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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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隨著汽車、航天、航空、軍工、信息技術產業及機械制造業的迅速發展，現代的機械加工越來越追求“高精度、高效率、高可靠性和專業化” 目標，這就需要工具行業提供高切削性能的刀具，為此開發用于制造刀具的優質材料更顯得十分重要。
粉末冶金高速鋼于20 世紀60 年代后期開始研制生產，并在70 年代投入應用。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新，它造就了性能介于硬質合金和普通高速鋼之間的新鋼種，使機械制造加工業的刀具用材有了新的突破。作為一種性能優異的新鋼種，粉末冶金高速鋼正逐漸被人們認識和接受，在機械加工業中發揮越來越大的作用。
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性。普通高速鋼通過電弧爐或感應熔煉爐熔煉后，直接將鋼液澆注成鋼錠，然后再通過鍛造、軋制加工成鋼材，但由于鋼液澆注冷凝成鋼錠時，凝固速度十分緩慢，從鋼液中析出大量的金屬碳化物，形成魚骨狀的萊氏體和團塊狀的粗大共晶碳化物,并產生碳化物偏析，直接影響到鋼的各種力學性能，特別是鋼的韌性。
而粉末冶金高速鋼的冶煉則不同，經過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，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。由此可生產出致密度幾乎為100 % 的粉末冶金高速鋼坯料，然后接下來再鍛造、軋制成鋼材由于粉末冶金在噴霧制粉過程中，鋼液冷卻速度十分快，避免了普通高速鋼鑄錠過程中的許多缺陷，霧化的鋼液中碳化物來不及聚集長大形成團塊狀，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
粉末冶金的特殊冶煉方法與普通高速鋼相比，具有更優異的性能和特點 。
粉末冶金高速鋼性能十分優越,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，是一種介于硬質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域內全面超越了原來的高速鋼，其韌性優于整體硬質合金刀具而越來越受到工具行業的青睞。
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達國家生產。由于粉末冶金用量不多，我國尚未有企業生產粉末冶金高速鋼，不過隨著機械制造業的發展及國際機械制造業向國內的轉移，相信我國粉末冶金的生產將會快速到來。
4. 粉末冶金高速鋼的進展
粉末冶金高速鋼自生產以來，由于其制備技術的不斷優化和改進，在質量和特性方面不斷取得了新進展，已從20 世紀70 年代的第一代，進化到90 年代的第二代，再發展至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和性能特點。
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、高純度無偏析、細小的碳化物顆粒和各向同性同質的特點，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合又可替代硬質合金刀具，因此粉末冶金高速鋼在工具行業的應用前景十分看好, 越來越受到人們的關注。