第２１卷第３期２０１１年６月粉末冶金工业ＰｏＷＤＥＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＩＮＤＵＳＴＲＹＶ０１．２１Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１１粉末冶金高速钢的组织和性能研究闫来成。卢广锋，孟令兵，金成海（安泰科技股份有限公司，北京ｌＯ００８１）摘要：采用“气雾化制粉＋热等静压＋精锻”工艺，制备了ＡＨＰＴｌ５粉末冶金高速钢。观察了碳化物、夹杂物的分布形态，研究了热处理工艺对粉末冶金高速钢力学性能的影响。结果表明，雾化粉末的碳化物呈颗粒状均匀分布，精锻处理后的碳化物颗粒平均尺寸为１．５肛ｍ；夹杂物有三种类型，其含量达到Ａ０．５ＢＯ．５级；横向抗弯强度和回火硬度随淬火温度升高而提高，在１２４０℃淬火、５４０℃回火时横向断裂强度达到３关键词：粉末冶金高速钢；气雾化；性能；热等静压中图分类号：ＴＦｌ２５．１文献标识码：Ａ２５０ＭＰａ，回火硬度达到６７．５ＨＲＣ。文章编号：１００６—６５４３（２０１１）０３一Ｏ００１一０５ＲＥＳＥＡＲＣＨｏＮＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ０ＦＰＯＷＤＥＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＨＩＧＨＳＰＥＥＤＳＴＥＥＬＹＡＮＬ啦ｃｈｅｎｇ。ＬＵＧ响ｎ乎ｆｅｎｇ，ＭＥＮＧＬｉｎ｝ｂｉｎｇ。ＪＩＮＣｈｅｎ｝ｈａｉ（ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１。Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＨＰＴｌ５ｐｒｏｃｅｓｓｐｏｗｄｅｒｍｅｔａＵｕｒｇｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｔｅｅｌ（ＰＭＨＳＳ）ｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｏｆｇａｓａｔｏｍｉｚｉｎｇ＋ＨＩＰ＋ｆｉｎｉｓｈｆｏｒｇｉｎｇ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｒｐｈ０１０９ｙｏｆｃａｒｂｉｄｅａｎｄｉｎｃｌｕ—ｏｎｓｉｏｎｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＭＨＳＳｗｅｒｅａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｅｖｅｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ．ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｒｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｓ１．５ｐｍａｆｔｅｒｆｉｎｉｓｈｆｏ‘ｇｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｉｎｃｌｕ—ｓｉｏｎｓｗｉｔｈ１ｅｖｅｌｏｆＡＯ．５ＢＯ．５．