編者按
100年前，美國機械工程師泰勒(F. W Taylor)和冶金工程師懷特(M. White)在經(jīng)過廣泛而系統(tǒng)的切削試驗之后，確立了切削用高速鋼的最佳成分W18Cr4V(C 0.75%斜孩，W 18%，Cr 4.0%艳禁，V 1.0%)臀胞，當(dāng)時切削中碳鋼速度為30m/min，比之前提高了十幾倍叮廉。這一成果帶來了機械加工的劃時代革命蛋济，也因此使得刀具材料在進入19世紀(jì)后呈現(xiàn)出異乎尋常的發(fā)展速度，創(chuàng)造了前所未有的輝煌炮叶。100年來碗旅，盡管不斷出現(xiàn)各種新的刀具材料，但高速鋼依然沒有被歷史所淘汰镜悉，一直沿用并發(fā)展至今祟辟，甚至曾長期占據(jù)霸主地位。
今天积瞒，我們重新審視高速鋼的發(fā)展，或許將為刀具材料的進一步發(fā)展帶來一些有益的啟發(fā)登下。在此茫孔，也一并將趙炳楨、吳元昌被芳、趙步青缰贝、吳立志4位專家在河冶2006高速鋼應(yīng)用技術(shù)交流會上的演講內(nèi)容整理成文馍悟，以饗讀者。 |
粉末冶金高速鋼（PM HSS）是高速鋼中的上品剩晴，國內(nèi)多數(shù)工具廠對它只有一個模糊的概念锣咒，只知它是一種性能優(yōu)良的高級高速鋼，而不知目前在我國市場上同時存在化學(xué)成分相同而質(zhì)量砰声、性能不同的第1代仆洞、第2代和21世紀(jì)初才開發(fā)的第3代PM HSS。
粉末冶金高速鋼發(fā)展及近況
上世紀(jì)70年代初沉南，PM HSS由瑞典Stora廠(現(xiàn)屬法國Erasteel公司)首先投入工業(yè)化生產(chǎn)甘直，此為第一代PM HSS，其鋼材的非金屬夾雜物含量相當(dāng)電弧爐后LF鋼包精煉的水平劣晾。
1991年瑞典Soederfors廠采用了ESH技術(shù)(電渣加熱法)呐蹂，使鋼更為純凈，與第一代PM HSS相比莫诺，非金屬夾雜物含量可減少90%伐种，抗彎強度可提高20%，采用ESH技術(shù)生產(chǎn)的PM HSS稱為第2代畸玲，該公司產(chǎn)品商標(biāo)也改變?yōu)锳SP 2000系列啡罗，如：鋼種ASP 2030。而其第1代產(chǎn)品稱ASP 30饰吕，二者化學(xué)成分相同刃唤。
法國Erasteel公司從2002年起對其第2代ESH PM HSS的生產(chǎn)全程進行了研究，并作了數(shù)項改進后白群，自2004年起其產(chǎn)品商標(biāo)稱DvalinTM尚胞，所有生產(chǎn)的及出庫產(chǎn)品均按此新標(biāo)準(zhǔn)，是該公司的第3代PM HSS帜慢。該公司第2代PM HSS采用ESH技術(shù)后笼裳，比第一代減少了90%的非金屬夾雜物，而第3代DvalinTM PM HSS比第2代又減少了另一個90%的非金屬夾雜物粱玲。若以每1cm3鋼中50μm尺寸非金屬夾雜物的數(shù)目計躬柬，則傳統(tǒng)或第1代PM HSS為0.6個，第2代的為0.03個抽减，而第3代DvalinTM的為0.002個允青。
非金屬夾雜物的大量減少，使PM HSS的抗彎強度逐代增加卵沉，以從φ100mm鋼材上取樣測定的橫向抗彎強度為例颠锉，熔煉鑄錠通常M42鋼，及第1代到第3代PM HSS 2030(S6.4-5.0-3.1-8.5)的抗彎強度變化見表1史汗。第3代PM HSS DvalinTM ASP2030的強度比第2代ESH ASP2030的相應(yīng)值又提高20%足贴，這使制成的刀具能承受更大的切削應(yīng)力和更耐沖擊負(fù)荷牡泡。
工具表面缺陷對工具性能的影響
與其他工具材料如硬質(zhì)合金相比，ASP鋼的一個最顯著的優(yōu)點為其高強度哮寨。這使工具制造者不僅可制造鋒利的刀具尔产，而且可讓他們的用戶使用大的進給量及工件材料去除率，在高負(fù)荷下使用工具瞎遗。PM HSS的高強度源于其獨特的具有高純凈度與細(xì)顯微組織的結(jié)合每此，使其內(nèi)部材料缺陷的水平極低。
因PM HSS中內(nèi)部缺陷的水平較低及尺寸較小悦浙，因此使由于工具的生產(chǎn)過程(非鋼“內(nèi)在”質(zhì)量)產(chǎn)生的工具表面缺陷有極大的可能性成為較大的缺陷愤栽，這意味著由于在工具制造過程中引入的表面缺陷會使因整體材料的高質(zhì)量而期望得到高強度并不一定總能實現(xiàn)。因工具表面經(jīng)常為工具承受最高應(yīng)力部分挟七，工具表面的缺陷也便經(jīng)常成為工具壽命的制約因素齿喧。
