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高速钢刀具材料的发展历史

2014-04-07来源:压铸网
核心摘要:  在日前举行的国际机床展上,刀具是展览中的重要内容,来自15个国家和地区的100余家刀具厂商参加了展出。其中,中国大陆约有7

  在日前举行的国际机床展上,刀具是展览中的重要内容,来自15个国家和地区的100余家刀具厂商参加了展出。其中,中国大陆约有70余家,台湾地区有十余家。

  本次展会上的刀具展品,标志着当今世界上刀具技术的最高水平,显示了刀具技术的发展趋势。刀具技术的进步,体现在刀具材料、刀具结构、刀具几何形状和刀具系统四个方面,刀具材料新产品更是琳琅满目。当代正在应用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。其中,高速钢和硬质合金是用得最多的两种刀具材料,分别约占刀具总量的30%~40%和50%~60%。本文重点介绍从展览会看中国高速钢刀具材料的进步。

 

  高速钢刀具材料的发展历史

  

  1898年,美国机械与管理工程师泰勒(taylor f.w.)和冶金学家怀特(white m.)研制发明了高速钢,并作了系统切削试验。当时他们确定的高速钢成分为c-0.67%,w-18.91%,cr-5.47%,mn-0.11%,v-0.29%,f-余量,与后来的w18cr4v成分很接近。高速钢刀具可用30m/min的速度切削钢材,其效率比过去用的碳素工具钢和合金工具钢提高了好几倍,为美国当时的机械工业生产赢得了巨大的经济效益。w18cr4v高速钢的热塑性不好,由于麻花钻热轧工艺的需要,后来研制成功了w6mo5cr4v2高速钢,此外,还有w9mo3cr4v。这三种高速钢切削性能和力学性能近似,称为通用型。

 

  20世纪中叶以后,科学技术迅速发展,各种难加工材料不断涌现,通用高速钢的性能已不复使用,于是高性能高速钢粉末冶金高速钢相继出现,使高速钢刀具材料的性能得到了很大提高。因为高速钢刀具的综合性能好,可加工性优于其他刀具材料,各种刀具都可用高速钢制作,加上它的性能不断提高,故至今仍是用得最多的刀具材料之一。

 

  近年,全世界高速钢年产量约为16万~22万吨,中国高速钢年产量已达5万~6万吨。河冶科技公司和江苏天工工具公司是国内生产高速钢的大户,他们占有全国高速钢产量中的极大份额。

 

  高性能高速钢

 

  在通用型高速钢的基础上,通过调整基本化学成分并添加其他合金元素,使其常温与高温力学性能得到显著提高。

  

  1) 高碳高速钢

 

  在w18cr4v基础上增加0.2%含碳量,形成95w18cr4v,根据化学平衡碳理论,可在淬火加热时增加高速钢奥氏体中的含碳量,加强回火时的弥散硬化作用,从而提高了常温和高温硬度。与w18cr4v相比95w18cr4v的耐磨性和刀具耐用度都有所提高,刃磨性能相当。这个钢种的切削性能虽不及高钴、钒高速钢,但价格便宜,切削刃可以刃磨得很锋利,故有应用价值。同样,还有100w6mo5cr4v2(cm2)高碳高速钢,但这种高性能高速钢用得不多。

  2) 高钴高速钢

  

  在高速钢中加钴,可以促进回火时从马氏体中析出钨、钼碳化钨,提高弥散硬化效果,并提高热稳定性,故能提高常温、高温硬度及耐磨性。增加钴含量还可改善钢的导热性,降低刀具、工件间的摩擦系数,m42是美国在这方面的代表性钢种,其综合性能甚为优越。瑞典的hsp-15也是这一类的钢种,但其含钒量为3%,刃磨加工性不如m42。钴含量高、价格昂贵,不适合中国国情。我国研制成功的低钴含硅高速钢co5si,性能优越,价格低于m42和hsp-15,但co5si含钒量亦达3%,刃磨加工性亦较差,故不宜用其制造刃形复杂的刀具

 

  3) 高钒高速钢

 

  高钒高速钢的钒含量为3%~5%,同时加大含碳量,形成vc与v4c3,使高速钢得到高的硬度和耐磨性。高钒高速钢的耐热性也好,但高钒高速钢的刃磨加工性差,导热性也不好,冲击韧性较低,故不宜用于复杂刀具。在高钒高速钢中也可加入适当的钴,成为高钒含钴高速钢。我国研制的高钒含氮高速钢v3n,价格便宜,切削性能也好,惟刃磨较难。后来又研制出低钴含氮高速钢co3n(w12mo3cr4co3n),切削性能很好,刃磨性能亦佳,但价格高于v3n。

 

  4) 含铝高速钢

 

  我国研制出无钴、廉价的含铝高性能高速钢501(m2al),其中铝含量约为1%。铝能够提高钨、钼在钢中的溶解度,从而产生固溶强化,由于铝化合物在钢中能起"扎钉"作用,故钢的常温、高温硬度和耐磨性均得以提高,强度和韧性也都比较高,切削性能与m42相当。501的钒含量为2%,刃磨性能稍逊于m42。含铝高速钢是中国的一个独创。501在国内得到广泛应用,在国外也得到应用。

 

  20世纪后期,中国在熔炼高性能高速钢的研制和应用方面已有很大进展,不仅仿制了国外的优秀钢种,如m42、m35等,还研制开发了具有中国特色的无钴含铝、少钴含硅、无钴高钒含氮等高性能高速钢种,性能很好。由于当时的客观状况,产量和应用都受到限制。近年,河冶和天工两家公司大批量的生产各类高性能高速钢,两家的钢号基本相同,为推广应用高性能高速钢刀具创造了有利条件。

 

  除高性能熔炼高速钢外,中国还有自行研制的、性能优良的高性能高速钢w13mo3cr4v3n(v3n)、w12 mo3cr4v3co5si(co5si)和w12mo3 cr4vco3n(co3n)等。根据订货,各大工具厂可以提供各种高性能高速钢刀具产品。

(责任编辑:黄燕妮 )
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