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发布时间:2021-10-10 09:20:30 阅读: 来源:浴盐厂家

粉末冶金高速钢的选择与应用

切削技术的发展依赖刀具技术和高速机床技术的进步,刀具与机床的正确选用常起着决定性作用。采用耐热性更好的新型刀具材料及涂层、合理设计刀具结构与几何参数、选择最佳的切削速度是实现切削加工优化的重要保障。在目前高性能刀具材料如硬质合金、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼等超硬材料不断发展的同时,高速钢尤其是粉末冶金高速钢,凭借其在强韧性、工艺性及可加工性等方面优良的综合性能,在复杂刀具特别是切齿刀具、拉刀和各类铣刀制造中仍占有明显优势,应用相当广泛。

1 高速钢发展及粉末高速钢冶炼工艺特点

以切削刀具为主要用途的高速钢已经历了百年的发展历程。1900 年法国巴黎世界博览会上,美国人Taylor和White成功进行的高速切削演示标志着高速钢的应用拉开了序幕。多年来,高速钢刀具一直占据着机械加工领域的主导地位,其发展简史见表1。表1 高速钢发展简史

年代主要大事记1870~1898英国人Mushe操作人员可以对比装备的操作使用中的故障排除1章中快速检查出属于哪1类故障t发明应用Mn-W自硬工具钢,切削中碳钢速度8m/min1898~1900美国人Taylor、White以Cr-W5、试样断裂后钢取代Mn-W自硬钢,创立了高速钢。切削中碳钢速度达20m/min1910确立T1(W18Cr4V)钢成分,切削中碳钢速度达30m/min1937~美国人Breelor发明W-Mo系高速钢M21939 ~美国发明高碳高钒高速钢,含钒3~5%,淬回火硬度达67~68HRC,耐磨性好,可磨削性差。1958~1963平衡碳理论提出与应用,美国发明M40系高速钢,硬度达70HRC,如M41,M421965~美国Crucible Steels公司发明粉末冶金法生产高速钢1970~瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速钢投产;电渣重熔高速钢开始用于大截面材生产1980 ~欧、美、日、俄等国开始生产粉末冶金高速钢;氮化钛涂层用于高速钢切削刀具,寿命大幅提高1990 ~粉末冶金高速钢实现高合金冶炼,新钢种热处理硬度达70~72HRC

高速钢传统冶炼制造工艺通常采用大吨位电弧炉冶炼、模铸浇铸成锭。电弧炉冶炼,钢水容量大,成分均匀,可通过炉外精炼、真空脱气等提高钢水质量;但由于钢锭浇铸尺寸较大,钢水冷却缓慢,且高速钢化学成分复杂,合金元素含量高,使其莱氏体组织粗大,碳化物偏析严重。碳化物偏析程度反映了高速钢质量的优劣,严重的偏析降低了高速钢的性能,使钢的锻、轧加工困难,高合金、高性能高速钢的发展受限。

粉末冶金高速钢改变了传统的高速钢浇铸与成锭工艺,采用了雾化制粉及压力加工成形。国际上较先进的粉末高速钢制造基本工艺是将冶炼完、符合化学成分要求的钢水经强力高压氮气雾化,细小液滴瞬间迅速凝固成合金粉末颗粒,其粒度相当于一般铸锭亿万分之一的“超细小钢锭”,形成了极快冷凝固制粉。雾化制粉完成后,合金粉末颗粒经筛分、装包套、摇实、抽真空脱气等工序,再经冷、热等压力加工成锭。粉末冶金高速钢的优点为成分均匀、碳化物无偏析,易实现高合金化;与电炉钢比较,其强韧性大幅度提高,热处理变形小,尺寸稳定性高,可磨削性能好。

2 粉末冶金高速钢主要牌号及成分

传统冶炼生产的高速钢牌号均可运用粉末冶金方法生产,而高钒、高钴等高合金高性能高速钢却是粉末冶金高速钢所独有的牌号(如ASP2060、ASP2080等)。表2为粉末冶金高速钢主要牌号及成分范围。 表2 粉末冶金高速钢主要牌号及成分(wt%)