一個工具的表面質(zhì)量是在工具制造中不同加工步驟形成的結(jié)果，如熱處理相贺、磨削轻欣、最后表面制備等。工具最終的性能強弱決定于工具的表面質(zhì)量肃弟。表面質(zhì)量是從下列組合獲得的：
- 表面的“幾何性質(zhì)”：表面粗糙度玷室，存在的表面缺陷如磨削劃痕。
- 與材料整體相比笤受，接近表面部分材料的“組織穷缤、機械和化學(xué)變遷”。如相轉(zhuǎn)變箩兽、熱影響區(qū)津肛、滲碳、脫碳、氧化、殘余應(yīng)力琉用、塑性變形等。
- 其它缺陷如毛刺部蛇。高性能PM HSS常因其高合金含量而能熱處理到一個較高的硬度水平(66~70HRC)，但一般韌性將較差咐蝇。工具制造者為使淬硬到高硬度的刀具仍能具有足夠的韌性涯鲁，應(yīng)十分注意改善刀具刃口的表面粗糙度。硬度65HRC的高速鋼法雄，在表面粗糙度為Ra0.5μm時用兵，抗彎強度為5GPa；另一種硬度70HRC的高速鋼，在表面粗糙度為Ra0.2μm時涮愧，也能達到5GPa的抗彎強度。上述只能在近代PM HSS上實現(xiàn)跃渠。
我國PM HSS使用現(xiàn)狀
我國是高速鋼使用大國订搏，2005年真正高速鋼材產(chǎn)量約3.7萬噸，按國際高速鋼消費情況沛四，我國應(yīng)使用4500噸PM HSS框辞，但實際上連40噸都不到『可見我國PM HSS用材尚處啟蒙階段缤媒。
要改變這種情況，關(guān)鍵在于領(lǐng)導(dǎo)要轉(zhuǎn)變思維际器，要思進取岔冯。最典型的例子是縱樹形輪槽銑刀。國外用PM HSS已30多年舅逸，近年已換了一輪鋼種桌肴，以求更高的切削壽命，而國內(nèi)仍在使用M42鋼不變琉历，目前此刀國外產(chǎn)品的切削壽命已2~3倍于國產(chǎn)坠七，2005年該刀進口近1個億。
只有刀具生產(chǎn)者能瞄準(zhǔn)世界品牌旗笔，在質(zhì)量上求進取彪置，在用材上思革新，我們國家在PM HSS刀具的使用及生產(chǎn)上才能良性發(fā)展蝇恶，只有PM HSS使用面及量擴大拳魁，才能促進PM HSS的發(fā)展。
我國現(xiàn)有下列刀具已應(yīng)用PM HSS：干切齒輪滾刀(140~180m/min)艘包，縱樹形輪槽銑刀的猛，菌形葉根銑刀，雙金屬帶鋸齒形滾刀想虎，弧齒傘齒輪銑刀卦尊，高速齒輪滾刀(100~120m/min)，插齒刀桶悍，航空葉根拉刀等乐跺。由于筆者接觸有限，必有未述及者讼逐。應(yīng)用的PM HSS鋼種有：ASP2052症忽、S390(S10.5-2-5-8)、CPM T15凸翩、ASP2015(S12-0-5-5)牙晰、CPM M4HC暂臀、S690(S6-5-4)、ASP2030较谣、S590(S6.5-5-3.1-8.5)帐扯、S790(S6-5-3)等牌號。用戶可根據(jù)不同PM HSS生產(chǎn)廠的供貨條件選用趾赡。
筆者不甚了解的PM HSS和PM TS(粉末冶金工具鋼)的另一個廣大應(yīng)用領(lǐng)域是模具行業(yè)赴辨。模具對材料質(zhì)量要求高，皆選用優(yōu)質(zhì)原材料好勤。模具材料供應(yīng)商財大氣粗捣域，會在對PM HSS沒有足夠了解的條件下，一訂就是數(shù)噸宴合，牌號以CPM M4和ASP2023為主焕梅。烏克蘭出口我國的第一批20噸PM HSS，多數(shù)訂戶為深圳模具材料商人卦洽。筆者已遇到過必須用粉末冶金冷作模具鋼材能滿足產(chǎn)品使用壽命的用戶∏鹣溃現(xiàn)有沖模使用Cr12MoV鋼可獲得50萬次壽命，而用戶要求每次修磨壽命為500萬次逐样，只有換用粉末冶金冷作模具鋼蜗字，和國外用一樣的材料才行，模具行業(yè)將會成為PM HSS領(lǐng)域比工具行業(yè)更強壯的支柱脂新。此外航天用齒輪泵挪捕，一旦開發(fā)也必須用PM TS為原材料。
我國今年發(fā)電裝機容量達7500萬千瓦争便，居世界第一级零，各汽輪機廠任務(wù)繁忙。汽車產(chǎn)量將突破400萬輛滞乙，居世界第四淤汽。在這種形勢下部分關(guān)鍵汽輪機刀具、小轎車刀具必須采用PM HSS作原材料才能趕上國際水平脱处。因此卸能，樹立國際優(yōu)質(zhì)刀具水平的概念、破除舊思維已成當(dāng)務(wù)之急忍抗。
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