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇｈａｒｄｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｒｉｓｅｏｆｑｕｅｎｃｈｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｇｏｕｐｉｎｇａｔ１２４０℃ａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔｔｏ３２５０ＭＰａａｎｄ６７．５ＨＲＣｗｈｅｎｑｕｅｎｃｈ—５４０℃．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｔｅｅｌ（ＰＭＨＳＳ）；Ｇａｓａｔｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；Ｈｏｔｉ—ｓｏｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｉｎｇ粉末冶金高速钢（ＰＭＨＳＳ）是现代粉末冶金技术发展的综合体现，由于从材质上根本性地解决了普通铸锻高速钢的碳化物偏析，晶粒粗大等问题，具有制造大尺寸、高精度、形状复杂整体刀具不可替代的特点。目前，粉末冶金高速钢的主流生产工艺是“气雾化制粉＋热等静压（ＨＩＰ）＋精锻”，产品历经３０余年已经发展到了第三代，主要生产企业是法国Ｅｒａｓｔｅｅｌ和瑞典昏Ｕ集团等，处于技术垄断地收稿日期；２０ｎ—０２一１４基金项目：北京市科技计划研发攻关课题项目（ｚ０７０００３００７００７０４）位ｎ≈］。钢铁研究总院自２０世纪７０年代中期以来，因军工需求亦对粉末冶金高速钢制备技术进行了研究［４商］。但因成本等因素的困扰，粉末冶金高速钢的研制和生产一度停顿。截至目前，我国还没有粉末冶金高速钢规模化生产单位。随着高端装备制造业对大型化、整体性和复杂形状刀具，以及装备自动化对高速切削、高稳定性加工刀具的需求日益迫切，开发高性能粉末冶金高速作者简介：日来成（１９６５一），男（汉），河北唐山人，高级工程师．博士，主要从事粉末冶金材料与工艺研究。万方数据钢工ｎ材料．完蒋哺内岛性能【且材料体系已经成为我ｌｑ振兴装备制造业的基础和盖键技术．丰Ｈ戈研究也逐渐增多‘”。奉漂题旨枉““气雾化制粉＋ＨＩＰ＋精锻”产业化技术为丰线．对影响最终坯料性能的冈索和上艺参数进行研究．为进艺挺供技术依批。步开拓粉术箭进行母音惫璃熔和制粉．雾化真李鹰≤Ｏ．０１５×ｌｏ２Ｐａ。鲜化粉末纤过筛分后封装在沽挎包垂中并热等挣ｊ＾ｈｑ结，最终扶得粉术冶金高建钢坯料．尺寸为÷ｌ６ｎｍｍ×８５０…匝量１３０ｋｇ＾－右。坯料经ＭＰａ力ｈ．热赴过精锻年¨热处理后．制成试验川样曲。热等静ＪＫＬ岂为Ｉｌ３０℃／１２０睹会岛建钢在装籍制造业领域的心刖，优化制造Ｌ理１艺见收２。使川ｓＰＥ（’ＴＲＯＩ。Ａ睁Ｍ９“缕光谱仪侧懂糟术成分｝使用¨乖ＪｓＭ一６３８０Ｌｖ型十ｆ描电子娃微镜．观察粉束形貌和组织．此Ｈｌ常规力学试验机测试泼样力学性能；使川Ｍａｓｔｅ嘲ｚｅｒ２０００椅测粉试验材料Ｉ＿ｊ疗法试骑川１５｛材料足姊屯涟蓖瑞制备的ＡＩＩＰＴｌｊ母合金，兑化学成分虬击１，呆用盛，Ｆ氯‘Ｌ雾化设末粒腰。ｉ１试＃月４自２＊｛＆ｎ、■含■＃＊女∞ｆ质■Ｈ＆时小ｒ１ｓｏ＂ｍ的成一％粉进行ｓＥＭ和食相观察．颗札形艘如削１所小。高速钢粉木球形度较好，粒度分布较竟；粉束颗粒表而束譬理枝晶或胞状组织，袅明７ｔ俸雾化高冷却逮度条什Ｆ．稂生『地抑缶ｉ了桂品生长．船终的凝刚组织｛：蛋为等轴ｄ＊“。另外．从删１（ｒ）巾“ｎＩ看出，Ａ１１ＰＴｌ５粉末中的碳化２．