| 熔炉斯伯(Crucible)又称"坩锅钢"公司,是北美地区最大的工具钢生产商和供应商。该公司独创著名的CPM粉末冶金工具钢工艺,产品享誉美国及欧洲,是国际公认的顶级工模具制造材料。
早在1970年熔炉斯独有的微粒治金黄色技术(CPM)就已经应用到商业生产中来制造高速工具钢和其它高合金工具刚。这种新技术不但可以用来生产性能卓越的高级工具钢,还可以生产传统工艺无法生产的更高合金比的超级合金。在许多应用领域,CPM产品所带来的利益大大超越了传统的模铸工具钢 传统治金工艺与微粒治金工艺 传统的制钢工艺采用大电炉治炼,通常要经过二次精炼,如AOD。精炼之后的钢液经过中间钢包铸入钢锭模中成锭。 尽管钢水中的元素分布是均匀的,但是由于在固化冷却的过程中合金元素偏析的存在,导致产均匀的铸造组织的生成。对于高速工具钢和其它的高碳工具钢,在钢水的冷却过程中,碳化物会在晶界析出形成粗大的网状碳化物 。后续的加工过程就是致力使其破碎,细化组织结构。但是无法彻底的消除这种这种由于偏析造成的影响。合金元素的含量越高,偏析对最终产品的性能所产生的负面影响就越大。 所谓熔炉斯伯“微粒”治金工艺(CPM)与传统工艺相比独到之处在于成锭过程,经过精炼的钢水通过一个喷嘴,高速气体的冲击使其雾化成为微小的球形液滴散落,快速冷却形成微粒粉末,并在雾化塔底部收集起来。实质上,可以将每一个微小的球状粉末颗粒都是视为一个微小的钢锭,由于冷却速度极高,从而阻止了偏析的形成,所以每个粉末颗粒的经学元素的分布是十分均匀的。细微的粉末颗粒尺寸和极高的冷却速度,使沉演碳化物的尺寸非常细小。CPM钢细微的碳化物在此后的加工过程中得持久地以保持,直至最终产品。 粉末微粒经过筛分,置于包套中并抽真空和密封,然后在相等于锻造温度条件下进行热等静压压制(HTP),使其成为完全致密、组织结构均匀、晶粒度细小的钢锭,高碳钢则呈现出极为均匀的碳化物分布状态。尽管钢锭是经过热等静压压制成型的,完全可以同传统钢锭一样采用锻造,轧制等通用手段进行加工。但是材料最终性能如韧性等的改善是巨大的。
耐磨性=硬度+碳化物 工具钢的耐磨性取决于热处理硬度和金相结构中坚硬的合金碳化物的数量及类型,在同样的硬度条焦虑下,D2经A2的耐磨性要好,其主要原因是D2钢中铬的碳化物含量更高一些。 CPM 10V的耐磨性的提升源自较高的精细的钒碳化物含量。 加入钒合金,改善耐磨性 钒碳化物 工具钢中最硬的和最耐磨的碳化物为钒碳化物。以往最耐磨的冷作工具钢为高钒型工内钢,A2和D2也就是A7和D7,其含有4-5%的钒,同时碳含量足够高以形成大量的钒碳化物。 在切削工具钢一节已经提到造成传统,导致工具钢耐磨性差异的主要合金元素为钒。M4(4%V)和T15(5%V)被公认为最耐磨的高速工具钢,可用于在切削加工和冷作加工。 正如CPM工艺可以允许高速工具钢含有更高的合金化元素来提高红硬性和耐磨性一样,可用这一特点来生产出高耐磨性的冷作工具钢。可以用CPM工艺来增加钒含量,使其大大超过传统制钢工艺所能允许的钒含量上限。高钒钢CPM 10V和最新研制的CPM 15V,填补了工具钢与碳化物之间的空白。 熔炉斯伯已经研发出CPM“Killer V”系列工具钢,来满足对耐用磨性的不同需要。 磨削性的测量可以描述为磨掉金属量同砂轮消耗量之比,比什愈高金属愈容易磨削。 上面的实验室数据主要说有三点结论: 1. CPM钢的磨削性总是比传统钢要高; 2. 硫化钢的磨削性总是比非常硫化钢要高; 3. 随着钢中总合金元素的增加,其磨削性降低。 注:当在传统钢种之间进行比较或者在CPM钢种之间进行比较,结论是正确的,然而,由于CPM工艺的特点同传统的合金含量低一些的钢种如M3相比,一些高合金比的钢种具有更高的磨削性。 关于耐磨性和韧性的关系 一般来说,耐磨性的提高就意味着要损失韧性,加工性能和使用性能。耐磨性受硬度过化学成分的综合作用的影响。化学成分决定着碳化物的类型和数量。最硬的碳化物之一是在CPM工具钢中发现的钒碳化物。与传统的工具钢不同,CPM在具备耐用磨性的同时,仍然保持良好的韧性。
对于高速工具钢,CPM的优点是最明显的,由于特别的化学成份,比较高的合金元素,如果采用传统的查铸艺生产,非常容易产生偏析现象。
