專利名稱：高硬度粉末冶金高速鋼件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由粉末冶金法生產(chǎn)的高速鋼件，其特征在于具有高硬度和高的耐磨性，尤其是高溫下的高硬度和高的耐磨性，適用于制造齒輪切削刀具，例如滾齒刀和其它需要非常高的耐磨性的切削用途。
在需要高硬度和高的耐磨性的切削用途中，刀具在使用中要經(jīng)受超過1000°F的高溫，例如會(huì)最高達(dá)1200°F，通常采用碳化物制造這些刀具。然而，碳化物材料存在明顯的缺點(diǎn)，即難以加工到預(yù)計(jì)的切削加工構(gòu)型，尤其是復(fù)雜的切削表面，并具有韌性較低的特征，從而使碳化物制成的刀具在使用中易于開裂和發(fā)生崩裂。在這些用途中，優(yōu)選使用高速鋼，而不是碳化物，因?yàn)榕c碳化物材料相比，高速鋼易于加工成預(yù)計(jì)的切削加工構(gòu)型，其韌性大大提高了。然而，高速鋼尚未在這些用途中使用，因?yàn)楦咚黉撛谑褂脗鹘y(tǒng)的碳化物刀具的高溫下，不具有必要的高硬度以及高耐磨性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種由粉末冶金法生產(chǎn)的高速鋼件，可用于制造齒輪切削刀具，例如滾齒刀和其它需要高耐磨性的切削用途。該材料應(yīng)能夠達(dá)到并保持在碳化物切削刀具應(yīng)用中所預(yù)期的高溫下的高硬度，而又具有高速鋼在韌性和加工性能方面的長處。
本發(fā)明大體涉及一種由粉末冶金法生產(chǎn)的壓實(shí)的高速鋼粉末顆粒的高速鋼件。該鋼基本由以下成分組成以重量％計(jì)，2.4～3.9的碳、0.8以下的錳、0.8以下的硅、3.75～4.75的鉻、9.0～11.5的鎢、4.75～10.75的鉬、4.0～10.0的釩和8.5～16.0的鈷以及任選的2.0～4.0的鈮，其余為鐵和偶存的雜質(zhì)。
下面是以重量％計(jì)，本發(fā)明的優(yōu)選的和更優(yōu)選的高速鋼的組成
根據(jù)本發(fā)明的鋼件在淬火和回火后，可具有70Rc的最小硬度，優(yōu)選在1200°F回火后具有61Rc的最小硬度。優(yōu)選地，鋼件在淬火和回火后，具有72Rc的最小硬度。而在1200°F回火后優(yōu)選具有63Rc的硬度。
本發(fā)明的鋼件可具有齒輪切削刀具，例如滾齒刀，或者在基體上的表面涂層的形式。


圖1是顯示本發(fā)明合金與傳統(tǒng)粉末冶金法生產(chǎn)的合金的回火響應(yīng)性對(duì)比圖；圖2是顯示本發(fā)明合金與傳統(tǒng)粉末冶金法生產(chǎn)的合金的高溫硬度對(duì)比圖；通過實(shí)施本發(fā)明，根據(jù)表1所示的合金組成，以重量％計(jì)，制備了用于試驗(yàn)的粉末冶金法生產(chǎn)的鋼件。
<p>組成由表1所示的用于試驗(yàn)的鋼件，采用傳統(tǒng)的粉末冶金法生產(chǎn)，包括通過氮?dú)忪F化生產(chǎn)預(yù)合金粉末，并隨后利用熱等靜壓達(dá)到完全致密化。
對(duì)表1中的試樣進(jìn)行奧氏體化，油淬，并且回火四次，每次兩小時(shí)，熱處理溫度如表2所示。對(duì)這些試樣隨后進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量在上述溫度下回火后的硬度。如表3所示，采用銷式磨損試驗(yàn)和交叉圓柱試驗(yàn)測(cè)定了耐磨性。沿縱向和橫向測(cè)定了采用表3中所示淬火和回火溫度熱處理后的試樣的彎曲破壞強(qiáng)度和夏氏C型缺口沖擊韌性。
合金A1a～A1d、A2a～A2e和A3a～A3c都是根據(jù)本發(fā)明的組成的合金。如表2中所示和圖解表示于圖1中的回火響應(yīng)性數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有的工業(yè)合金相比，本發(fā)明的A1、A2和A3系列合金在最高達(dá)1200°F的回火溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的硬度。類似地，如表3所示，本發(fā)明的試樣A1c、A2a、A2d和A3a也表現(xiàn)出極好的耐磨性，耐磨性采用銷式磨損試驗(yàn)和交叉圓柱試驗(yàn)測(cè)定。本發(fā)明的這些合金中，合金A1顯示對(duì)回火響應(yīng)性和耐磨性的最佳組合。合金A2顯示在1200°F回火后硬度稍低，但是與合金A1相比，在一定程度上提高了韌性和彎曲破壞強(qiáng)度。然而，如表3和圖1中所示，與現(xiàn)有工業(yè)合金相比，所有本發(fā)明的合金都表現(xiàn)出綜合改善了的回火響應(yīng)性、韌性和耐磨性。