１霉化粉末的组织与性能物呈颗粒状．细小、分自・均匀．无宏观偏析。２试验结果与分析筮趟圈【¨【ｃ】＾ＨＰＴｌ５＂￥Ｍｎｆａ．ｂ｝与硪化∞日‰ｆｃ｝真空气雾化制备的舟建铡粉末成分与耻合台成分基本致，元索烧损小（应３）。蚶个批移（的高速钢粉木的毓含量略盯不『日．筛分后：ｆＩ理增氧现象．ｆ｜ｉ均低于１００ｘＪ０‘；振史礴ｆ度均超过５６Ｈ／ｃｍｌ；２．２热等静压固结＋精锻后的坯料组织热锋静压后虾料相对密度接近ｌ∞“．世是材料的强度仪韶在一应力柞川下颗粒问发生微量的塑性窒彤和颗粒袭而馓区扩散实现冶金结合．而凡存在较为叫屁的昧始颗粒边界（１１ＰＢ）。嘲此．必须通过精僻锻造洲除粉求的原蛤颗粒边拌．Ｍ时保址碳化物均匀分柑．娃终提高材料的组织均匀性和力学性能。２筛分前后ｄ＊均在４０ｆｔｍ左打．耗度土耍分柑在小ｒ３８ｒ栅的范俐．详虬击＾。￥３＾ＨｐＴｌ５雾化％丰戚ＨＩ质■ｎｎＩ１雨—１・—石——ｒ——订——１丁——可—广—ｉ—Ｔ面——ｉｉ２１６ｌ１……２１２｛㈣Ｏ“㈣１１０ｉ砸—丽ｊｉ—ｉ而—ｉｉｉｉ—ｉｉｉ『＿２ｌ碱化物纰磬！与品粒艘万方数据Ｈ＊ｍ＊：”＾☆☆ＲⅫｗ∞ｍｍ自ｎ＊＊Ｒ女日ＡＨＰＴｌ５；＊＃￥Ⅱ＃∞＊目∞＊№０《＃＃Ｈｎ∞％ｍ图２足精锻后ＡＨＰＴＪ５试样的址微组纵，其巾碳化物主要足Ｍｃ型（晴版色颗粒）和Ｍ：ｃ刊（¨亮色颗粒）…，在晶界和晶内呈均匀盎分巾－甲均尺ｔ为ｌ５２２２夹杂物根据美ＡｓＴＭＥ４５Ａ（２０。５）椅测杯准，采用屁微浊对夹杂物进行了定性分析和评价。粉未精金高速钢坯料巾主要含有姒ｒ儿娄ｍ盘届克杂：ｌｊ型刊Ｄ型（钮化物）、ｃ型（硅酸盐）．详见图３。经成分椅删和衍射分析认为．ｎ类和ｃ类夹杂ｆ＾ｌ。（）。和硅触纳）主要由中问包？ｊ染带＿＾，属于牯结类耐火材料。Ｄ类央杂为金属氧化物．包括基体Ｆｅ的氧化物．氧化铁为雾化粉末我面氰化所毁。通过对ｒ述夹杂物成因丹析认为，粉末冶金高建钢巾央杂物主要取决干母台盒的纯净度。ｎ雾化制粉环节虽然受中闸包和褥眼等材料影响，但足经过】‘装优化后．基本淌除了乖环节产隹的夹杂物，幅且依据ＡｓＴＭＥ４５＾ｆ２㈨５）标准，对后续粉末暗盒高速钢坯料的不ｌⅫ类型吏朵物的分柑形态和数量ｊｍ左右。另外，原始粉求颗粒边群萆奉消除，晶粒得到细化，晶粒度选到Ｊｌ级。目２ＡＨＰＴｌ５ｎ＾％☆自ａ自∞ｇ№目＊检测．均达到了ＡＯ５ｌｊ０５级。“Ｊｆ¨Ｉｃ）目３＃±■夹杂＃类女与ｍ＃Ｉａ】８９氧化％；『ｂ）ｃⅢ一《№＊；｛ｃ）ＤⅢ一日＊＃２．３热处理对坯料性能的影响ＨＩＰ坯料经过精锻后，分别进行ｒ小同淬火、回火上艺试验，井时其硬度和抗弯慢度进行了对比分析。高速钢淬火后的目【织足淬火马氏体、碳化物和残留墼氏体．为使残留奥氏体亢分转变．府进行３～４改川火。在同火过程中析出弥散的碳化物Ｊ‘生一砍硬化，而且随淬火温度提高，碳化物溶解最增加，基体固溶度提高，正常回火时二扶碰度也相应提高。图ｄ（ａ）是各热处理ｒ艺村Ｊ监下，热等静压坯料未经精锻赴娜的硬度变化规律。一』以看刮．５４０℃回火后的艇度均高于５舳℃【＿火后的硬度。ｍ且随淬火滥度提高．川火硬度提高。当搏等静压坯料经过精锻处理后，回火硬度具有相同的变化＿Ｉ！已律，如圈４（ｂ）。万方数据・４・粉末冶金工业第２１卷上述结果表明，粉末冶金高速钢在５４０℃回火后的二次硬度为６６～６８ＨＲＣ，与相关研究结果吻合‘５１；在淬火温度１２４０℃时，峰值硬度可达６７．５ＨＲＣ，晶粒度为１１～１２级。图４粉末冶金高速钢ＡＨＰＴｌ５热处理后的硬度（ａ）热等静压；（ｂ）热等静压＋精锻相比热等静压态试样的抗弯强度，经过精锻变形加工后试样的抗弯强度显著提高。