的化学成分相同，而性能不同。 本文旨在扼要说明从第一代到第三代P MH S S 质 量上的差异，供刀具材料选用者参考。 1 粉末冶金高速钢 P MH S S 生产工 艺技术的进步 1 ．1p MH S S 划代依据 上世纪7 0 年代工业化生产的P MH S S 由美国 C r u c i b l e 厂和瑞典S t o r a 厂 现属法国E r a s t e e l 公 司 相继投产，此为第一代的P MH S S 。其后生产厂 收稿日期2 0 0 6 1 1 1 5 作者简介吴元昌 1 9 2 7 一 ，男 汉 ，上海市人，研究员级高级工程师，主要从事刀具材料应用研究。 万方数据 第2 期吴元昌粉末冶金高速钢生产工艺的发展3 l对制造设备和生产工艺的改进，如1 9 9 1 年法国E r a s t e e l 公司对其瑞典厂的制备气雾化前钢液的熔炼工艺作了改进，称E S H 法 E 1 e c t r o S l a g _ H e a t i n g电渣加热法 ，其P MH S S 产品商标也改为A S P2 0 0 0 系列 如A S P2 0 3 0 ，以前第一代称A S P3 0 ，采用E S H 方法生产的P MH S S 称为第二代P MH S S ，它比第一代的P MH S S 钢材更为纯净，非金属夹杂物含量可减少9 0 ％，淬回火后的钢材韧性可提高2 0 ％。奥地利伯乐钢厂 B o e h l e r 采用全世界最先进的P M 冶金设备及新工艺于2 0 0 2 年推出冠以“M I C R O C L E A N ” 细净 为商标的第三代P MH S S ，如S3 9 0M i c r o c l e a n 。与第二代的S3 9 0I s o m a t r i xP MH S S 相比，其钢粉颗粒更细，非金属夹杂物含量更少，而韧性和强度约可提高2 0 ％。法E r a s t e e l 公司对第二代P MH S S 的生产工艺作了进一步的改进，也于2 0 0 4 年推出冠以D v a l 一i n T M 为商标的第三代P MH s s 。其非金属夹杂物含量比第二代E S HP MH S S 又有较大幅度减少，钢材的韧性和强度也有相应的提高，如D v a l i n T MA s P2 0 3 0 已代替第二代的A S P2 0 3 0 。1 ．2 几代P MH S S 钢液制备和喷粉工艺技术进步P MH S S 钢的生产工艺技术的进步主要体现在雾化制粉设备上中间钢水包结构的改进，旨在精确控制钢水温度和洁净度。第一、二、三代钢雾化制粉工艺的技术进步示于图1 。圈1几代P MH s S 钢制造工艺进展注各代工艺特点第一代，小的坩锅炉和中间钢包需常注入钢水f 第二代，较大中间钢包结合E s H 加热系统钢有较高洁净度；第三代，最大中间钢包，E S H ，电磁搅拌，高钢的洁净度，较严的钢粉处理工艺第一代P MH s 8 生产者用1 ～2t 的中间钢包。第一代P MH S S 在我国市场上的代表为乌克兰D s S 厂的产品。该厂1 9 8 0 年从瑞典引进设备和技术，自1 9 8 5 年以来未做过技术改进，钢材的氧含量小于1 5 0 1 0 ～，但售价便宜。2 0 0 2 年以前D S S 厂一直为美国C r u c i b l e 厂做贴牌生产。美国C r u c i b l e厂的技术资料未报导过冶炼上的进展，内容和数据和2 5 年前的一样，因此C r u c i b l e 厂的C P MP MH S S 也应是第一代的质量，其氧含量小于1 0 0 1 0 ～，尽管该厂目前的中国代理对从美国进口的该厂产品订价极高。此外日本日立金属的P MH S S也属第一代质量水平。第二代P MH S S 当以1 9 9 1 年一2 0 0 3 年法国E r a s t e e l 公司生产的A S P2 0 0 0 系列为代表。其中间钢包为7t 容量。所谓E S H 技术就是带有电渣加热和吹A r 设备的中间钢包系统，2 个石墨电极浸入碱性电渣内。电流通过钢水表面的活性渣产生热量，可保证3h 内高速钢钢水雾化过程中温度稳定，又可使钢水脱硫、脱氧。