如上所述,增加合金元素和碳含量,固然会改善耐磨性和耐热性,但同时会降低韧性和磨削性能。如T15这类钢如果采用传统工艺,不但很难生产,很难加工,而且会由于太脆而无法使用。 CPM工艺确能在不损失韧性和机加工能力的前提下将高全金工具钢的性能得以实质的提升。合金素含量越高,就愈适用于采用CPM工艺,自然也包括超级高速钢,(CPMRex 20,CPM Rex76和CPM Rex121)和其它无法用传统工艺制造的合金钢。
为了满足行业对更好的退火后加工性能的要求,熔炉斯伯于上世纪70年代中期推出了高硫改进型工具钢。典型的硫含量为0.20-0.25%.由于CPM工艺细小的金相组织结构决定了其遗传特征。机械加工能力得到显著的改善,而其热处理后的韧性特征几乎没有降低。 HS(高硫)改进型还有助于硬化工件后的加工,这一特点特别有益于那些需要对联具(如滚齿等)进行大量修复加工的制造商。
对于大多数钢种的大直径棒材,高硫(HS)改进型是一种(产品)标准。 CPM优点
持续稳定的热处理结果 可生产高合金钢 热处理过程中可以予见的尺寸变化 耐磨性的改善 优异的磨削能力 工具性能持续稳定 稳定的涂镀 良好的磨削性(重新修复) 机加工性能的改善 电火花加工效率
CPM M4HC(HS)(AISI M4) CPM M4HC 是一种高钒通用高速工具钢,当作为切削和冷用途时,具备比M2和M3更好的耐磨性能韧性。CPM M4是为了在真空或有保护气氛热处理条件下,或者大断面工具钢能获得最佳的硬度而研发的。CPM M4 HC除了具有传统M2工具钢所具备的良好制作性能外,还具备了其不能及的耐磨性和高韧性。 退火硬度:约BHN248 最大硬度:约HRC66 CPM M35 HCHS(AISI M35) CPM M35 HCHS是含有钴5%的M2高速钢的改进型,适用于对切削速度和红硬性有更高要求的应用条件。 退火硬度:约BHN248 最大硬度:约HRC67 CPM Rex 45(HS)* CPM Rex 45是含钴8%的M3高速钢的改进型。具有极佳的红硬性以及良好的耐磨性和韧性,适用于高速切削和难加工的使用条件。 退火硬度:约BHN248 最大硬度:约HRC68 CPM3V CPM3V是最近加入到CPM耐磨工具钢家族的新钢种,具有耐冲击工具的高的冲击韧性和高合金CPM工具钢的耐磨性。将硬度处理至HRC 58-60时,其耐冲击性能远高于具有相同耐磨时的任何一种工具钢,接近S7的水平,其3%的钒使其耐磨性大大超度较高,这种稳定性有利于以后的涂镀/氮化等表面处理过程。 退火温度:约BHN241 最大硬度:约RHC62 CPM9V CPM9V是一种含碳量和含钒量较低的CPM10V的改进型,是为了在不显著牺牲耐磨性的前提下进一步改善韧性而研制的。虽然最大使用硬度稍低一些,但耐磨性十分拉近CPM 10V,同时韧性高于A2,在考虑的情况下,可首选CPM 9V。可以接受稍低一些的硬度时,而将韧性作为首先考虑。 CPM 9V 是CPM 10V 的理想替代品。还可以进一步采取表面处理手段来提高耐磨性。 退火温度:约BHN229 最大硬度:约RHC56 CPM 10V (AISI A11) 由于商业宣传,CPM 10V已被广泛地认做耐磨应用的标准产品,10%的钒在金结构中形在大量的耐磨的碳化物。CPM 10V是为了提高耐磨性而研发的,应用在传统D2、A2钢所应用的领域。CPM 10V经过表面氮化可以将耐磨性提升到更高的水平 退火温度:约BHN255 最大硬度:约RHC62 CPM 15V CPM 15V含钒15%,其耐磨性超过任何一种工具钢。比CPM 10V还多50%的碳化物含量,使其工具的寿命比CPM还多50%的碳化物含量,使其工具的寿命比CPM 10V 具更长。在碳化物太容易碎裂或者 具设计太复杂而无法用碳化物来制造的情况下,可用CPM 15V来替代。 退火温度:约BHN241 最大硬度:约RHC62 CPM M4HC(AISI M4) CPM M4HC是一种含有4%钒的高速钢,其耐磨性介于M2和CPM10V之间,具有良好的耐热性。如在HRC 60的条件下应用,CPM M4所表现出最佳的强度,耐磨性和韧性的综合性能。同D2或者高钒CPM才料相比,具有极佳的机加工能力和切削性能。 退火温度:约BHN248 最大硬度:约RHC66 CPM 420V CPM420V是一种高钒的AISI 420不锈钢的改进型,具有更好的耐磨性和良好的耐腐蚀性。已成功地应用塑料加工的刀片制作上。 退火温度:约BHN255 最大硬度:约RHC58 |