序号牌号CCrWMoVCo其它1M2-PM0.95~1.053.75~4.505.50~6.754.50~5.501.75~2.20max0.502M3-PM1.15~1.253.75~4.505.00~6.754.75~6.502.75~3.25max0.503M4-PM1.25~1.403.75~4.755.25~6.504.25~5.503.75~4.50max0.504M7-PM0.97~1.053.50~4.001.40~2.108.20~9.201.75~2.25max0.505M35-PM0.88~0.953.80~4.506.00~6.704.70~5.201.70~2.004.50~5.006M42-PM1.05~1.153.50~4.251.15~1.859.00~10.00.95~1.357.75~8.757M48-PM1.42~1.523.50~4.009.50~10.504.75~5.502.75~3.258.00~10.00S≤0.078M50-PM0.78~0.883.75~4.50max0.203.90~4.750.80~1.25max0.509M61-PM1.75~1.853.50~4.2512.10~12.96.00~6.754.50~5.25max1.00P≤0.0210ASP20151.50~1.603.75~5.0011.75~13.0max1.004.50~5.254.75~5.2511ASP20170.80~0.853.80~4.502.85~3.253.90~4.200.95~1.357.75~8.75Nb:1.0012ASP20301.25~1.353.80~4.506.00~6.704.70~5.202.70~3.208.10~8.8013ASP20532.30~2.603.80~4.504.00~4.502.80~3.507.75~8.20Max0.5014ASP20602.15~2.453.80~4.506.00~6.806.70~7.306.20~6.8010.10~10.815ASP20802.30~2.603.8~4.3010.50~11.54.80~5.305.80~6.2015.50~16.516S390-PM1.55~1.654.50~5.009.50~11.002.00~2.404.60~5.207.60~8.3017S390-PM-MOD1.65所以~1.755.95~6.3510.0~10.753.10~3.404.00~4.507.70~8.30S≤0.0218HSPM1.21~1.343.80~4.509.00~10.003.20~3.903.00~3.509.50~10.519HS-PM0.75~0.833.80~4.5017.5~18.500.50~0.801.40~1.704.50~5.0020HS-PM1.20~1.353.80~4.5011.5~12.500.70~1.003.50~4.50max0.5021CPM10V*2.35~2.554.75~5.50max0.501.10~1.459.3~10.25max0.50S≤0.0922CPM10V-MOD2.80~3.007.75~8.25max1.001.20~1.609.25~1025max0.50注:上表中一般均要求,P≤0.03%,S≤0.03%,N≤0.08%,O≤0.015%,Ar≤0.05ppm;*为合金工具钢

3 粉末冶金高速钢的选用

高速钢含有大量W、Mo、Cr、V等元素,其与碳形成的合金碳化物提高了钢材性能。由于粉末高速钢冶炼的独特性,合金元素含量更高,尤其是高V、高Co钢的应用较为普遍。高速钢中的W、Mo作用相似,与碳形成的合金碳化物通过溶解及析出强化,使高速钢具有特殊的二次硬化效果,红硬性大大提高;钢中V是强的碳化物形成元素,VC细小弥散,提高了钢的耐磨性,随着V含量的提高,高速钢的抗磨粒磨损性能大幅提升;Co是固溶强化最强的合金元素之一,通过固溶基体强化来提高高速钢的硬度及热硬性,改善了刀具切削性能,使刀具寿命大为提高。图1为几种粉末高速钢与典型高速钢的性能特点对比。

图1 几种粉末高速钢与典型高速钢的性能特点对比

刀具材料的选择需要考虑刀具类别、机床及切削条件、被加工材料及硬度等因素。随着数控机床、中硬材料切削及高强钢的大量应用,对切削刀具的性能要求越来越高,刀具必须具备更高的硬度、红硬性、耐磨性及韧性。一般来讲,对于要求高耐磨、高韧性的刀具,如高寿命丝锥、拉刀、单齿薄刃刀具等,可选择高碳高钒粉末高速钢,典型牌号有M3-PM、M4-PM、M61-PM等;对于要求高速切削、高热硬性、高寿命的刀具,如并且编织袋上装有芯片齿轮滚刀、插齿刀、数控机床用各类铣刀,可选择高钒高钴粉末高速钢,典型牌号有ASP2015、ASP2030、ASP2060等。

4 结语

粉末高速钢由于良好的组织一致性和碳化物的无偏析,弥补了普通冶炼高速钢的严重缺陷,使钢材质量和性能全面提高。粉末冶金高速钢刀具在加工铁基高温合金、钛合金、超高强钢等难加工材料时表现出了良好的切削性能及综合力学性能。由于粉末高速钢冶炼及雾化制粉的特殊性,工艺及设备要求相对复杂,钢材制造成本较高,目前在精密复杂刀具生产中应用较多,还有待进一步推广应用。(end)

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