另外，不同热处理条件下纵向抗弯强度在４ｏｏｏ～４４００颗粒也较大，所以抗弯强度较低。随着淬火温度提高，大颗粒碳化物不断溶解，二次碳化物尺寸细小，降低了萌生裂纹的几率，因而提高了抗弯强度。精锻后试样抗弯强度的各向异性主要与取样位置有关，即不同部位的变形量有差异。一般情况下精锻棒材的外表面变形量大于中心部位的变形量，因而碳化物尺寸也会不同。当纵向取样时，其碳化物颗粒尺寸和分布相对均匀，所以抗弯强度较高且变化不大；当横向取样时，碳化物颗粒尺寸和分布沿径向可能有差异，造成抗弯强度较低，而且随淬火温度变化而变化敏感，相关影响规律和机理将另文研究。ＭＰａ之间（图５（ａ））；横向抗弯强度随淬火温度升高而明显提高，在１２４０℃达到３２５０ＭＰａ（图５（ｂ））。从试验数据看，试样的横向和纵向抗弯强度存在着较大的各向异性，主要原因是断裂失效以碳化物颗粒和基体的界面失效为主［１３。，对于晶界上的较大尺寸碳化物颗粒，往往容易成为裂纹源，而且裂纹沿碳化物一基体界面扩展比穿过基体消耗能量少。热等静压坯料不仅存在原始颗粒，同时在晶界上的一次碳化物一室魁暖静蟋重餐墼图５不同淬火温度的ＡＨＰＴｌ５抗弯强度（５４０℃回火）（ａ）纵向抗弯强度；（ｂ）横向抗弯强度（精锻后）等级达到了Ａｏ．５Ｂｏ．５；３结论（１）采用氮气雾化制备的ＡＨＰＴｌ５粉末球形度较好，颗粒表面未呈现枝晶或胞状组织，最终的凝固组织主要为等轴晶。高速钢在雾化制粉过程中的元素烧损少，碳化物呈颗粒状均匀分布；（２）精锻处理可以提高试样的抗弯强度，晶粒度大于１１～１２级，碳化物平均尺寸为１．５肛ｍ，夹杂物（３）淬火温度对试样横向抗弯强度的影响较大。试样经过１２４０℃淬火，５４０℃回火后的硬度为６７．５ＨＲＣ，横向抗弯强度为３参考文献［１］邓玉昆，陈景榕，王世章．高速工具钢［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２，３．［２］吴元昌．粉末冶金高速钢生产工艺的发展［Ｊ］．粉末２５０ＭＰａ。万方数据第３期同来成等：粉末冶金高速钢的组织和性能研究・５・・方针・“十二五＂钢铁将全面实施烧结烟气脱硫中图分类号：ＴＦｌ２文献标识码：Ｄ日前，环保部相关负责人透露，我国即将颁布实施钢铁烧结机烟气排放标准，目前正在制定保障烧结机脱硫建设和运行的优惠。另外，环保部正在拟定分省大气污染物减排目标责任书，时间表正在排定中。该负责人透露，“十二五”期间，环保部将突出重点领域，推进二氧化硫和氮氧化物工程减排。在钢铁行业，将全面实施烧结机烟气脱硫，建设脱硫脱硝一体化示范工程。“十二五”期间，新建烧结机应配套安装脱硫脱硝设施，全面推进现役烧结机烟气脱硫工程。到２０１５年末，所有烧结机和位于城市建成区的球团生产设备实施烟气脱硫，脱硫效率达到８０％以上；位于城市建成区的烧结机，应建设烟气脱硫脱硝一体化示范工程，开展二氧化硫、氮氧化物、二英等多种污染物协同控制；５３０台共７．８万ｍ２（单机烧结面积９０ｍ２以上）烧结机要新建脱硫设施，２３台共ｏ．７万ｍ２烧结机要建设脱硫脱硝一体化示范工程。此外，对于已投运的烧结机烟气脱硫设施，不能稳定达标排放的、实际使用原料硫分超过设计硫分的以及部分烟气脱硫的，应通过脱硫设施改造、加强管理等措施，增强减排能力。“十二五”期间，已投运的１２９台共１．７万ｍ２烧结机烟气脱硫设施要进行改造。该负责人还透露，“十二五”期间，环保部将把总量指标作为环评审批的前置条件，以总量定项目，以总量定产能。