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1、粉末冶金模具材料之粉末冶金高速钢 粉末冶金模具材料之粉末冶金高速 钢 2011 年 09 月 13 日 粉末冶金高速钢（PMHS）S 是高速钢中的上品，国内多数工具厂对它 只有一个模糊的概念，只知它是一种性能优良的高级高速钢。硬度 65HRC 勺高 速钢，在表面粗糙度为 Ra0.5m时，抗弯强度为 5GPa 另一种硬度为 70HRC 的高速钢，在表面粗糙度为 Ra0.2m时，也能达到 5GPa 的抗弯强度。这只能 只能在近代PMHS 上实现。在目前高性能刀具材料如硬质合金、金属陶瓷、金 刚石、立方氮化硼等超硬材料不断发展的同时，高速钢尤其是粉末冶金高速 钢，凭借其在强韧性、工艺性及可加工性等方
2、面优良的综合性能，在复杂刀具 特别是切齿刀具、拉刀和各类铣刀制造中仍占有明显优势，应用相当广泛。在目前高性能刀具材料如硬质合金、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼 等超硬材料不断发展的同时，高速钢尤其是粉末冶金高速钢，凭借其在强韧 性、工艺性及可加工性等方面优良的综合性能，在复杂刀具特别是切齿刀具、拉刀和各类铣刀制造中仍占有明显优势，应用相当广泛。粉末冶金高速钢的冶炼不同，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 1mm 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
3、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 100%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 碳化物颗粒细小而均匀，一般为 13 卩 m（最大尺寸不超过 6 卩 m），这就大大提高了钢的强度和韧性。高速钢含有大量 W、Mo、Cr、V 等元素，其与碳形成的合金 碳化物 提 高了钢材性能。由于粉末高速钢冶炼的独特性，合金元素含量更高，尤其是高 V、高Co钢的应用较为普遍。高速钢
4、中的 W Mo 作用相似，与碳形成的合金 碳 化物通过溶解及析出强化，使高速钢具有 特殊的二次硬化效果，红硬性大大提 高；钢中 V是强的碳化物形成元素，VC细小弥散，提高了钢的耐磨性，随着 V 含量的提高，高速钢的抗磨粒磨损性能大幅提升；Co是固溶强化最强的合金 元素之一，通过固溶基体强化来提高高速钢的硬度及热硬性，改善了刀具切削 性能，使刀具寿命大为提高。图 1 为几种粉末高速钢与典型高速钢的性能特点 对比。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
5、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。粉末高速钢由于良好的组织一致性和 碳化物 的无偏析，弥补了普通冶 炼高速钢的严重缺陷，使钢材质量和性能全面提高。粉末冶金高速钢刀具在加 工铁基高温合金、钛合金、超高强钢等难加工材料时表现出了良好的切削性能 及综合力学性能。由于粉末高速钢冶炼及雾化制粉的特殊性，工艺及设备要求 相对复杂，钢材制造成本较高，目前在精密复杂刀具生产中应用较多，还有待 进一步推广应用。粉末冶金高速钢因具有极佳的韧性和机加工性能、良好的红硬性、较 高的抗压强度和高的耐磨性，具有高合金含量、高纯度无偏析、细小的 碳化物 颗粒和各向同性同
6、质的特点，而得到广泛的应用。它被用作加工钛和铝合金等 有色金属的刀具，用作加工齿轮铣刀、滚刀、插齿刀、剃齿刀等刀具，也可用 品国内多数工具厂对它只有一个模糊的概念只知它是一种性能优良的高级高速钢硬度勺高速钢在表面粗糙度为时抗弯强度为另一种硬度为的高速钢在表面粗糙度为时也能达到的抗弯强度这只能只能在近代上实现在目前高性能刀具材性工艺性及可加工性等方面优良的综合性能在复杂刀具特别是切齿刀具拉刀和各类铣刀制造中仍占有明显优势应用相当广泛在目前高性能刀具材料如硬质合金金属陶瓷金刚石立方氮化硼等超硬材料不断发展的同时高速钢尤其是粉末制造中仍占有明显优势应用相当广泛粉末冶金高速钢的冶炼不同过电弧炉或感应熔
7、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作侧面铣刀、成形铣刀和拉刀，也常用于麻花钻、机用丝锥、铰刀等制造。在 锯条行业用作带锯双金属钢带，还用作精密冲切工具和冲头冲模的制造、以及 其他模具制造。由于粉末冶金价格较贵（一般是普通高速钢的 48 倍），所以 考虑成本因素，粉末冶金高速钢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 23 倍），在冲击负荷大的切削场合又可替代硬质合金刀 具，因此粉末冶金高速钢在工具行业的应用前景十分看好
8、，越来越受到人们的 关注。我国是高速钢的使用大国，2005年高速钢材产量约 3.7 万吨，按国 际高速钢种的消费结构，我国应使用 4500吨 PMHSS 但实际上连 40吨都不 到。可见我国粉末冶金高速钢用材尚处于起步阶段。要改变这种情况，关键在 于要转变观念。品国内多数工具厂对它只有一个模糊的概念只知它是一种性能优良的高级高速钢硬度勺高速钢在表面粗糙度为时抗弯强度为另一种硬度为的高速钢在表面粗糙度为时也能达到的抗弯强度这只能只能在近代上实现在目前高性能刀具材性工艺性及可加工性等方面优良的综合性能在复杂刀具特别是切齿刀具拉刀和各类铣刀制造中仍占有明显优势应用相当广泛在目前高性能刀具材料如硬质合金金属陶瓷金刚石立方氮化硼等超硬材料不断发展的同时高速钢尤其是粉末制造中仍占有明显优势应用相当广泛粉末冶金高速钢的冶炼不同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