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| 少无莱氏体高速钢 | |
| 大连铁道学院 戚正风 | |
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1. 引言
在诸多刀具材料中，高速钢因具有良好的韧性及可加工性，迄今仍占据重要地位。高速钢为莱氏体钢，钢锭在凝固时形成莱氏共晶。莱氏共晶的存在会导致碳化物偏析及形成粗大碳化物，从而降低高速钢的锻、轧、拔等工艺性能及强度、韧性等使用性能。为克服此缺陷，人们进行了大量研究工作，其中最有成效的是采用粉末冶金方法生产粉末高速钢。采用该方法虽可消除莱氏共晶，从而消除碳化物偏析及粗大碳化物，提高高速钢的强度和韧性，但由于粉末冶金工艺复杂，导致粉末高速钢价格昂贵(为普通高速钢价格的10-15倍)。
为解决这一难题，我们研制了一种新型高速钢———少无莱氏体高速钢，并为此类钢研制了专用热处理工艺。该成果已获得1996年国家发明奖，并被确定为“九五”期间国家重点推广项目。
2. 性能与特点
通过降低高速钢中的含碳量，可使莱氏共晶的含量减少直至消失，从而使莱氏体钢变为少无莱氏体钢，故少无莱氏体高速钢又可称为低碳高速钢。此类钢经锻、轧成材，加工成刀具后，在淬火前可通过渗碳提高表层含碳量。此类钢与基体钢不同，后者既降低碳含量，同时又降低合金元素含量。此类钢与美国开发的渗碳高速钢亦不同，虽然此类钢在热处理时亦需进行渗碳处理，故亦可称为渗碳高速钢，但此类钢的原始含碳量取决于对芯部硬度的要求。为区别于已有的含碳量一定的渗碳高速钢，故称为少无莱氏体高速钢。此类钢与经渗碳处理的普通高速钢也不同，后者经渗碳后硬度虽也可达到67HRC，但其渗碳不可能消除已存在的碳化物偏析及粗大碳化物。以下分别介绍少无莱氏体高速钢的主要特点、品种系列及热处理工艺。
2.1 主要特点
(1)因此类钢中莱氏共晶含量少或不含莱氏共晶，故锻、轧成材后其碳化物偏析减轻或消失。
(2)此类钢的锻、轧、拔等工艺性能远优于普通高速钢，故轧制成材率高，锻造废品率低。
(3)由于此类钢的芯部含碳量低，故芯部硬度低、韧性好，并可根据刀具对芯部硬度的要求确定其含碳量。
(4)刀具表面的含碳量可通过淬火前的渗碳得到提高。高合金钢的渗碳为超饱和渗碳，在渗碳过程中有碳化物形成，与此同时，原有的含碳较低的碳化物会发生溶解。通过形核、长大而在渗层形成的新碳化物分布均匀，无碳化物偏析，且颗粒细小，其直径一般约为2µm，个别粗大碳化物的直径不超过6-7µm，其组织特征与粉末高速钢相同。由于不存在碳化物偏析及粗大碳化物，因此可允许渗层含碳量达到甚至高于平衡含碳量，淬火回火后硬度可达到66-67HRC以上，从而使刀具获得一层超硬、高韧的表层，可显著延长刀具使用寿命。
2.2 品种系列
目前已开发了以下少无莱氏体高速钢品种系列：
(1)通过降低普通高速钢的含碳量使之成为少无莱氏体高速钢，如DM2、DM42、DW18、DW9等。
(2)研制了高钒少无莱氏体高速钢D2-3-4-6。高钒高速钢以其高耐磨性著称，但由于其磨削性能较差，在生产中难以推广应用。通过采用降碳后再渗碳工艺，可使其渗层碳化物细化，从而改善了磨削性能，使高钒高速钢的推广应用成为可能。
(3)研制了含硅高速钢DM2Si。在低合金高速钢中，硅是一种必需的合金元素；但在高合金高速钢中，还未将硅作为合金元素。由于硅可促进碳化物转变，细化碳化物，且具有与钴相同的作用，因此将硅作为合金元素开发了含硅高速钢。
上述三类高速钢品种的合金成分见表1。 表1 少无莱氏体高速钢品种的合金成分(wt%) （图片）表2 少无莱氏体高速钢刀具应用实例 （图片） | |
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