同时自钢包底吹A r 搅拌，既使中间钢包钢水温度均匀化，又促进钢水净化反应。第三代P MH s s 当以2 0 0 0 年以后奥值乐钢厂的M i c r o c l e a nP MH S S 为代表。从图可看到采用最大的8t 中间钢包及E S H 技术。采用电磁搅拌以替代吹自炉底的微弱A r 气流进行钢水搅拌。气雾喷粉装置的喷嘴位置由紧接钢包渗孔的喷雾室顶部，改到了喷雾室顶侧面。1 ．3 制粉质量的提升和第三代粉末冶金钢种1 ．3 ．1 雾化粉末的粒度气雾化后收得的钢粉颗粒度及表面形态示于图2 。图2 不同雾化制粉工艺所得的钢粉颗粒尺寸比较圈传统第一和第二代P MH S S 的钢粉粉末颗粒有一个相对宽广的尺寸分布，1 0 ～1 0 0 0 弘m 直径。其过筛累积百分数为5 0 ％所对应的平均颗粒尺寸为1 4 0p m ，最大尺寸可达1 0 0 0 弘m 。奥伯乐钢厂的第三代P MH S 孓M i c r o c l e a n ，由于优化了喷粉雾化● 万方数据 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 3 2 粉末冶金工业 第1 7 卷 工艺，其过筛累积百分数为5 0 ％所对应的平均颗粒 尺寸为6 0p m ，其最大钢粉尺寸为5 0 0 弘m 。钢粉尺 寸要细得多，并有一个较均匀的尺寸分布，见图2 左 上角1 0 0 倍放大照片。由于钢水滴的快速凝固，形 成的铸造组织很细，其二次枝晶臂距为1 弘m 。P M H S S 的微粉使普通铸造高速钢的4 0 0k g 钢锭，下 降为4m g 微锭 粉 E r a s t e e l 公司 或为2m g 微锭 B o e h l e r 厂 。B o e h l e r 厂的较细微粉使热等静压后 的P MH S S 锭具有较高的强度，可不经锻轧直供用 户的特殊订货。 1 ．3 ．2 化学成分的波动范围 任何钢种化学成分的冶金允许范围的大小是确 保钢质量的至关重要因素。化学成分范围大小不仅 标识着冶炼技术水平的优劣，更重要的是它对钢材 的技术性能的稳定性和一致性的影响是极大的。钢 材的质量和性能对化学成分的波动非常敏感。通常 要求成分的波动范围愈小愈好。表1 给出第一、二 代P MH S S 化学成分中碳和钒含量的波动范围，第 二代钢达到了更高的技术要求水平。碳和钒是高速 钢和工具钢中最主要的合金化元素之一。它们的含 量对钢材的性能往往起关键性作用。由表1 数据可 知，第二代P MH S S 的成分波动范围几乎比第一代 缩小5 0 ％。 表1P MH S S 化学成分的波动／％ 质■分数 1 ．3 ．3 第三代粉末冶金高速钢和工具钢 第三代钢不仅有粉末冶金高速钢，而且还开发 了粉末冶金工具钢。它们的钢种和化学成分分别示 于表2 和表3 。 裹2 第三代P MH S S 的钢种及化学成份 A s P2 0 1 2吼6 0 2 12 o4 o1 ．5 五二．u 3 5 9 热作工具 A s P2 0 5 3 2 ．4 84 ．23 ．14 ．25 ．o 耐磨工具 K1 9 0 2 ．31 ．1 1 2 ．54 ．o6 5 冷作耐磨工具 K3 9 02 ．4 51 ．o3 ．8 4 ．29 ．oc o 一2 ．o6 4 冷作耐磨工具 M3 9 0L9 0o ．61 ．o 2o ．o4 ’o 意 ．。3 6 5 塑辩模具 注1 ．E r a s t e e l 公司的A S P2 0 1 2 ，A s P2 0 5 3 ，和B o e h l e r 钢厂的K3 9 0 均为1 9 9 7 年以后发展的新钢种 2P MH S S 非金属夹杂物的含量 2 ．1几代P MH S S 非金属夹杂物含量的变化 P MH S S 钢中的非金属夹杂物是由3 种原因产 生内在的夹杂物主要为冶炼时钢液脱氧产物，在钢 水凝结时析出。因雾化粉末凝结极快，故此类夹杂 物尺寸极小。其次雾化粉末的表面氧化物夹杂，目 前的技术已可将其降低到无害水平。最后外来夹杂 物，主要为钢渣和陶土炉衬碎粒等，为钢水所捕获， 其尺寸较大，将形成钢材的裂纹源，这是制约P M H S S 钢材强度、韧性和质量的关键因素，也是要解 决的主要问题。 