什么是粉末冶金合金钢?

[拼音]：fenmo yejin hejingang

[外文]：powder metallurgy alloy steels

采用热等静压或热挤压等热成形技术，将合金钢粉末致密化成坯材，然后经一般热塑性加工制成的合金钢材。其密度接近或等于理论密度。这类钢材与铸锻钢相比，有以下特点：

（1）组织细小均匀，消除了铸锭法难以避免的宏观偏析；

（2）合金化范围宽，可不受铸锭热塑性差的限制。因此，这类钢材的力学性能水平相当于甚至优于同类的铸锻钢。目前世界上已有工业规模的粉末冶金合金钢生产，主要制造粉末高速钢、粉末无缝不锈钢管和粉末高温合金涡轮盘等。这是粉末冶金发展中的一个重大进展。20世纪60年代末，美国采用雾化制粉和热成形工艺（见金属粉末、粉末冶金成形制成了粉末高速钢和高温合金，同一时期瑞典也制成粉末高速钢。70年代初两国相继建厂生产。70年代末瑞典又研制成功了粉末不锈钢管。中国于 70年代研制成氮气雾化-包套挤压的粉末高速钢，还开始研究氩气雾化-热等静压或挤压的粉末高温合金。

上述材料都是用雾化法预合金粉末来制成。雾化时，熔融金属液滴以相当大的冷却速度被冷凝（冷凝速度为102～104K/s）比一般铸锭的冷凝速度 (10-2～10K/s)快几个数量级。这样得到的粉末具有以下优点：

（1）颗粒之间成分很相近，成分的偏析被限制在粉末颗粒尺寸(10～500μm)范围内。

（2）颗粒的显微组织细小，其中包含的第二相（例如碳化物相）分布较弥散均匀，用这种粉末生产的材料和制品，可以消除铸锭材料难以避免的宏观偏析，从而改善了材料的组织和性能。

粉末的致密化主要通过热等静压和热挤压来实现，其典型工艺举例如下。

非真空熔炼、氮气雾化制粉(氧含量＜100ppm)─→粉末装入低碳钢包套、封焊─→冷等静压(400MPa)─→热等静压成锭(约1000℃，100MPa，锭重1.5～2吨)─→锻、轧等热加工成材。有时也可省去冷等静压工序。

粉末高速钢的主要特点是碳化物颗粒细小、分布均匀（见图），因而具有下列优点：

（1）可磨削性好，为相同钢种的熔铸高速钢的2～3倍；

（2）韧性好，制成的刀具有良好的抗崩刃性能；

（3）质量均匀，不受断面尺寸影响；

（4）热处理时变形小，尺寸稳定性好；

（5）耐磨性好，制成的刀具比熔铸高速钢耐用2～5倍；

（6）由于热加工性好，可进一步提高高速钢中的合金含量（如高钒、高碳等），发展高性能的新钢种。因此，粉末高速钢在制造型面复杂的精密刀具和大截面刀具时更显出其优越性。70年代世界上已有十几个牌号的粉末高速钢，年产能力约数千吨。粉末高速钢的成本虽稍高于铸锻高速钢，但如按摊到每个被加工工件上的成本计算，仍略低于后者。

氩气或氮气雾化制粉─→将粉装入中空包套，抽真空封焊─→冷等静压制管坯(400～500MPa)─→热压成管材（约1200℃）。

这一工艺的特点是：

（1）显著提高产品收得率，从传统冶金法约45％提高到70％，降低了成本；

（2）产品成分均匀，组织细小，尤其夹杂物细小、分布均匀（如大于0.5μm 的硫化物仅为传统冶金法管材的1/3），其力学和耐蚀性能相当于或优于传统冶金法管材：③可生产异型和多孔道管材。