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粉末冶金高速鋼刀具展現其強大競爭力

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粉末冶金高速鋼刀具展現其強大競爭力

  自20世紀70年代以來,高速鋼刀具的市場份額逐漸被硬質合金刀具所蠶食。但近年來,隨著粉末冶金高速鋼(P/MHSS)刀具切削性能的提高,高速鋼刀具的市場占有率又有所回升。與普通高速鋼刀具相比,粉末冶金高速鋼刀具硬度更高、韌性更好、更耐磨損,因此在某些應用領域(如高沖擊性、大切除量的加工場合),粉末冶金高速鋼刀具有逐漸取代脆性較大、在切削沖擊下易發生碎裂的整體硬質合金刀具的趨勢。 

  粉末冶金高速鋼制造工藝于20世紀60年代后期在瑞典開發成功,并于70年代初期進入市場。該工藝可在高速鋼中加入較多合金元素而不會損害材料的強韌性或易磨性,從而可制成具有高硬度、高耐磨性、可吸收切削沖擊、適合高切除率加工和斷續切削加工的刀具。 

  高速鋼刀具材料主要由兩種基本成分構成:一種是金屬碳化物(碳化鎢、碳化鉬或碳化釩),它賦予刀具較好的耐磨性;二是分布在周圍的鋼基體,它使刀具具有較好的韌性和吸收沖擊、防止碎裂的能力。制備普通高速鋼時,是將熔化的鋼水從鋼水包中注入鑄模,使其緩慢冷卻凝固。此時,金屬碳化物從溶液中析出,并形成較大的團塊。高速鋼中添加的合金含量越多,碳化物團塊就越大。達到某一臨界點時,可形成尺寸極大的碳化物團塊(直徑可達40mm)。出現大的碳化物團塊的臨界點根據鋼錠的尺寸以及其它因素而略有不同,但一般是在碳化釩含量達到約4%時發生。通過對鋼錠進行鍛造、軋制等后續加工,可以粉碎其中一部分碳化物團塊,但不可能將其完全消除。雖然增加鋼材中金屬碳化物顆粒的數量可以改善材料的耐磨性,但隨著合金含量的增加,碳化物的尺寸及團塊數量也會隨之增加,這對于鋼材的韌性會產生極其不利的影響,因為大的碳化物團快可能成為產生裂紋的起始點。 

  粉末冶金高速鋼的制備工藝與普通高速鋼的制備工藝不同,熔化的鋼水不是直接注入鑄模,而是通過一個小噴嘴將其吹入氮氣流中進行霧化,噴出的霧狀鋼水迅速冷卻為細小的鋼粒(直徑小于1mm)。由于鋼水溶液中的碳化物在快速冷卻過程中來不及沉淀和形成團快,因此獲得的鋼粒中碳化物顆粒細小且分布均勻。將這些鋼粉過篩后置入一個鋼桶中,并將鋼粉中間的空氣抽凈形成真空狀態,然后在高溫、高壓下將鋼桶中的鋼粉壓制成型,即可得到致密度為100%的粉末冶金高速鋼毛坯。這一制備工藝被稱為熱等靜壓(hotisostaticpressing,HIPing)成型。然后可對毛坯進行鍛造、軋制等后續加工。 

  利用熱等靜壓成型工藝制備的粉末冶金高速鋼中的碳化物顆粒非常細小,而且不管其合金含量為多少,這些碳化物顆粒都可均勻分布于整個高速鋼基體中。 

 

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