高速鋼刀具材料技術水平的新進展
第十屆中國國際機床展覽會(CIMT2007)于2007年4月9-15日在北京國際展覽中心隆重舉行,刀具是展覽中的重要內(nèi)容,來自15個國家和地區(qū)的100余家刀具廠商參加了展出。其中,中國大陸約有70余家,臺灣石英石制砂機地區(qū)有十余家。
本次展覽會上的刀具展品,標志著當今世界上刀具技術的最高水平,顯示了刀具技術的發(fā)展趨勢。刀具技術的進步,體現(xiàn)在刀具材料、刀具結構、刀具幾何形狀和刀具系統(tǒng)四個方面,刀具材料新產(chǎn)品更是琳瑯滿目。當代正在應用的刀具材料有高速提升輸送機鋼、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石。其中,高速鋼和硬質合金是用得最多的兩種刀具材料,分別約占刀具總量的30%~40%和50%~60%。本文重點介紹從展覽會看中國高速鋼刀具材料的進步。
高速鋼刀具材料電機振動給料機的發(fā)展歷史
18破碎機98年,美國機械與管理工程師泰勒(Taylor F.W.)和冶金學家懷特(White M.)研制發(fā)明了高速鋼,并作了系統(tǒng)切削試驗。當時他們確定的高速鋼成分為C-0.67%,W-18.91%,Cr-5.47%,Mn-0.11%,V-0.29%,F(xiàn)-余量,與后來的W18Cr4V成分很接近。高速鋼刀具可用30m/min的速度切削鋼材,其效率比過去用的碳素工具鋼和合金工具鋼提高了好幾倍,為美國當時的機械工業(yè)生產(chǎn)贏得了巨大的經(jīng)濟效益。W18Cr4V高速鋼的熱塑性不好,由于麻花鉆熱軋工藝的需要,后來研制成功了W6Mo5Cr4V2高速鋼,此外,還有W9Mo3Cr4V。這三種高速鋼的切削性能和力學性能近似,稱為通用型。
20世紀中葉以后,科學技術迅速發(fā)展,各種難加工材料不斷涌現(xiàn),通用高速鋼的性能已不復使用,于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn),使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。因為高速鋼刀具的綜合性能好,可加工性優(yōu)于其他刀具材料,各種刀具都可用高速鋼制作,加上它的性能不斷提高,故至今仍是用得最多的刀具材料之一。GZ系列電磁振動給料機
近年,全世界高速鋼年產(chǎn)量約為16萬~22萬噸,中國高速鋼年產(chǎn)量已達5萬~6萬噸。河冶科網(wǎng)篩技公司和江蘇天工工具公司是國內(nèi)生產(chǎn)高速鋼的大戶,他們占有全國高速鋼產(chǎn)量中的極大份額。
高性能立軸式破碎機高速鋼
在通用型高速鋼的基礎上,通過調整鏈式提升機基本化學成分并添加其他合金元素,使其常溫與高溫力學性能得到顯著提高。
1) 高碳高輸送機速鋼
在W18Cr4V基礎上增加0.2%含碳量,形成95W18Cr4V,根據(jù)化學平衡碳理論,可在淬火加熱時增加高速鋼奧氏體中的含碳量,加強回火時的彌散顎式破碎機硬化作用,從而提高了常溫和高溫硬度。與W18Cr4V相比95W18Cr4V的耐磨性和刀具耐用度都有所提高,刃磨性能相當。這個鋼種的切削性能雖不及高鈷、釩高速鋼,但價格便宜,切削刃可以刃磨得很鋒利,故有應用價值。同樣,還有100W6Mo5Cr4V2(CM2)高碳高速鋼,但這種高性能高速鋼用得不多。
2) 高鈷高移動皮帶輸送機速鋼
在高速鋼中加鈷,可以促進回倉壁振打器火時從馬氏體中析出鎢、鉬碳化鎢,提高彌散硬化效果,并提高熱穩(wěn)定性,故能提高常溫、高溫硬度及耐磨性。增加鈷含量還可改善鋼的導熱性,降低刀具、工件間的摩擦系數(shù),M42是美國在這方面的代表性鋼種,其綜合性能甚為優(yōu)越。瑞典的HSP-15也是這一類的鋼種,但其含釩量為3%,刃磨加工性不如M42。鈷含量高、價格昂貴,不適合中國國情。我國研制成功的低鈷含硅高速鋼Co5Si,性能優(yōu)越,價格低于M42和HSP-15,但Co5Si含釩量亦達3%,刃磨加工性亦較差,故不宜用其制造刃形復雜的刀具。
3) 高釩高速z型提升機鋼
高釩高速鋼的釩含量為3%~5%,同時加大含碳量,形成VC與V4C3,使高速鋼得到高的硬度和耐磨給料設備性。高釩高速鋼的耐熱性也好,但高釩高速鋼的刃磨加工性差,導熱性也不好,沖擊韌性較低,故不宜用于復雜刀具。在高釩高速鋼中也可加入適當?shù)拟挘蔀楦哜C含鈷高速鋼。我國研制的高釩含氮高速鋼V3N,價格便宜,切削性能也好,惟刃磨較難。后來又研制出低鈷含氮高速鋼Co3N(W12Mo3Cr4Co3N),切削性能很好,刃磨性能亦佳,但價格高于V3N。
4) 含yzs振動電機鋁高速鋼
我國研制出無鈷、廉價的含鋁高性能高速鋼501(M2Al),其中鋁含量約為1%。鋁能夠提高鎢、鉬在鋼中的溶解度,從而產(chǎn)生固溶強化,由于鋁化合物在鋼中能起"扎釘"作用,故鋼的常溫、高溫硬度和耐磨性均得以提高,強度和韌性也都比較高,切削性能與M42相當。501的釩含量為2%,刃磨性能稍遜于M42。含鋁高速鋼是中國的一個獨創(chuàng)。501在國內(nèi)得到廣泛應用,在國外也得到應用。
20世紀后期,中國在熔煉高性能高速鋼的研制和應用方面已有很大進展,不僅仿制了國外的優(yōu)秀鋼種,如M42、M35等,還研制開發(fā)了具有中國特色的無鈷含鋁、少鈷含硅、無鈷高釩含氮等高性能高速鋼種,性能很好。由于當時的客觀狀況,產(chǎn)量和應用都受到限制。近年,河冶和天工兩家公司大批量的生產(chǎn)各類高性能高速鋼,兩家的鋼號基本相同,為推廣應用高性能高速鋼刀具創(chuàng)造了有利條件。
除高性能熔煉高速鋼外,中國還有自行研制的、性能優(yōu)良的高性能高速鋼W13Mo3Cr4V3N(V3N)、W12 Mo3Cr4V3Co5Si(Co5Si)和W12Mo3 Cr4VCo3N(Co3N)等。根據(jù)訂貨,各大工具廠可以提供各種高性能高速鋼刀具產(chǎn)品。
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