詳解粉末冶金高速鋼
雖然從市場的全局而言,和整體硬質合金刀具相比,高速鋼刀具的份額在下降,但在某些應用場合中,刀具韌性仍至關重要。所以高速鋼刀具仍不失為一種經濟實用的選擇。
高速鋼刀具至今仍在加工業占有一席之地,主要歸功于其制造工藝上的一項巨大進步:粉末冶金高速鋼誕生。這個方法在1970年開始引入特殊鋼工業后,迅速促進了高速鋼性能的提高。在保持原有耐磨性的情況下,使其硬度接近硬質合金的水平。
粉末冶金高速鋼的主要工藝過程是:把已加入合金元素的預煉高速鋼,用感應爐熔化,然后用氣體噴霧制粒。這個過程有點像從瓶里噴香水。但和噴 香水不同之處是,鋼水噴出后迅速固化成均勻的顆粒。然后把顆粒裝入一個大型的可壓縮圓桶,進行熱等靜壓,形成致密毛坯,然后進行鍛造或軋制。
這種方法的最大特點是多種合金元素能在鋼材內得到均勻分布,從而解決了原來鑄錠法煉鋼的一個固有難題:合金元素在鋼內的偏析。偏析造成產品的不一致性,會影響材料的使用性能。
此外,粉末冶金方法可以使鋼中的合金元素含量大大增加,這在傳統的鑄錠煉鋼工藝是做不到的。
Carpenten粉末制品公司的技術服務經理BudCarnes指出,該公司生產的一種名為Micro-MeltMaxanet的粉末高 速鋼,含鎢13%,鈷10%,釩6%,鉻4.75%,含碳量達2.15%。若不采用粉末冶金法,不可能達到如此高的合金含量。他說:"也許我們用如此高合 金含量的鋼鑄出了鋼錠,也許這個鋼錠在冷卻和凝固時沒有產生裂紋。但是最終內部結構不均勻的問題是無法避免的,鋼錠將形成大塊碳化物偏析。"
Crucible材料公司的技術副總裁JellyWright同意這種觀點,即傳統的鑄錠工藝限制了合金元素的含量。他說:"粉末高速鋼工 藝的不同之處在于,噴霧制粒時迅速凝固,形成了特別細的碳化物,直徑最大3μm,平均1μm。而鑄錠工藝中形成的碳化物直徑達到40μm。
高速鋼典型的合金元素有:碳、鉻、鉬、鎢、釩和鈷。鎢、鉬、鈷的作用是改善材料的"紅硬性",使之能承受刀具和工件摩擦產生的熱量。按照美國金屬協會的"材料手冊"釩形成的碳化物最硬,從而提高了高溫耐磨性。
GriggrSteel公司副總裁兼總經理MarkMullen指出,該公司粉末高速鋼開發中心,在合金元素大量加入高速鋼的工藝方面,正 在取得一系列具體進展。他說:"隨著制作方法的不斷改進,煉鋼人員現在已能煉出含量越來越高的合金材料。而通過這些不同的合金成分,就可針對用途獲得不同 的特性。"
Carpenter公司的新型高合金高速鋼Micro-MeltMaxanet,在測試溫度為1000°F(538℃)時,其紅硬性為 63.0HRC。熱處理參數為:奧氏體轉變溫度為2250°F(1232℃),回火溫度為1025°F(552℃)。與之對比的T-15常規高速鋼,在類 似條件下的紅硬性為580HRC。
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