粉末冶金高速工模具钢的的研究和发展.pdfVIP

粉末冶金高速工模具钢的研究与发展 方玉诚曹勇家钟海林 李小明郝权况春江 (中国钢研科技集团有限公司 安泰科技股份有限公司) 摘要：粉末冶金是节能、高效、环境友好、适合大批量生产的金属成形工艺，又因其工 艺特点，创造了一系列特殊性能和用途的新材料，有着广阔的发展前景。大尺寸、全致密化 粉末冶金高速工具钢制备技术是粉末冶金发展的一大突破。粉冶高速钢的细晶组织结构特点 赋予其优异性能，超越了传统熔铸高速钢材料，推动了制造业和相关工业技术进步。本文简 述粉末冶金高速工具钢的研究与发展。 关键词：粉末冶金粉冶高速钢 粉冶工具钢 引言 工业技术的进步，尤其是加工制造业的不断进步，对工模具的加工效率、几 何尺寸精度、稳定性及可预期寿命等方面提出了更高的要求。高速钢是重要的工 模具材料，占其总用量的30％以上。传统高速工模具钢的制造工艺采用铸锻法，但 由于其组织结构粗大、合金元素偏析显著，使得铸锻高速工模具钢的材料性能难 以进一步提高，影响了制造业的发展。上世纪六十年代，国外开展了粉末冶金高 速工模具钢的研究，采用“气雾化制粉+热等静压(H口)／热挤压+精锻”工艺路 线进行粉冶高速钢的制备。由于其组织结构均匀、晶粒细小、全致密化，粉末冶 金高速钢拥有优异的综合力学性能。20世纪70年代起，一些世界著名企业，如 冶金高速工模具钢的工业性生产。自上世纪七十年代，国内钢铁研究总院、安泰 科技等单位也开展了粉末冶金高速工模具钢的研究开发。 近年来，结合制造业的需求，各国材料研究者在粉末冶金高速工模具钢的制备技 术以及新牌号开发方面进行了持续不断的研究，使得材料的组织结构有了很大的改 进、材料性能也有了很大的提升。我国作为制造业大国，对高性能粉末冶金高速工模 具钢材料的需求日益提高。本文介绍粉末冶金高速钢的研究与发展状况。 1、粉末冶金高速钢的特点 高速工模具钢通常合金含量高、化学成分复杂，由于传统铸锭工艺冷却速度 缓慢，在凝固时不可避免地会产生粗大的莱氏体碳化物偏析组织。偏析的存在不 158 仅给钢的锻轧热加工造成困难，而且还严重损害了钢的各种力学性能，这限制了 高速工模具钢合金含量的增加，影响了高速工模具钢的发展。二十世纪六十年代 后期，气雾化制粉以及热等静压工艺技术的发展使得粉末冶金高速工模具钢得到 开发。气雾化过程高速钢粉末颗粒的快速冷却获得了细小碳化物组织结构、颗粒 内不存在明显的偏析；而热等静压工艺过程实现了粉末固结坯料的完全致密化， 这使得粉末冶金高速工模具钢具有一系列优异性能…： 1)无偏析、晶粒细小、碳化物细小，均匀分布； 2)力学性能(韧性、硬度、高温硬度等)好； 3)可磨削性好； 4)热加工性好； 5)热处理变形小； 6)可扩大高速钢合金含量，创造新的钢种； 7)提高材料使用寿命，扩大了使用领域。 2、粉末冶金高速工模具钢制备技术的发展 高速钢材料的主要相组成有马氏体和碳化物，是一种碳化物强化马氏体钢。 粉末冶金高速工模具钢具有均匀的组织结构、细小的晶粒和碳化物颗粒。其碳化 la u 物颗粒尺寸为1～3m，最大尺寸不超过6m，在整个断面上无碳化物不均匀性 存在(见图1)。因此，与传统铸锻高速钢不同，粉冶高速钢材料主要结构缺陷不是 碳化物，而是非金属夹杂物。材料的抗弯强度与其极限缺陷直径的平方根成反比， 消除大的夹杂物是提高钢材强度和质量的根本途径。为此，过去几十年里，粉末 冶金高速工模具钢制备技术的发展主要是围绕如何大幅度减少夹杂物的数量及最 大夹杂物尺寸，以提高材料的性能。 以夹杂物控制水平的提高为标志，粉冶高速工模具钢的制备技术已经发展到 金高速钢工业化生产，此为第一代制备技术，其钢材夹杂物含量相当电弧炉+LF 钢包精炼钢的水平。 159 ．E{z2 j～珏静东 裂纹掠凡寸Ⅲum 图8碳化物组织对高速钢裂纹源尺寸d和抗弯嫩岫的影响 ASP2000系列。ESH法沿用至今，为当今世界生产高质量粉末冶金高速工横具钢 的主要方法。钢中所含的各种尺寸非金属夹杂物(06～22uIn)用ESH法可以