制造高性能粉末冶金材料的新途径

随着高性能粉末冶金材料的发展。出现了各种热成形工艺,同时在传统粉末冶金工艺的基础上开拓了另一途径——烧结致密。利用这个方法可获得基本致密(大于98%理论密度)的粉末冶金材料,因而性能显著提高。本文以以冶高速钢为例,综述了其发展概况。     

烧结合金活塞环

活塞环是内燃机中的易损件。它经常处在高温、高压、高速、摩擦不均和润滑不良的条件下工作,因而必须要有较高的机械性能、良好的耐磨性与可靠的弹性热稳定性。活塞环-缸套摩擦副的耐磨性,决定着发动机的工作期限。目前使用的灰铸铁活塞环,其材料性能及制造方法都不能满足日益增长的动力机械工业的发展要求。因此近年来对活塞环的新制造方法进行了探索研究,其中用粉末冶金方法制造是其发展方向之一。     

烧结致密法制取粉末高速钢

粉末高速钢是七十年代的新型工具材料。用氮气雾化一热等静压法生产粉末高速钢已有十余年历史。除此之外,烧结致密法也是一项业已投入小批量生产的新的制取粉末高速钢的方法。该方法的要点是采用传统的粉末冶金工艺,将水雾化粉末的压坯于接近出现液相的温度下,通过真空烧结获得形状近于成品、相对密度不低于98％的制品。这种工艺的特点是:     

PVN超硬粉末高速钢

一机部上海材料研究所在上海工具厂协助下,以水雾化法制取优质高速钢粉末,分别采用烧结致密和模锻二条工艺路线,制成了无钻的PVN超硬高速钢,在十多家工厂中使用,均获得满意的效果,其性能和特点是:1.不含稀缺的钻,符合我国资源情况,便于推广生产。2.综合性能好,碳化物分布细小均匀,各向同性,硬度HRC 67～69,抗弯强度220～280公斤/毫米~2,冲击值0.8～1.5公斤·米/厘米~2,红硬性高,600℃保温4小时HRC为66～67。它的硬度虽高,但可磨性仍很好,为铝高速钢的2～3倍,与铸锻W18Cr4V1钢相近,切削寿命为W 18Cr4V 1     

超硬粉末高速钢的研制

近代材料和机械工业的发展,对高速钢切削刀具提出了高硬度、强韧性、耐磨、易磨削及高红硬性等要求,但由于熔铸本身造成的碳化物粗大偏析难以克服,因而没有充分发挥合金成份的应有作用和显示材料的应有性能。于是,六十年代末产生了粉末冶金法生产无偏析高速钢的新工艺,七十年代初瑞典的ASEA-STORA和美国的CRUCIBLE公司用热等静压法正式生产粉末高速钢,年产量分别为3000吨和1200吨。在制造工艺上又陆续出现了热挤压、粉末锻造和直接烧结致密法等。据初步估计,目前国外研究和生产粉末高速钢的单位不少于14个国家74个公司。我国七十年代初也开始研究粉末高速钢,但基点是建立在高速钢切屑的利用上。哈一工、哈二工及上工厂均有少量生产,但质量仅能与铸锻钢相比。北京钢铁研究总院用氮气雾化制粉和热挤压成材研制了含钴的T15超高速钢取得一定成绩。我们于1978年开展了水雾化粉末制取无偏析高速钢的研究。继W18Cr4V1粉末高速钢(以下简称PT_1)之后又开展了新型刀具材料的研究,吸收了北京钢铁学院无钴高速钢研究经验,研制成功了W12Mo3Cr4V3N0.4超硬高速钢(以下简称PVN),分别用粉末锻造与直接烧结致密法制成切削刀具,性能优良,使用寿命为铸锻W18Cr4V1钢的2～4倍,优于含铝的5F6超硬高速钢。并有可磨削性好、成本较低的优点。     

国外超硬粉末高速钢的研究和应用

近代工业的发展对加工不锈钢、超高强度钢、高温合金和钛合金时用的刀具材料提出了更高的要求。而目前使用的一般高速钢已经难以胜任。寻找硬度更高、韧性和耐磨性比较好的新型高速钢已成为当务之急。在以传统方法制遣的高速钢材料中,由于钢锭凝固时冷却缓慢而引起的碳化物严重偏析和粗晶结构明显地损害工具的性能,例如材料硬度不均、热处理变形、可磨削性差、刃口韧性不足等。并且合金元素含量越高,偏析越严重,甚至难以制成工具。因此,多年来人们一直在寻求克服这种组织偏析的方法。自七十年代以来,粉末冶金已被认为是消除偏析的最好途径,并得到了大量发展。粉末冶金高速钢就是将雾化高速钢粉末,经过成型、烧结、热加工等工序,制成高速钢坯材或制品。由于粉末是用惰性气体或高压水雾化高速钢熔液而获得的,液滴以10~3～10~5度/秒快速冷凝,因而晶粒细小,碳化物也细小而且弥散,不存在偏析现象(一颗粉末重量相当于一般钢锭的百亿分之一)。因此受到世界上许多先进工业国家的重视。例如,最早投入大量生产的瑞典Uddeholm公司采用了ASEA-STORA方法,能生产出φ380×1600毫米,重量达到1.8吨的粉末高速钢钢锭,年产量为3600吨;美国的坩埚材料研究中心专门研究了具有特殊性能的一系列超硬粉末高速钢,效果显著。据初步统计,目前国外研究和生产粉末高速钢的单位不少于14个国家,74个公司。几年来的生产与试验表明,粉末高速钢的主要优点是:(1)淬硬后可磨削性好;(2)使用时韧性充分;(3)热处理时碳化物溶解迅速,不易过热,不易变形;(4)硬度沿截面分布均匀,(5)能生产传统方法不能生产的高合金工具钢以及高速钢-硬质碳化物复合工具材料。     

烧结高速钢的制造工艺及其应用

本文叙述了用烧结致密法制取SM_2和SR两种无钴粉末高速钢,研究了工艺参数对烧结高速钢性能的影响。得出了一条切实可行的工艺路线。同时还介绍了这两种材料机械性能及在部分切削刀具和耐磨结构件上的应用结果。     

烧结高速钢及其应用

烧结致密法是制取高性能粉末冶金工具钢制品的一个途径。应用该工艺可获得基本致密,性能较高的粉末冶金工具钢材料。本文简述烧结高速钢制品的基本生产工艺及其性能。初步应用表明,它在切削工具、模具及耐磨件中的应用前景良好。