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粉末冶金高速钢刀具展现其强大竞争力

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粉末冶金高速钢刀具展现其强大竞争力

  自20世纪70年代以来,高速钢刀具的市场份额逐渐被硬质合金刀具所蚕食。但近年来,随着粉末冶金高速钢(P/MHSS)刀具切削性能的提高,高速钢刀具的市场占有率又有所回升。与普通高速钢刀具相比,粉末冶金高速钢刀具硬度更高、韧性更好、更耐磨损,因此在某些应用领域(如高冲击性、大切除量的加工场合),粉末冶金高速钢刀具有逐渐取代脆性较大、在切削冲击下易发生碎裂的整体硬质合金刀具的趋势。 

  粉末冶金高速钢制造工艺于20世纪60年代后期在瑞典开发成功,并于70年代初期进入市场。该工艺可在高速钢中加入较多合金元素而不会损害材料的强韧性或易磨性,从而可制成具有高硬度、高耐磨性、可吸收切削冲击、适合高切除率加工和断续切削加工的刀具。 

  高速钢刀具材料主要由两种基本成分构成:一种是金属碳化物(碳化钨、碳化钼或碳化钒),它赋予刀具较好的耐磨性;二是分布在周围的钢基体,它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。制备普通高速钢时,是将熔化的钢水从钢水包中注入铸模,使其缓慢冷却凝固。此时,金属碳化物从溶液中析出,并形成较大的团块。高速钢中添加的合金含量越多,碳化物团块就越大。达到某一临界点时,可形成尺寸极大的碳化物团块(直径可达40mm)。出现大的碳化物团块的临界点根据钢锭的尺寸以及其它因素而略有不同,但一般是在碳化钒含量达到约4%时发生。通过对钢锭进行锻造、轧制等后续加工,可以粉碎其中一部分碳化物团块,但不可能将其完全消除。虽然增加钢材中金属碳化物颗粒的数量可以改善材料的耐磨性,但随着合金含量的增加,碳化物的尺寸及团块数量也会随之增加,这对于钢材的韧性会产生极其不利的影响,因为大的碳化物团快可能成为产生裂纹的起始点。 

  粉末冶金高速钢的制备工艺与普通高速钢的制备工艺不同,熔化的钢水不是直接注入铸模,而是通过一个小喷嘴将其吹入氮气流中进行雾化,喷出的雾状钢水迅速冷却为细小的钢粒(直径小于1mm)。由于钢水溶液中的碳化物在快速冷却过程中来不及沉淀和形成团快,因此获得的钢粒中碳化物颗粒细小且分布均匀。将这些钢粉过筛后置入一个钢桶中,并将钢粉中间的空气抽净形成真空状态,然后在高温、高压下将钢桶中的钢粉压制成型,即可得到致密度为100%的粉末冶金高速钢毛坯。这一制备工艺被称为热等静压(hotisostaticpressing,HIPing)成型。然后可对毛坯进行锻造、轧制等后续加工。 

  利用热等静压成型工艺制备的粉末冶金高速钢中的碳化物颗粒非常细小,而且不管其合金含量为多少,这些碳化物颗粒都可均匀分布于整个高速钢基体中。