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世界高速鋼制造工藝大全

高速鋼根據(jù)其制備工藝的不同可分為傳統(tǒng)鑄造技術(shù)、電渣重熔技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、噴射成型技術(shù)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(guān)鍵因素。因此,不同的制備工藝對(duì)高速鋼的性能有著重要影響。

傳統(tǒng)制造技術(shù)

概述:傳統(tǒng)鑄造高速鋼的工藝簡(jiǎn)單、成本低。但由于其凝固速度緩慢,在結(jié)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(fù)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(shè)備和鍛壓比的限制導(dǎo)致了高速鋼從鑄錠到最后成品,材料在整個(gè)過程中的利用率僅在24%-36%之間。


缺點(diǎn):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(yīng)力集中,脆性大,韌性較差、成材率低等缺點(diǎn)。


電渣重熔技術(shù)

概述:電渣重熔技術(shù)是一種精煉冶金技術(shù),它是一項(xiàng)重大的冶金技術(shù)進(jìn)步,尤其是在改善高速鋼低倍組織和提高鋼材質(zhì)量方面效果顯著。它是一種結(jié)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(diǎn):盡管有著種種進(jìn)步和優(yōu)點(diǎn),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(duì)環(huán)境和人體危害較大。


粉末冶金技術(shù)

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(gè)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(dǎo)流管限流后,以一定的流速流出,用高壓氬氣或純氮?dú)馐怪F化成一定尺度分布的粉末。

    二、粉末成型,經(jīng)篩分-預(yù)壓之后,在高溫(1100攝氏度)、高壓(100MPa)之下熱等靜壓固結(jié)、致密化成近終成型的毛坯或者先制備成鋼坯再經(jīng)過機(jī)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(shí)鑄錠產(chǎn)生粗大碳化物共晶偏析的問題,得到細(xì)小、均勻的結(jié)晶組織。


優(yōu)點(diǎn): 粉末冶金高速鋼組織細(xì)小,其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的 2 倍和 2. 5 ~ 3 倍;強(qiáng)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?zé)嵊捕纫脖热蹮捀咚黉撎岣?HRC1~ 2,物理機(jī)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(jì)效益好;成形性好,在制備精密、復(fù)雜道具方面有很大的優(yōu)勢(shì)。


缺點(diǎn):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(jié),成本高價(jià)格昂貴  ;此外其還存在制備工藝復(fù)雜、粉末氧化嚴(yán)重、難以制備大塊坯料等問題。


粉末冶金示意圖:


噴射成型技術(shù)

概述:噴射成型是由英國的Swansea大學(xué)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(yīng)用于鍛造坯的生產(chǎn),發(fā)展了著名的Osprey工藝,是利用快速凝固的方法制備高性能材料的先進(jìn)技術(shù)。噴射成型高速鋼也屬于粉末冶金高速鋼,該技術(shù)消除了成分宏觀偏析問題,具有粉末冶金的組織特點(diǎn)。。


優(yōu)點(diǎn):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(diǎn)的冶金技術(shù),具體如下:
   (1)組織細(xì)小均勻;
   (2)噴射成形工藝相對(duì)于傳統(tǒng)工藝可容許更多的雜質(zhì)元素;
   (3)工藝流程短、成品率高、成本低;
   (4)氧化程度小
缺點(diǎn):沉積態(tài)坯件中總有一定量的疏松,但通??赏ㄟ^擠壓、熱冷軋或熱等靜壓可達(dá)到完全密室,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(cè)報(bào)廢或加工損耗以及坯件基體和頂部去除 4.冶金質(zhì)量問題的報(bào)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(jìn)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(dāng)高速飛行的液滴在沉淀器內(nèi)碰撞時(shí),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。


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