高速鋼根據(jù)其制備工藝的不同可分為傳統(tǒng)鑄造技術、電渣重熔技術、粉末冶金技術、噴射成型技術四類,其中傳統(tǒng)高速鋼有可分為普通高速鋼、高性能高速鋼、低合金高速鋼等。作為一種高合金萊氏體鋼高速鋼中的碳含量可超過1%,且其中碳化物的種類、數(shù)量、尺寸、分布等是決定其性能的關鍵因素。因此,不同的制備工藝對高速鋼的性能有著重要影響。
傳統(tǒng)制造技術
概述:傳統(tǒng)鑄造高速鋼的工藝簡單、成本低。但由于其凝固速度緩慢,在結晶前形成大量碳和合金元素的偏析,從而形成晶間碳化物網(wǎng)。而為了消除碳化物的不均勻分布,采用高溫反復鍛打或軋制使其破碎并均勻分布,而這種鍛造過程易造成開裂,且受到加工設備和鍛壓比的限制導致了高速鋼從鑄錠到最后成品,材料在整個過程中的利用率僅在24%-36%之間。
缺點:采用傳統(tǒng)鑄造制備工藝的高速鋼在使用過程中易于產(chǎn)生應力集中,脆性大,韌性較差、成材率低等缺點。
電渣重熔技術
概述:電渣重熔技術是一種精煉冶金技術,它是一項重大的冶金技術進步,尤其是在改善高速鋼低倍組織和提高鋼材質量方面。它是一種結合鋼液二次精煉與定向凝固的一種綜合冶金鑄造過程,通過這種方法可以減少鋼液的硫磷含量,提高鋼液純凈度,改善鋼的低倍組織。由于電渣錠冷速較快,使得鋼中碳化物分布更加均勻,組織的改善也提高了高速鋼的熱塑性。
缺點:盡管有著種種進步和優(yōu)點,電渣重熔凝固速度依然偏低,晶粒依然較為粗大,碳化物尺寸分布依然不均勻,且其能耗高,生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氟化物,對環(huán)境和人體危害較大。
粉末冶金技術
概述:1965 年美國克魯斯伯 Crucible Steels 公司發(fā)明了粉末冶金法生產(chǎn)高速鋼,其生產(chǎn)工藝主要分為兩個步驟:
一、氣體霧化制粉,其基本原理是將熔融的高速鋼經(jīng)坩堝底部導流管限流后,以一定的流速流出,用高壓氬氣或純氮氣使之霧化成一定尺度分布的粉末。
二、粉末成型,經(jīng)篩分-預壓之后,在高溫(1100攝氏度)、高壓(100MPa)之下熱等靜壓固結、致密化成近終成型的毛坯或者先制備成鋼坯再經(jīng)過機加工成最后的形狀。這種工藝有效地解決了一般熔煉高速鋼時鑄錠產(chǎn)生粗大碳化物共晶偏析的問題,得到細小、均勻的結晶組織。
優(yōu)點:粉末冶金高速鋼組織細小,其強度和韌性分別是熔煉高速鋼的 2 倍和 2. 5 ~ 3 倍;強度高熱處理尺寸穩(wěn)定性好,加工性能好、硬度高、耐磨性好。高溫熱硬度也比熔煉高速鋼提高 HRC1~ 2,物理機械性能高度各向同性,淬火變形小; 耐磨性能提高 20% ~ 30%;熱處理成品率高經(jīng)濟效益好;成形性好,在制備精密、復雜道具方面有很大的優(yōu)勢。
缺點:粉末高速鋼生產(chǎn)過程過于繁瑣,工序長,一般要經(jīng)過制粉-篩分-壓制-燒結,成本高價格昂貴 ;此外其還存在制備工藝復雜、粉末氧化嚴重、難以制備大塊坯料等問題。
概述:噴射成型是由英國的Swansea大學教授A.Singer于1968年提出來的,并于1974年由R.Brooks等人成功將其應用于鍛造坯的生產(chǎn),發(fā)展了Osprey工藝,是利用快速凝固的方法制備高性能材料的先進技術。噴射成型高速鋼也屬于粉末冶金高速鋼,該技術消除了成分宏觀偏析問題,具有粉末冶金的組織特點。。
優(yōu)點:噴射成形工藝是一種融合了傳統(tǒng)鑄造和粉末冶金優(yōu)點的冶金技術,具體如下:
(1)組織細小均勻;
(2)噴射成形工藝相對于傳統(tǒng)工藝可容許更多的雜質元素;
(3)工藝流程短、成品率高、成本低;
(4)氧化程度小
缺點:沉積態(tài)坯件中總有一定量的疏松,但通常可通過擠壓、熱冷軋或熱等靜壓可達到*密室,其最終產(chǎn)品效率明顯低于100%;材料損失來源于:1.熔滴的過噴 2.熔滴或顆粒 從坯件表面彈開 3.檢測報廢或加工損耗以及坯件基體和頂部去除 4.冶金質量問題的報廢。
噴射成型示意圖:
金屬粉末噴射成型工藝流程為:金屬液霧化—液滴高速飛行—液滴與沉淀器或模具碰撞變形及凝固成型。即首先將粉末加熱成熔融的金屬液,然后進行氣體霧化;在氣體射流的作用下,液滴加速飛行并迅速冷卻;當高速飛行的液滴在沉淀器內碰撞時,球形顆粒受沖擊作用而變成扁平狀,形成濺射片;通過沉淀器的冷卻作用顆粒迅速凝固,并在自熔性作用下積聚成型。