粉末冶金高速钢——传统高速钢的替代品
粉末冶金高速钢是指通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末,然后在高温、高压下压制成形,再经烧结而成的高速钢。
粉末冶金高速钢是20世纪70年代开发的新型刀具材料,它是将高频感应炉炼出的钢液用高压氩气或纯氮气使钢水雾化得到细小均匀的结晶组织(高速钢粉末),再将粉末在高温、高压下制成刀具毛坯,也可先制成钢坯,再经锻造、轧制成刀具。
粉末高速钢的制造方法
粉末冶金高速钢改变传统的熔铸工艺,采用粉末冶金技术生产的高性能高速钢或直接成型的刀具材料。成分可与一般高速钢接近。工艺过程包括雾化制粉、粉末真空脱氧、制坯及烧成三个环节。雾化制粉是依靠高速惰性气体或高压水冲击熔融的钢液流,随即雾化成细小液滴并凝固成粉。
粉末经脱氧、制坯后在高温下烧结成材料或刀具。组织特点是不存在化学成分的偏析,碳化物颗粒很细,分布均匀,使韧性明显改善,从而允许增加碳化物的体积分数,提高耐磨性。热处理温度范围宽,能在很高温度下加热而不出现过热。热处理变形小,锻造、轧制和磨削性得到改善,常用来生产常规方法难以制造的含钒、铌较高的高速钢。还可在粉末中添加耐磨的超硬微粉,获得介于高速钢和硬质合金之间的高性能特种高速钢。
雾化制粉就是将熔融的高速钢水通过中间漏包,流经专门喷嘴,使用高压高纯惰性气体(Ar或N2)喷射钢水流,使其雾化成细小液滴,冷却后收集起来,由于液滴很细,热容量小,故冷却速度极快,可达一千~十万℃/s。在高速冷却下,一次共晶碳化物来不及长大,从而可得到无宏观碳化物偏折的高速钢粉末。
热致密化就是把高速钢粉末装入软钢薄壁容器(包套),抽真空脱氧密封后装入热等静压机。在高温高压下,把粉末“热固结”成完全致密的压实体,即粉末冶金高速钢。由于在热固结过程中不产生液相,因此粉末冶金高速钢完全保留了粉末颗粒无宏观碳化物偏析的特征,从而使各项性能得到明显提高和改善。
粉末高速钢与传统高速钢的差异
耐磨性:由于粉末高速钢的颗粒(粉末)细小而均匀,并不会出现凝固不均匀的现象,内部结构均匀而稳定,所以在热处理淬火温度相同的情况下,粉末高速钢的耐磨性能也会高于普通高速钢很多。
纯度:粉末高速钢在制备成型前,其原材料(粉末)都会进行严格的过滤筛选,这就会完全去除原料中的杂质和非金属物质,就能让粉末高速钢成型后成分稳定,保证其产品质量。
无方向性:粉末高速钢是由极小的颗粒(粉末)加压烧结而成,所以整个产品各个部位性能和强度都会相同,就不会出现普通高速钢那样横向或者纵向的组织结构,整个产品的综合性能也就会更高。
有规律变形:虽然粉末高速钢有着特殊的结构,在热处理过程中同样也会出现尺寸变形,但与普通高速钢无规律的变形相比较(有些部位变大,有些部位变小),粉末高速钢会整个产品有规律的变形(所有部位都会同时变大)。
粉末钢的应用
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。粉末冶金高速钢的崛起,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,正在机械行业发挥越来越大的作用。
粉末冶金高速钢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,还具有合金含量高、纯度高、无偏析、碳化物颗粒细小和各向同性同质等特点,因而得到了广泛的应用。可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,还常用于麻花钻、机用丝锥、铰刀等;在锯条行业粉末冶金高速钢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。
粉末冶金高速钢一般是普通高速钢价格的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,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。
部分信息来源:禾锐材料科技
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