粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用

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200093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TGL4245文献标识码A文章编号100816902008020014003CHARACTERISTICS，HEATTREATMENTPROCESSANDAPPLICATIONOFPMIIIGLLSPEEDSTEELSCHENSHUNMIN，ZHANGQING，ZHUXINFASHANGHAITOOLWORKSCO，LTD，SHANGHAI200093ABSTRACTPMHIGHSPEEDSTEELSPMHSSPRODUCEDBYTHEHOTISOSTATICPRESSINGWILLHAVESUCHMERITS鹊FINERSTRUCTURE，SEGRATIONFREE，HIGHERALLOYINGELEMENTCONTENT，BETTERWORKABILITYANDMECHANICALPROPERTIES鹪WELL鹊WEARABILITYANDSOON鹊COMPAREDWITHCONVENTIONALHIGHSPEEDSTEELSTHETHIRDGENERATIONPMHSSHASBEENDEVELOPEDABROADUPTONOWTHEPMHSSISFINDINGANEXTENSIVEAPPLICATIONTOTOOLANDDIEMANUFACTURESKEYWORDSPMHSS；CHARACTERISTICS；HEATTREATMENT；APPLICATION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20世纪60年代后期开始研制生产，并在70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1MM。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100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一3UM最大尺寸不超过6M，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20061227作者简介陈顺民194411，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0216548781514热处理2008年第23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TABLE1CHARACTERISTICSOFPMANDCONVENTIONALHIGHSPEEDSTEELS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TABLE2GRADES，COMPOSITIONSANDHEATTREATMENTPROCESSESOFPMHIGHSPEEDSTEELSMADEINSEVERALCOUNTRIES热处理2008年第23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70年代的第一代，进化到90年代的第二代，发展至21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TABLE3PRODUCINGTECHNOLOGIESANDCHARACTERISTICSOFTHREEGENERATIONSOFPMHIGHSPEEDSTEEL5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48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23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，2005，217一182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，2005，2613033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FEC和FEFE，C合金相图与热处理温度，FEC和FEFE，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2007年11月召开的北京国际热