粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用

$%!&’ 为代表的新型淬火介质逐渐被推广应用，它不仅 具有良好的冷却特性，而且与油相比还具有安全可靠、 无火灾隐患的特点，所以受到众多企业的欢迎。 在应用的初期， $%!&’ 反映出的效果非常良好，但 随着时间的推移，这种水溶性淬火介质的缺点也开始暴 露出来，那就是它的老化问题。因水溶性淬火介质老化 引发的质量问题曾频繁出现，造成了许多无法挽回的损 失。某机车厂 !""& 年因淬火介质老化造成的材料毛坯 损失就在 &" 万元以上，中频淬火也出现大量表面淬火 裂纹。
几个国家的粉末冶金高速钢牌号、成分及热处理工艺
表 " 三代粉末冶金高速钢的制备技术与性能
类别 普通高速钢 项目 制备技术 特性 冶炼铸锭锻轧 第一代粉末冶金高速钢 ;4<=> .1 )-制粉热等静压烧结 第二代粉末冶金高速钢 ?-) .1 )-电渣加热法 ?-) 技术 第三代粉末冶金高速钢 @A<BCD;1.1 )-在 ?-) 技术基础上作数 项改进形成 @A<BCD;1法
物颗粒细小而均匀，一般为 % ( )! 最大尺寸不超过 & （ ，这就大大提高了钢的强度和韧性。 #! &） #" 粉末冶金高速钢的性能和特点 粉末冶金的特殊冶炼方法与普通高速钢相比，具有 更优异的性能和特点 （ 见表 %） 。
表 ! 粉末冶金高速钢与普通高速钢的性能对比
钢种 普通高速钢 项目 特性 碳 化 物 颗 粒 粗 大， 最大 直 径 尺 寸 可 达 *" &， 分 布 不 匀 有 ! 堆集 碳化物颗粒细 小， 一 般 为 % ( ) &，最 大 直 径 尺 ! 寸小 于 # &， 且 分 ! 布十分均匀 消除了共晶碳化 物的不均匀性 无偏析 可提高合金元素 含量，不 会 引 起 碳 化物颗粒粗化和成 分 偏 析， +、 ,-、 ./、 0、 .- 等 主 要 合金元素含量可高 达 *"’ 左右，碳化 钒 含 量 可 高 达 %*’ ，含 碳 量 最 高 !2*1’ 合金元素和碳化 物含 量 增 加，提 高 钢的 硬 度 和 耐 磨 性，不 影 响 钢 的 加 工性，其 车 削 和 磨 削性 好，无 需 锻 轧 加工 各 向 同 性，具 有 高 强 度、 高 硬 度、 高 耐 磨 性、 高 韧 性，适 用 于 高 冲 击 性、大 切 削 量 和 断 续切削加工 ## ( $!34. 粉末冶金高速钢
无碳化物不均匀度影 响，强度决定于非金属夹 杂物的尺寸和数量，’89: 钢中，以 &" 9 尺寸计数， ! 约有 ";< 个非金属夹杂物
盐浴、热处理工艺及硬度 加热 ’ ( !### 7 !!8# !### 7 !!8# !#"# 7 !"5# !#!# 7 !!8# !### 7 !!8# !!3# 7 !"&# !#$3 7 !!8# !!&# 7 !"## !!## 7 !!8# !### 7 !!8# !### 7 !!8# !### 7 !!8# !#"# 7 !"5# !#5# 7 !!8# !### 7 !!8# !#3# 7 !!8# !#3# 7 !!%# !!0# 7 !"## !!"# 7 !"!# !!8# 7 !""# !!8# 7 !"!# !!8# 7 !"!# 冷却 ’ ( 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 3## 7 33# 回火 & 次 ’ ( 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 35# 7 30# 33# 7 38# 30# 7 38# 30# 7 38# 30# 7 38# 30# 7 38# 30# 7 38# 硬度 )*+ 38 7 00 0# 7 0$ 0# 7 0$ 0# 7 03 05 7 0% 05 7 08 0& 7 0$ 0" 7 03 0& 7 00 0# 7 03 38 7 00 0# 7 0$ 0# 7 0$ 0# 7 03 05 7 0% 08 7 $! 38 7 00 03 7 08 05 7 08 00 7 0% 0% 7 $" 0% 7 $#
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国名 牌号 ,-."#"& ,-."#&# 瑞典 ,-."#3" ,-."#3& ,-."#0# -&%# 奥地利 -3%# -0%# -$%# ,-."#!$ ,-."#"& ,-."#&# 法国 ,-."#3" ,-."#3& ,-."#0# ,-."#8# ),.!# ),."# 日本 （ 日立 钢厂） ),.5# ),.3# ),.$# ),.$" 成分 预热 ’ ( /0123+4565 /0123+456&+28 /!#12"+4563+28 /512&+4568 /012$+4560+2!# /!#12"+4363+28 /0123+456&+28 /0123+4565 /0123+456& /&12&+456!+289: /0123+456& /0123+456&+28 /!#12"+4363+28 /512&+4568 /012$+4560+2!# /!!123+4560+2!0 /&120+4365 /"12$+4565+23 /0123+456&+28 /8120+4565+28 /!"12%+4563+2!" /!#12$+4563+2% 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 83# 83# 83# 83# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 0## 7 03# 预热 ’ ( 83# 83# 83# 83# 83# !#3# !#3# !#3# !#3# 83# 83# 83# 83# 83# 83# 83# 83# 7 %## 83# 7 %## 83# 7 %## 83# 7 %## 83# 7 %## 83# 7 %##