对产能过剩行业新建、扩建项目，按照新增产能实行产能规模等量或减量置换，对电力、钢铁、造纸、纺织印染实施行业主要污染物排放总量控制。另外，对于一些重点地区，也将实施煤炭总量控制。比如区域空气污染严重的长三角、珠三角和京津冀鲁区域，其所在省（区、市），面积仅占国土面积的８％，却消耗了全国４０．１％的煤炭、５４．２％的粗钢和５７．８％的汽油（２００９年数据，国家统计局）。因此，对于这些重点地区，涉煤项目将实行煤炭量等量替代，作为项目审批的前置条件，率先调整和优化以煤炭为主的能源结构，增加的煤炭以进口优质煤为主。煤炭总量将控制在２０１０年煤炭消费总量和国家２０１０年前已经批准项目煤炭消耗量之和，采用倒逼机制，率先调整和优化以煤炭为主的能源结构。具体对于钢铁行业，将实行“不增产、煤降低”的原则，严格控制新增产能，不再建设新增产能项目，通过大力发展余压、余气、余热发电技术，逐步取消燃煤锅炉。晓京转摘自《中国冶金报》２０１１—４—２冶金工业，２００７，１７（２）：３０一３６．［３］囝建新，李在元．粉末高速钢的研究进展［Ｊ］．硬质合金，２０１０，２７（５）：３１６—３２０．［４］王洪海等．热等静压粉末冶金高速钢［Ｊ］．钢铁学院学报，１９８７，７（４）：２７—３２．［５］成丽华．粉末冶金高速钢的热处理工艺及性能［Ｊ］．金属热处理，１９９６，７：４０一４２．［６］卢广锋，方玉诚，金成海，等．粉末冶金高速钢Ｔ１５工业制备技术［Ｊ］．粉末冶金工业，２００８，１８（５）：１—４．［７］蔡红，叶俭，王志明，等．ｓ３９０粉末高速钢真空气淬的显微组织及性能［Ｊ］．技术热处理，２０１０，３５（２）：６７—６９．［８］王浩强，燕青芝，旷峰华，等．制备工艺对粉末高钒高速钢组织和力学性能的影响［Ｊ］．粉末冶金技术，２０１０，２８（４）：２６６—２６８．［９］高家诚，胡金柱，王勇，等．粉末高速钢超固相线烧结制备耐磨摇臂镶块［Ｊ］．材料科学与工程，２００８，１６（４）：４９５—５０１．［１０］王丽仙，郭双全，王清龙．粉末高速钢的碳化物粗化浅析［Ｊ］．装备制造技术，２０ｌｏ，１：６—８．［１１］许文勇，李周，袁华，等．喷射成形高速钢Ｔ１５喷涂粉末的研究［Ｊ］．粉末冶金工业，２００９，１９（６）：５－８．［１２］ＫｕｍａｒＫＳ・ＰｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙＴ１５ｔｏｏｌｓｔｅｅｌ：ｐａｒｔｌ．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ２７３３．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡ，１９９１，２２Ａ（１１）；［１３］ＫａｒａｇｏｚＳ，ＦｉｓｃｈｍｅｉｓｔｅＨ，等．热加工变形和奥氏体化温度对高速钢显微组织和韧性的影响［Ｊ］．河北冶金，１９９４，８１（３）：４２—４７．万方数据粉末冶金高速钢的组织和性能研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
闫来成， 卢广锋， 孟令兵， 金成海， YAN Lai-cheng， LU Guang-feng， MENG Ling-bing， JIN Cheng-hai
安泰科技股份有限公司,北京,100081粉末冶金工业
POWDER METALLURGY INDUSTRY2011,21(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fmyjgy201103001.aspx