从图3 中可看到在1 立方厘米钢材体积中可找 万方数据 第2 期吴元昌粉末冶金高速钢生产工艺的发展3 3到的非金属夹杂物数目对夹杂物尺寸 弘m 曲线。E S H 第二代P MH S S 的非金属夹杂物含量比第一代的减少了9 0 ％，而采用D v a l i d 。M 工艺的第三代P MH S S 的夹杂物含量比第二代的又减少了另一个9 0 ％，图4 并非为图3 中夹杂物尺寸小于2 5 肛m者那一段的放大图，因二者纵座标的单位是不同的。图3 为夹杂物数／立方厘米用超声波法测得，图4 为夹杂物数／平方厘米，用金相法测得。①E S H 一减少9 0 ％夹杂物②D u a l i n T M 减少另一个9 0 ％夹杂物图3 在1 立方厦米钢中能找到的非金属夹杂物数目圈4第二代与第三代P M SH S S 对尺寸小于2 5u m 非金一夹杂物含量的对比从图5 可看到第三代M i c r o c l e a nP MH S S 在1平方厘米钢试样面积上的非金属夹杂物尺寸和数字曲线，它远比第一和第二代P MH s S 的相应值要好得多，其6 弘m 尺寸的夹杂物已可压缩到极微量，此数据与图4 中D 阳l i n l M 的相应值差不多，二者水平相当。l击籁霹1 { | 5撇噬盥豳5第三代M i c r o c I e 舯P MH S S 与第一，第二代P MH S S 非金一夹杂物含量和尺寸对比圈2 ．2P MH S S 钢的非金属夹杂物含量和尺寸大小对钢材韧性和强度的影响对普通熔炼铸锭高速钢来说，淬回火后基体中残余碳化物数量远大于非金属夹杂物数量。以M 2钢为例，淬回火后碳化物总量不少于1 3 ％ 质量分数 ，大颗粒碳化物尺寸近1 2 ．5 弘m ，其非金属夹杂物恐不会超过1 ％，所以工厂历来重视碳化物分布形态和质量，而不提出对非金属夹杂物的检验要求。普通H S S 的强度决定于其碳化物带、网和堆集的程度。但对P MH S S 而言，它是烧结制品，在钢材整个断面上其碳化物细小 1 ～3 肛m 均匀分布，最大的也不超过6p m ，无碳化物不均匀这个不利因素，其强度转而决定于尺寸比碳化物大的非金属夹杂物尺寸和数量。由于钢的抗弯强度与极限缺陷直径的平方根成反比，消除大的非金属夹杂物是提高P MH S S 钢材强度和质量的根本途径之一。这也是为什么第二和第三代P MH S S 都强调从工艺上大幅度减少非金属夹杂物的数量，特别是特大夹杂物 ≥2 5 肛m 的理由，这样做的目的在提高P MH S S 的韧性和抗弯强度，文献u o 已充分证明上述论据。2 ．3 供货技术条件中允许的非金属夹杂物含量2 ．3 ．1第一代P MH S S 的非金属夹杂物含量依据乌克兰D S S 厂供货技术条件乌克兰D n e p r o s p e t s s t a l 钢厂 D S S 厂 在2 0 0 3年的供货技术条件中规定，其P MH S S 的非金属夹杂物含量可按A S T ME 4 5 一A 法检测，也可按D I N5 0 6 0 2 1 9 8 5 一K 法检查。按A S T ME 4 5 1 9 9 7 一A 法检查，其非金属夹杂物含量的平均值应符合表4 。裹4P MH S S 的非金一夹杂物含量规定注表中允许值与该厂晋通高速钢电弧炉冶炼后的L F ／V D 处理者相同，但低于该厂电渣重溶高速钢的允许值 A ，B ，C ，D 等4 种夹杂物，细系列均为1 ．5 ，粗系列均为1 ．0 。按D I N5 0 6 0 2 一K 法检查，应不超过K O ≤2 0 。2 ．3 ．2 第二代P MH S S 的非金属夹杂物含量依据法E r a s t e e l 公司的供货技术条件法E r a s t e e l 公司在2 0 0 2 年的供货技术条件中规定，P MH S S 中的非金属夹杂物含量按S S1 1 1 1 1 6 检查，在放大倍数2 0 0 X 下测量2 0 0m m 2 和在放大倍数l o o 下测量8 0 0m m 2 钢材待检测面 万方数据 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 3 4 粉末冶金工业第1 7 卷 积，要求为 大于5 ．