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高速鋼制造四大工藝

2021-05-28 16:23

  高速鋼根據(jù)其制備工藝的不同可分為傳統(tǒng)鑄造技術(shù)、電渣重熔技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、噴射成型技術(shù)四類,其中傳統(tǒng)高速鋼有可分為普通高速鋼、高性能高速鋼、低合金高速鋼等。作為一種高合金萊氏體鋼高速鋼中的碳含量可超過1%,且其中碳化物的種類、數(shù)量、尺寸、分布等是決定其性能的關(guān)鍵因素。因此,不同的制備工藝對高速鋼的性能有著重要影響。

  傳統(tǒng)制造技術(shù)

  概述:傳統(tǒng)鑄造高速鋼的工藝簡單、成本低。但由于其凝固速度緩慢,在結(jié)晶前形成大量碳和合金元素的偏析,從而形成晶間碳化物網(wǎng)。而為了消除碳化物的不均勻分布,采用高溫反復(fù)鍛打或軋制使其破碎并均勻分布,而這種鍛造過程易造成開裂,且受到加工設(shè)備和鍛壓比的限制導(dǎo)致了高速鋼從鑄錠到最后成品,材料在整個過程中的利用率僅在24%-36%之間。

  缺點:采用傳統(tǒng)鑄造制備工藝的高速鋼在使用過程中易于產(chǎn)生應(yīng)力集中,脆性大,韌性較差、成材率低等缺點。

  電渣重熔技術(shù)

  概述:電渣重熔技術(shù)是一種精煉冶金技術(shù),它是一項重大的冶金技術(shù)進(jìn)步,尤其是在改善高速鋼低倍組織和提高鋼材質(zhì)量方面效果顯著。它是一種結(jié)合鋼液二次精煉與定向凝固的一種綜合冶金鑄造過程,通過這種方法可以減少鋼液的硫磷含量,提高鋼液純凈度,改善鋼的低倍組織。由于電渣錠冷速較快,使得鋼中碳化物分布更加均勻,組織的改善也提高了高速鋼的熱塑性。

  缺點:盡管有著種種進(jìn)步和優(yōu)點,電渣重熔凝固速度依然偏低,晶粒依然較為粗大,碳化物尺寸分布依然不均勻,且其能耗高,生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氟化物,對環(huán)境和人體危害較大。

  粉末冶金技術(shù)

  概述:1965 年美國克魯斯伯 Crucible Steels 公司發(fā)明了粉末冶金法生產(chǎn)高速鋼,其生產(chǎn)工藝主要分為兩個步驟:

  一、氣體霧化制粉,其基本原理是將熔融的高速鋼經(jīng)坩堝底部導(dǎo)流管限流后,以一定的流速流出,用高壓氬氣或純氮氣使之霧化成一定尺度分布的粉末。

  二、粉末成型,經(jīng)篩分-預(yù)壓之后,在高溫(1100攝氏度)、高壓(100MPa)之下熱等靜壓固結(jié)、致密化成近終成型的毛坯或者先制備成鋼坯再經(jīng)過機(jī)加工成最后的形狀。這種工藝有效地解決了一般熔煉高速鋼時鑄錠產(chǎn)生粗大碳化物共晶偏析的問題,得到細(xì)小、均勻的結(jié)晶組織。

  優(yōu)點: 粉末冶金高速鋼組織細(xì)小,其強度和韌性分別是熔煉高速鋼的 2 倍和 2. 5 ~ 3 倍;強度高熱處理尺寸穩(wěn)定性好,加工性能好、硬度高、耐磨性好。高溫?zé)嵊捕纫脖热蹮捀咚黉撎岣?HRC1~ 2,物理機(jī)械性能高度各向同性,淬火變形小; 耐磨性能提高 20% ~ 30%;熱處理成品率高經(jīng)濟(jì)效益好;成形性好,在制備精密、復(fù)雜道具方面有很大的優(yōu)勢。

  缺點:粉末高速鋼生產(chǎn)過程過于繁瑣,工序長,一般要經(jīng)過制粉-篩分-壓制-燒結(jié),成本高價格昂貴 ;此外其還存在制備工藝復(fù)雜、粉末氧化嚴(yán)重、難以制備大塊坯料等問題。

  粉末冶金示意圖:

  噴射成型技術(shù)

  概述:噴射成型是由英國的Swansea大學(xué)教授A.Singer于1968年提出來的,并于1974年由R.Brooks等人成功將其應(yīng)用于鍛造坯的生產(chǎn),發(fā)展了著名的Osprey工藝,是利用快速凝固的方法制備高性能材料的先進(jìn)技術(shù)。噴射成型高速鋼也屬于粉末冶金高速鋼,該技術(shù)消除了成分宏觀偏析問題,具有粉末冶金的組織特點。。