热 处 理
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栏目主持
李华翔
粉末冶金高速钢的特性、热处理工艺及应用
上海工具厂有限公司 （ !"""#$） 陈顺民 张 庆 祝新发
随着汽车、航天、航空、军工、信息技术产业及机 械制造业的迅速发展，现代的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，为此开发用于制造刀具 的优质材料更显得十分重要。 粉末冶金高速钢于 !" 世纪 #" 年代后期开始研制生 产，并在 $" 年代投入应用。粉末冶金高速钢特殊而先 进的冶炼方法是高速钢冶炼的一种创新，它造就了性能 介于硬质合金和普通高速钢之间的新钢种，使机械制造 加工业的刀具用材有了新的突破。作为一种性能优异的 新钢种，粉末冶金高速钢正逐渐被人们认识和接受，在 机械加工业中发挥越来越大的作用。 !" 粉末冶金高速钢的冶炼特性 与普通高速钢的冶炼相比，粉末冶金高速钢的冶炼 更具有其特殊性和先进性。普通高速钢通过电弧炉或感 应熔炼炉熔炼后，直接将钢液浇注成钢锭，然后再通过 锻造、轧制加工成钢材，但由于钢液浇注冷凝成钢锭 时，凝固速度十分缓慢，从钢液中析出大量的金属碳化 物，形成鱼骨状的莱氏体和团块状的粗大共晶碳化物， 并产生碳化物偏析，直接影响到钢的各种力学性能，特 别是钢的韧性。 而粉末冶金高速钢的冶炼则不同，经过电弧炉或感 应熔炼炉熔化的钢液不是直接浇注成钢锭，而是将熔化 的钢液通过喷嘴，喷入到高压氮气流中，钢液被迅速雾 化冷却成细小的钢粒，其直径一般小于 %&&。再将这样 制成的钢粉装入钢桶，对钢桶抽真空，使桶中钢粉间的 空气抽净成真空状态，然后焊合钢桶，再在高温高压下 将钢桶中的钢粉压制成形，形成热等静压烧结制备工 艺。由此可生产出致密度几乎为 %""’ 的粉末冶金高速 钢坯料，然后接下来再锻造、轧制成钢材。 由于粉末冶金在喷雾制粉过程中，钢液冷却速度十 分快，避免了普通高速钢铸锭过程中的许多缺陷，雾化 的钢液中碳化物来不及聚集长大形成团块状，因此碳化 1!
热加工
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热 处 理
从表 ! 中可看出，粉末冶金高速钢性能十分优越， 它具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性，以及可加 工性好的特点，是一种介于硬质合金和高速钢之间的新 材料。由于粉末冶金高速钢制造的刀具的切削性能在所 有切削加工领域内全面超越了原来的高速钢，其韧性优 于整体硬质合金刀具而越来越受到工具行业的青睐。 !" 粉末冶金高速钢的牌号、成分和常规热处理工艺 粉末冶金高速钢由于冶炼工艺十分复杂，制造成本 较高，因此至今世界上只有瑞典、美 国、奥 地 利、法 国、日本和俄罗斯等少数发达国家生产。由于粉末冶金
热加工
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热 处 理
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水溶性淬火介质冷却特性控制及应用
资阳机车有限公司 （ 四川 !"#$%#） 张太洪
热处理过程主要由加热和冷却两部分组成，产品的 状态一旦确定，冷却介质在冷却过程中将起着决定性的 作用。传统淬火介质主要是水和油，随着机械产品对力 学性能要求的不断提升，传统淬火介质的冷却特性已无 法满足热处理的需要。水的高低温阶段冷却速度均较 快，易产生淬火裂纹，而油的高低温阶段冷却速度均较 慢，使性能无法达到产品技术要求。开发理想的淬火介 质，即高温阶段冷却速度快而低温阶段冷却速较慢的介 质就成为一项新的课题而被广泛研究。 !" 世纪 #" 年 代 中 期，以 美 国 好 富 顿 公 司 推 出 的
碳化物颗粒度
共晶碳化物 不均匀度 成分偏析
较差 严重
合金元素含量受到 限 制， 合 金 元 素 增 加，碳 化 物 团 块 粗 大、偏 析 严 重， +、 合金元素含量、 ,-、 ./、 0、 .- 等主 碳元素含量 要合金元素重量百分 比 一 般 为 %"’ ( !1’ ，碳化钒含量不 超过 *’ ，含碳量最 高 %2#’
可加工性
合金元素和碳化物 含量增加，可加工性 差，磨削困难，锻轧 加工困难
力学性能
各向性能不同，且 比粉末冶金高速钢硬 度低、韧性差、耐磨 性差，存在一定的脆 性，适用制造一般切 削刀具 通用高速钢： #) ( ##34.； 高性能高速钢： #1 ( #534.
热处理硬度
#$$% 年 第 & 期 !!! 2 "#$%&’&() 2 $*" 2 $’
பைடு நூலகம்
用量不多，我国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，相信我国粉末冶金的生产将会快速到来。表 " 为几 个国家的粉末冶金高速钢牌号、成分及热处理工艺。 #" 粉末冶金高速钢的进展 粉末冶金高速钢自生产以来，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 "# 世纪 $# 年代的第一代，进化到 %# 年代的第二 代，再发展至 "! 世纪初的第三代。从表 & 中我们可了 解到三代粉末冶金高速钢的不同制备技术和性能特点。
（ 续）
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类别 普通高速钢 项目 特性 第一代粉末冶金高速钢 ()*+, -. /00 第二代粉末冶金高速钢 10/ -. /00 第三代粉末冶金高速钢 23*456(.-. /00
非金属夹杂物约 ’7 非金属夹杂物 左右，但钢的强度和性 能决定于碳化物不均匀 度