<p>表4和圖2顯示了與現(xiàn)有工業(yè)合金(REX76)相比，本發(fā)明的合金A1c、A2d、A2c和A3a的高溫硬度值。從該數(shù)據(jù)可見，與現(xiàn)有工業(yè)合金相比，在最高達(dá)1300°F的高溫下，所有本發(fā)明合金都表現(xiàn)出更高的高溫硬度值。
除非另作說明，在本說明書中出現(xiàn)的組成均以重量％計(jì)。
權(quán)利要求
1．一種由粉末冶金法生產(chǎn)的壓實(shí)的高速鋼粉末顆粒的高速鋼件，該鋼的基本組成如下以重量％計(jì)，2.4～3.9的碳、0.8以下的錳、0.8以下的硅、3.75～4.75的鉻、9.0～11.5的鎢、4.75～10.75的鉬、4.0～10.0的釩和8.5～16.0的鈷以及任選的2.0～4.0的鈮，其余為鐵和偶存的雜質(zhì)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的鋼件，該鋼件含有2.6～3.5的碳、3.75～4.75的鉻、9.0～11.5的鎢、9.5～10.75的鉬、4.0～6.0的釩、2～4的鈮和14.0～16.0的鈷。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的鋼件，該鋼件含有3.0～3.3的碳、0.5以下的錳、0.5以下的硅、4.2～4.6的鉻、10.5～11.0的鎢、10.0～10.5的鉬、5.0～5.5的釩、2.8～3.2的鈮和14.5～15.0的鈷。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的鋼件，該鋼件含有2.4～3.2的碳、3.75～4.5的鉻、9.75～10.75的鎢、6.75～8.25的鉬、5.0～7.0的釩和13.0～15.0的鈷。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的鋼件，該鋼件含有2.9～3.10的碳、0.5以下的錳、0.5以下的硅、3.9～4.2的鉻、10.0～10.5的鎢、7.25～7.75的鉬、6.0～6.5的釩和14.0～14.5的鈷。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的鋼件，該鋼件含有2.9～3.9的碳、3.75～4.5的鉻、9.5～11.0的鎢、4.75～6.0的鉬、8.5～10.0的釩和8.5～10.0的鈷。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的鋼件，該鋼件含有3.2～3.6的碳、0.5以下的錳、0.5以下的硅、3.9～4.2的鉻、10.0～10.5的鎢、5～5.5的鉬、9.0～9.5的釩和9.0～9.5的鈷。
8．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或者7的鋼件，該鋼件在淬火和回火條件下，具有70Rc的最低硬度。
9．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或者8的鋼件，該鋼件在剛淬火后具有70Rc的最低硬度，在1200°F回火后具有61Rc的最低硬度。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的鋼件，其中，所述最低硬度是72Rc。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的鋼件，其中，所述在1200°F回火后的最低硬度是63Rc。
12．根據(jù)權(quán)利要求8的鋼件，該鋼件具有齒輪切削刀具形式。
13．根據(jù)權(quán)利要求9的鋼件，該鋼件具有齒輪切削刀具形式。
14．根據(jù)權(quán)利要求8的鋼件，該鋼件具有基體上的表面涂層形式。
15．根據(jù)權(quán)利要求9的鋼件，該鋼件具有基體上的表面涂層形式。
全文摘要
一種由粉末冶金法生產(chǎn)的高速鋼件,具有高硬度和高的耐磨性的組合,尤其是高溫下具有高硬度和高的耐磨性。該復(fù)合性質(zhì)通過復(fù)合添加W、Mo、V和Co獲得。該鋼件尤其適用于制造齒輪切削刀具,例如滾齒刀和表面涂層。
文檔編號(hào)C21D6/00GK1215091SQ9812131
公開日1999年4月28日 申請(qǐng)日期1998年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月14日
發(fā)明者A·L·烏希茨恩斯基, W·斯塔斯科 申請(qǐng)人:熔爐材料公司