  優(yōu)點:噴射成形工藝是一種融合了傳統(tǒng)鑄造和粉末冶金優(yōu)點的冶金技術(shù),具體如下:

  (1)組織細(xì)小均勻;

  (2)噴射成形工藝相對于傳統(tǒng)工藝可容許更多的雜質(zhì)元素;

  (3)工藝流程短、成品率高、成本低;

  (4)氧化程度小

  缺點:沉積態(tài)坯件中總有一定量的疏松,但通常可通過擠壓、熱冷軋或熱等靜壓可達(dá)到完全密室,其最終產(chǎn)品效率明顯低于100%;材料損失來源于:1.熔滴的過噴 2.熔滴或顆粒 從坯件表面彈開 3.檢測報廢或加工損耗以及坯件基體和頂部去除 4.冶金質(zhì)量問題的報廢。

  噴射成型示意圖:

  金屬粉末噴射成型工藝流程為:金屬液霧化—液滴高速飛行—液滴與沉淀器或模具碰撞變形及凝固成型。即首先將粉末加熱成熔融的金屬液,然后進(jìn)行氣體霧化;在氣體射流的作用下,液滴加速飛行并迅速冷卻;當(dāng)高速飛行的液滴在沉淀器內(nèi)碰撞時,球形顆粒受沖擊作用而變成扁平狀,形成濺射片;通過沉淀器的冷卻作用顆粒迅速凝固,并在自熔性作用下積聚成型。

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氧和氫一樣,都會對鋼的機(jī)械性能產(chǎn)生不良影響。不僅是氧的濃度,而且含氧的夾雜物的多少、類型及其分布等也有很重要的影響。這類夾雜物是指金屬氧化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、含氧硫化物以及類似的夾雜化合物。煉鋼需要脫氧,因為凝固期間,溶液中氧和碳反應(yīng)會生成一氧化碳,可以造成氣泡。另外,冷卻時氧可以作為FeO、MnO以及其他氧化夾雜物從溶液中析出,從而削弱其熱加工或冷加工性,以及延展性、韌性、疲勞強度和鋼的械加工性能。氧與氮和碳還能引起老化或者硬度在室溫下自發(fā)的增加。對于鑄鐵,當(dāng)鑄塊正凝固時,氧化物與碳可以發(fā)生反應(yīng),因此造成產(chǎn)品的孔隙和產(chǎn)品的脆化。
在生產(chǎn)中存在很多問題,當(dāng)TDC控制器死機(jī)后,無法給傳動系統(tǒng)發(fā)出減速速度指令,導(dǎo)致電機(jī)只能按自身慣性減速運行并緩慢停車;無法給電機(jī)抱閘發(fā)出鎖緊信號,因此抱閘不動作;爐輥擺動出現(xiàn)無法停止的狀況,以原工藝段速度繼續(xù)運行,測試時發(fā)現(xiàn)退火爐段的張力釋放裝置在失電后沒有縮回,導(dǎo)致停機(jī)狀態(tài)下,張力釋放裝置失效,無法將張力釋放,此時機(jī)組處于失控狀態(tài),各段張力、速度無法協(xié)調(diào)控制,可能造成爐內(nèi)斷帶、堆帶等情況;由于各段殘存張力的影響,設(shè)備在停機(jī)后仍然會以很低的速度運行,入口段、入口活套、清洗段、退火爐、干燥爐無明顯堆帶現(xiàn)象,出口活套、卷取機(jī)有明顯堆帶現(xiàn)象。因此,如何避免大量堆帶是優(yōu)化改造的重點。
燃煤增壓流化床部分煤氣聯(lián)合循環(huán)8,發(fā)電技術(shù),即第代PFBCCC技術(shù),集中了循環(huán)流化床增壓流化床聯(lián)合循環(huán)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)大潔凈煤技術(shù)的優(yōu)點,有著系統(tǒng)相對簡單,電站投資和電價相對較低的特點。這是項特別適合我國國情的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。發(fā)展這種技術(shù)的關(guān)鍵之是實現(xiàn)含塵煤氣的過濾式除塵技術(shù),以滿足燃?xì)廨啓C(jī)運行和環(huán)境保護(hù)的要求,是目前迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。
高速鋼根據(jù)其制備工藝的不同可分為傳統(tǒng)鑄造技術(shù)、電渣重熔技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、噴射成型技術(shù)四類,其中傳統(tǒng)高速鋼有可分為普通高速鋼、高性能高速鋼、低合金高速鋼等。作為一種高合金萊氏體鋼高速鋼中的碳含量可超過1%,且其中碳化物的種類、數(shù)量、尺寸、分布等是決定其性能的關(guān)鍵因素。因此,不同的制備工藝對高速鋼的性能有著重要影響。

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