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| 高速钢进入了高速时代 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沈壮行 译 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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虽然从市场的全局而言，和整体硬质合金刀具相比，高速钢刀具的份额在下降，但在某些应用场合中，刀具韧性仍至关重要。所以高速钢刀具仍不失为一种经济实用的选择。
高速钢刀具至今仍在加工业占有一席之地，主要归功于其制造工艺上的一项巨大进步：粉末冶金高速钢诞生。这个方法在1970年开始引入特殊钢工业后，迅速促进了高速钢性能的提高。在保持原有耐磨性的情况下，使其硬度接近硬质合金的水平。
粉末冶金高速钢的主要工艺过程是：把已加入合金元素的预炼高速钢，用感应炉熔化，然后用气体喷雾制粒。这个过程有点像从瓶里喷香水。但和喷香水不同之处是，钢水喷出后迅速固化成均匀的颗粒。然后把颗粒装入一个大型的可压缩圆桶，进行热等静压，形成致密毛坯，然后进行锻造或轧制。
这种方法的最大特点是多种合金元素能在钢材内得到均匀分布，从而解决了原来铸锭法炼钢的一个固有难题：合金元素在钢内的偏析。偏析造成产品的不一致性，会影响材料的使用性能。
此外，粉末冶金方法可以使钢中的合金元素含量大大增加，这在传统的铸锭炼钢工艺是做不到的。
Carpenten粉末制品公司的技术服务经理BudCarnes指出，该公司生产的一种名为Micro-Melt Maxanet的粉末高速钢，含钨13%，钴10%，钒6%，铬4.75%，含碳量达2.15%。若不采用粉末冶金法，不可能达到如此高的合金含量。他说："也许我们用如此高合金含量的钢铸出了钢锭，也许这个钢锭在冷却和凝固时没有产生裂纹。但是最终内部结构不均匀的问题是无法避免的，钢锭将形成大块碳化物偏析。"
Crucible材料公司的技术副总裁Jelly Wright同意这种观点，即传统的铸锭工艺限制了合金元素的含量。他说："粉末高速钢工艺的不同之处在于，喷雾制粒时迅速凝固，形成了特别细的碳化物，直径最大3µm，平均1micro;m。而铸锭工艺中形成的碳化物直径达到40micro;m。
高速钢典型的合金元素有：碳、铬、钼、钨、钒和钴。钨、钼、钴的作用是改善材料的"红硬性"，使之能承受刀具和工件摩擦产生的热量。按照美国金属协会的"材料手册"，钒形成的碳化物最硬，从而提高了高温耐磨性。
Griggr Steel公司副总裁兼总经理Mark Mullen指出，该公司粉末高速钢开发中心，在合金元素大量加入高速钢的工艺方面，正在取得一系列具体进展。他说："随着制作方法的不断改进，炼钢人员现在已能炼出含量越来越高的合金材料。而通过这些不同的合金成分，就可针对用途获得不同的特性。"
Carpenter公司的新型高合金高速钢Micro-Melt Maxanet，在测试温度为1000°F(538℃)时，其红硬性为63.0HRC。热处理参数为：奥氏体转变温度为2250°F(1232℃)，回火温度为1025°F(552℃)。与之对比的T-15常规高速钢，在类似条件下的红硬性为580HRC。
为了展示Maxamet的耐磨性能，该公司做了一轮Maxamet和M-4常规高速钢的对比试验：在被试材料和旋转的橡胶轮之间，注入一股流砂。经过一段规定时间后，Maxanet被磨耗体积为9mm3，而M-4为12mm3。Cricible公司近来引入一种粉末高速钢新牌号Rex121，其中合金含量为：钨10%，钒9.5%，钴9.0%，钼5.0%，铬4.0%，碳3.4%。该公司报告称，Rex121的耐磨损性能，比老牌号的粉末高速钢(如RexT15 Rex76和10-V)要高出50～100%。
此外，Crucible公司称，Rex121的红硬性高于Rex76，即使在1200°F(650℃)高温回火后，室温硬度仍可达60HRC。据报导，Rex121替代常规含钴高速钢时，切削速度可提高25～50%。
粉末高速钢可以通过改变其合金成分来优化材料的内在韧性，或者使高速钢承受应力和磨损的适应范围大大超过硬质合金。看来含碳量最低的工作性能较好，和硬质合金相比，高速钢材料抗弯强度的可变范围较大。按照"国际高速钢研究论坛"提供的数据，粉末高速钢抗弯(抗拉)强度的变化范围约从2500Mpa到6000Mpa，而硬质合金的强度偏低，且变化范围约1250Mpa到2250Mpa。 表1 Rex121的淬火硬度变化特性
表2 Micro-Melt Maxamet淬火硬度变化特性
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