6 肛m 的非金属夹杂物，最大累积数为 每平方毫米含o ．0 3 7 个 大于1 1 ．2 弘m 的非金属夹杂物，最大累积数为 每平方毫米含O ．0 0 2 4 个 在加硫的易切削P MH S S 中，硫化物夹杂不包 括在判定中。 该公司第二代P MH S S 的可抛光性能优于 E S R 电渣重溶的普通高速钢，结合表4 中的注，可 知此夹杂物含量的规定严于第一代P MH S S 的相 应规定，虽然这两个规定不能直接比较。 2 ．3 ．3 第三代P MH S S 的非金属夹杂物含量 依据奥B o e h l e r 钢厂的内部资料 2 0 0 4 年B o e h l e r 厂的E m a i l 中称第三代M i c r o c l e a nP MH S S 的非金属夹杂物含量按D I N 5 0 6 0 2 1 9 8 5 中方法K 0 检查 K 0 5m a x 与第一代P MH S S 规定的K O ≤2 0 相比，可知 第三代P MH s s 纯净多矣。法E r a s t e e l 公司的第 三代P MH S S 技术条件中，其非金属夹杂物含量的 规定与其第二代的相应值相同。 3 几代P MH S S 力学性能的提升 3 ．1第一、二、三代P MH S S 的韧性 高速钢在高硬度范围一般选用4 点抗弯试验和 冲击试验以获得其韧性数据。但测试数据的分散 性，往往使有效地分析一个参数，需采用1 0 个平行 试样。此外不同钢厂由于采用不同的试样尺寸和试 验方法，各厂提供的数据也不能直接用来相互比较。 从普通熔炼H S S 到第一代和第二代P MH S S 在抗弯强度上的改善一见表5 中E r a s t e e l 厂数据。 表5 第一及第二代P MH S S 不同取样方向的抗弯强度 E r a s t ∞I 抗弯强度／M P a 纵向／横向抗弯强度百分数／％ 5 ／4 39 0 045 0 054 0 0 37 0 0 2 1 51 2 81 2 22 9 6 注1 ．试样取自 1 0 0m m 钢材，熏直和平行于轧制方向分另口取样。再加工成5 7 0m m 抗弯试样。4 点抗弯试验上、下交点跨距分别为 2 0m m 和5 0m m 。 2 ．M2 ，M4 2 钢普通熔炼材。A s P2 3 ，A S P3 0 第一代P MH S S 。A S P2 0 2 3 ，A S P2 0 3 0 第二代P MH S S 。A s P2 3 和A s P2 0 2 3 ，A s P3 0 和 A S P2 0 3 0 的化学成份相同，但夹杂物含量不同。 3 ．N o ．4 与A s P2 0 2 3 交点之2 4 5 ％为4 4 0 0 ／1 8 0 0 ，1 2 5 ％为4 4 0 0 ／3 5 0 0 ，N o ．4 及N o ．6 中其它百分数的算法相同 表5 一N o ．3 显示从横向取样的普通熔炼H S s 到 第一代P MH S S ，其抗弯强度可提高约1 倍。N o ．4 显示第二代P MH S S 的抗弯强度可比第一代的再提 高约2 0 ％。此外，第二代P MH S SA S P2 0 0 0 系列钢 材的纵向与横向抗弯强度相差较小约2 2 ％～3 2 ％ 见N o ．6 ，而普通熔炼H S S M 2 ，M 4 2 的相应值达 2 0 0 ％以上并随钢材直径而变化，直径愈大。纵向和 横向抗弯强度相差值也愈大。这一点正是大尺寸、 高应力刀具应使用P MH S S 的理由之一。 事实上，第三代比第二代P MH S S 在抗变强度 上有明显的提高。 E r a s t e e l 公司、B o e h l e r 钢厂和C r u c i b l e 钢厂都 宣称各自的第三代P MH S S 比其第二代的抗弯强 度又提高2 0 ％，均发表了类似图6 的示意图，及个 别钢种的少数资料，而未发表全部的详细数据。 2 4 0 2 2 0 述2 0 0 晨1 8 0 篓t 6 0 翼1 4 0 1 2 0 l o o 图6C r u c ．