第三代粉末冶金高速鋼

　　粉末冶金高速鋼以下簡寫為PMHSS 是高速鋼中的上品。多數(shù)工具廠對它只有一個模糊的概念,只知它是性能優(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、性能不同的第一代,第二代和21 世紀(jì)初才開發(fā)呈現(xiàn)于市場的第三代PMHSS。

　　1 　第一代, 第二代和第三代PMHSS 的差異

　　20 世紀(jì)70 年代PMHSS 由美國Crucible 廠和瑞典Stora 廠現(xiàn)屬法國Erasteel 公司 相繼投入工業(yè)性生產(chǎn),此為第一代PMHSS ,其鋼材夾雜物含量相當(dāng)電弧爐+ LF 鋼包精煉鋼的水平。

　　1991 年瑞典Soedertors 廠采用了ESH 電渣加熱法技術(shù)3 ,使鋼更為純凈;與第一代PMHSS 相比,夾雜物含量可減少90 %,鋼材抗彎強(qiáng)度約可提高20 %。采用ESH 技術(shù)生產(chǎn)的PMHSS 稱為第二代,Erast eel 公司產(chǎn)品商標(biāo)也改為ASP2000 系列,如鋼種ASP2030 ,而其第一代產(chǎn)品稱ASP30 ,二者的化學(xué)成分是相同的。2000 年奧Boehler 伯樂鋼廠的PMHSS 全線制造設(shè)備投產(chǎn),其生產(chǎn)設(shè)備是全世界最先進(jìn)的,產(chǎn)品質(zhì)量比第二代PMHSS 又有所提高,稱為第三代PMHSS。特點是鋼粉顆粒更細(xì),過篩累積百分?jǐn)?shù)為50 %所對應(yīng)的顆粒尺寸為60μm ,最大鋼粉尺寸為500μm ,二次枝晶臂距約為1μm;夾雜物數(shù)量減少,其最大尺寸減小;使鋼的抗彎強(qiáng)度約比第二代的相應(yīng)值提高20 %。該廠第三代PMHSS 以MICROCL EAN 微小純凈 為商標(biāo),以替代第一和第二代的商標(biāo)ISOMATRIX 各向均勻 。如以前的PMHSS S390Isomat rix , 現(xiàn)改稱S390Microcleon ,二者化學(xué)成分相同,但夾雜物含量、大小和強(qiáng)度不同。

　　法國Erasteel 公司從2002 年起對其第二代PMHSS 的生產(chǎn)全過程進(jìn)行了研究,并作了改進(jìn)形成Dvalin工藝。自2004 年起其商標(biāo)稱DvalinTM ,標(biāo)志生產(chǎn)的第三代PMHSS 。第三代DvalinTM PMHSS 比第二代的夾雜物又減少90 %。若以每1cm3 鋼中尺寸為50μm 的夾雜物數(shù)目計,則傳統(tǒng)或第一代PMHSS 約含016 個,第二代的含0103 個,而第三代DvalinTM的則僅含01002 個。夾雜物的大量減少,使PMHSS 的抗彎強(qiáng)度逐代增加;以從<100 mm 材上取樣測定的橫向抗彎強(qiáng)度為例, 通常的M42 鋼 S115 - 915 - 112 - 8 為113GPa ,第一代PMHSS ASP30 S614 - 5 - 311 - 8 為310GPa ,第二代PMHSS ESH ASP2030 為315 GPa ,而第三代PMHSS DvalinTM ASP2030 為412 GPa , 第三代PMHSS 的抗彎強(qiáng)度比第二代的抗彎強(qiáng)度又提高20 %。

　　2 PMHSS 的強(qiáng)度決定于其夾雜含量及尺寸大小

　　對普通熔煉鑄錠高速鋼來說,淬回火后基體中殘余碳化物數(shù)量遠(yuǎn)大于夾雜物數(shù)量。以M2 鋼為例,淬回火后殘余碳化物總量不少于13 %質(zhì)量百分?jǐn)?shù) ,大顆粒碳化物尺寸近1215μm ,但其夾雜物量不會超過1 % ,故中國高速鋼標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定碳化物不均勻度而未對夾雜物規(guī)定檢驗條款。普通高速鋼的強(qiáng)度決定于其碳化物網(wǎng)、帶和堆聚的程度。PMHSS 是燒結(jié)制品,不分尺寸大小,在整個斷面上其碳化物細(xì)小1～3μm 均勻分布,無碳化物不均勻性這個不利因素,最大碳化物尺寸不超過6μm。由于鋼的抗彎強(qiáng)度與極限缺陷直徑的平方根成反比,消除大的夾雜物是提高PMHSS 鋼材強(qiáng)度和質(zhì)量的根本途徑之一。為此第二代和第三代PMHSS 都強(qiáng)調(diào)從工藝上大幅度減少夾雜物數(shù)量,特別是大夾雜物25μm ,目的在于提高PMHSS 的韌性、抗彎強(qiáng)度和疲勞極限。

　　1 產(chǎn)品屬第一代M SS 水平的其生產(chǎn)廠有美國廠,烏克蘭DSS 廠,日本日立金屬和臺灣榮鋼用DSS 廠鋼粉生產(chǎn)PMHSS 。在上述廠的技術(shù)資料中均未提及及已換用ESH 技術(shù)。

　　2 產(chǎn)品屬第二代PMHSS 水平的在我國個別工具廠還有少量庫存。它們?yōu)?004 年以前法Erasteel 公司生產(chǎn)的ESH PMHSS ,及奧伯樂鋼廠2002 年以前生產(chǎn)的Isomat rx PMHSS。

　　3 產(chǎn)品屬第三代PMHSS 水平的其生產(chǎn)廠有奧伯樂鋼廠2002 年以后生產(chǎn)的Microclean PMHSS ,及法Erast eel 公司2004 年以后生產(chǎn)的DvalinTM PMHSS。

　　第三代PMHSS 帶動了高合金高硬度新鋼種的發(fā)展,第三代PMHSS 因夾雜物減少而鋼的強(qiáng)度和韌性提高,可克服高速鋼合金含量愈高,韌性愈低的問題。

　　國外PMHSS 生產(chǎn)廠不間斷地對其生產(chǎn)設(shè)備和工藝的研究改進(jìn)導(dǎo)致開發(fā)出第三代PMHSS ,其在靜態(tài)及周期性負(fù)荷下的高強(qiáng)度和韌性,增加了其對機(jī)械沖擊的阻抗力,使制成的刀具性能穩(wěn)定性好。國內(nèi)要求高性能刀具的航天部門可采用它。

來源：中國冶金報

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