b I e 厂的C P MH S S 热处理后 抗弯强度的逐年提高 E r a s t e e l 公司对M4 2 及A S P2 0 3 0 钢的数据 见表6 。试样取自夺1 0 0m m 钢坯，横向试样一夺5 7 0m m ，4 点抗弯试验，硬度6 7H R C 。 第三代D v a l i n T M 工艺A S P2 0 3 0 的横向抗弯强 度约比第二代E S H 工艺A S2 0 3 0 的相应值提高 2 0 ％。奥B o e h l e r 钢厂研究中心曾对第三代P M 万方数据 第2 期吴元昌粉末冶金高速钢生产工艺的发展3 5H S SM i c r o c l e a nS3 9 0 ，S5 9 0 ，S6 9 0 ，S7 9 0 和塑料模具工具钢M i c r o c l e a nM3 9 0 等5 个钢种的热等压后钢坯及再锻轧后的钢材取样，进行抗弯及冲击测试。各钢种共测试了1 3 0 个不同参数，每个参数的结果取1 0 个试样的平均值。在抗弯试验中得到抗弯强度，弹性及塑性变形功等数据，具体数值仅个别发表；但在有关论文中有一个拢统的结论性意见称若以第二代的P MH S S 抗弯强度为1 0 0 1 2 ％的话，则第三代P MH S S 的相应值为1 2 0 土6 ％。在所有的试样上，第三代M i c r o c l e a nP MH S S 均显示了明确的韧性增长及较小的散差。第一代到第三代A S P2 0 3 0P MH S S 钢的抗弯强度／M P a 横向试样第一代P M H s s 第二代P M ，s s 第三代P M H s s⋯E s H 工艺D v a l i n 工艺A S P3 0一一3 ．2P MH S S 的疲劳强度对比“静负载”来说，工具材料更需要的“动态周期负载”，也进行了应力比R O ．1 ，4 0 ～6 0 赫兹的疲劳试验，它对工具寿命是一个决定性因素。M i c r o c l e a nS 3 9 0的数据见图7 。从图中摘出的数据见表7 。圈7P MH S SS3 9 0 一第一代和第二代与M i c r o c f e a n 第三代的疲劳强度比较图 热处理1 1 3 0 ℃淬火；5 7 5 ℃。3 次回火口一在表面缺陷开始破断；●一在内部缺陷开始破断；★一未破损试样数目。图7 为P MH S SS3 9 0 的疲劳试验数据。左图为第一和第二代的，而右图为第三代M i c r o c l e a n的，对P MH S S 疲劳强度影响最大的2 个因素为试样表面粗糙度及钢材的纯净度。试样表面均磨到毫无瑕庇，这种钢材的非金属夹杂物的尺寸及数量起很主要作用。表7 第一，第二及第三代P MH s SS3 9 0 的疲劳强度第一和第二代P MH S S第三代P MH S SI s o m a t r i xS3 9 0M i c r o c l e a nS3 9 0注试样热处理1 1 3 0 ℃淬火；5 7 5 ℃，3 次回火从图7 和表7 均可明确见到，无论是试样表面产生裂纹源的还是2 0 0 万次循环后因内部缺陷断裂的疲劳应力幅度，第三代P MH S SM i c m c l e a nS 3 9 0的性能均比以前的第一代和第二代产品有一定的提高，这无疑是由于第三代P MH S S 极大改善了钢的纯净度的结果。4P MH S S 的应用4 ．1刀具品种的应用比例和热等静压大尺寸钢材据2 0 0 5 年国际H s S 论坛公布的2 0 0 4 年资料嗍，P MH S 在不同刀具品种上的应用比例见表8 。表8 不同刀具品种的P MH S S 和P V D 应用比例 ％N o刀具品种P MH S S 的应用比例P V D 的应用比例注表中数字是指欧美、日等刀具制造水平较先进国冢的情况。表8 中P V D 代表物理气相涂层，是高速钢刀具中应用得很广泛的一种表面涂层技术。通常涂层为T i N ，T i C N ，T i A l N 等以提高刀具的耐磨性和寿命。表中N o ．1 指齿轮刀具中约有7 0 ％是用P MH S s为原材料，而在全部齿轮刀具中约有9 0 ％是经过P V D 涂层的。6一东籼磊北一通M一普 万方数据 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 3 6 粉末冶金工业第1 7 卷 B o e h l e r 钢厂声称其第三代P MH S S 的钢粉颗 粒较细，使H I P 后的钢锭具有较高的强度，可不经 锻造直接供用户使用。有助于缩短交货期及降低材 料成本。 H I P 热等压后，不经锻轧，直接使用的大直径， 中空，及异型孔的第三代P MH S S 材，这种中空P M 钢材特别适宜于制造大直径拉刀，其外径≥1 4 0 m m ，内孔直径≥6 5m m ，壁厚≥3 0m m ，长度 o ．5 ～1 ．7m 。中空大拉刀十分有利于热处理，在全长 上内孔直径可以有变化以适应刀具设计的需要 见 图8 。此外还有扁块中具异型孑L 材料制造挤压模 具挤出口模块。 图8 中空大拉刀的不同截面H l P 材 4 ．2 第二代P MH S S 对刀具质量的影响 第三代P MH S S 由于问世才2 ～3 年，其对刀 具的有利影响数据只能见诸推理。有以下几点 1 极佳的韧性，耐冲击及震动性能好，能提高刀具的可 靠性。 2 可将刀具设计成较锋利的刀口。允许用 大走刀量以提高生产率。 3 产生新的高合金P M H S S 钢种，如D r a l i n T MA S P2 0 8 0 和M i c r o c I e a n S2 9 0 见表1 具有更高的耐磨性和红硬性。此外 在第二代P MH S S 刀具上已看到的优点是可减少 刀具刃口因小尺寸夹杂物造成的微崩刃磨损和因大 尺寸夹杂物造成的刃口崩缺破损，使刀具寿命延长 及予期刀具寿命稳定。 4 ．3 刀具表面粗糙度的影响 实践表明，改善高硬度 6 6H R C 刀具的表面 粗糙度可以充分利用第二代及第三代P MH S S 在 高硬度下还具有高强度的特点，见图9 。 图9 是E r a s t e e l 公司提供的第二代P MH S S 的抗弯强度试样表面粗糙度与抗弯强度的关系。硬 度7 0 H R C 的钢种因其断裂韧性值 K I C 较低，在 图9P MH S S 的抗弯强度与表面粗糙度的关系 与硬度6 5H R C 钢种相同的表面粗糙度情况下，其 抗弯强度较低；但若改善前者的表面粗糙度，例如到 R a o ．1 z 弘m ，则7 0H R CP MH S s 的抗弯强度也 能达到5G P a 50 0 0M P a ，与6 5H R C 钢在R a o ．5 弘m 下的抗弯强度相等。这是由于第二代P M H S S 已很纯净，材料本质好，能达到高强度，但制成 刀具后，刀具刃口是否能具有高强度，则与刃口的表 面粗糙度有很大关系。这是一个不同于普通熔炼高 速钢的概念。普通熔炼高速钢的抗弯强度是受制于 其共晶碳化物的不均匀性，一般为3 ．5G P a ，即使改 善抗弯试样的表面光洁度，抗弯强度提高的幅度也 不大。工具制造业对这一点应有足够的认识，尽管 工具业很早注意到许多重要刀具国外皆用P MH S S 制造，其前后刃面有比国产同类产品好得多的表面 粗糙度，但对其优越的切削性能往往只简单认为是 用了P MH S S 一面未注意其表面粗糙度的影响。 5小结 本文综述了第三代P MH S S 近年的发展及其 相关数据，企望我国工具业能及时了解P MH S S 的 世界水平并应用于提高刀具的性能。 参考文献 [ 1 ]B e r n sH ，e ta i ．T h ef a t i g u eB e h a v i o u ro fC o n v e n t i o n a l a n dP o w d e rM e t a l l u r g yH S S [ J ] ．J ．P o w d e rM e t a l l u r g y I n t e r n a t i o n a l ，1 9 8 7 ，1 9 4 2 2 2 6 ． [ 2 ]V a l e r i u sE ，e ta LN e wT e c h r l o l o g i e si nt h eC u t t i n g T D o lI n d u s t r y [ C ] ．H s SF o r u mC o n f e r e n c e ，2 0 0 5 ． 万方数据