本發(fā)明涉及金屬鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：

銑床是一種使用銑刀在工件上進行加工的機床，通常銑刀旋轉(zhuǎn)運動為主運動。在切削加工時，銑刀切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受很大的壓力和強烈的摩擦，銑刀切屑區(qū)產(chǎn)生很高的溫度，受到很大的應(yīng)力。在加工余量不均勻的工件或斷續(xù)加工時，銑刀還受到強烈的沖擊和振動，因此銑刀材料應(yīng)具備以下基本要求：高的硬度和耐磨性；有足夠的強度和韌性；耐熱性；經(jīng)濟性。目前銑刀的主要材料選用的是高速工具鋼。

高速工具鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。鑄態(tài)高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物，經(jīng)熱壓力加工后破碎成顆粒狀分布在鋼中，稱為一次碳化物；從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。這些碳化物對高速工具鋼的性能影響很大，特別是二次碳化物，其對鋼的奧氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影響。碳化物的數(shù)量、類型與鋼的化學(xué)成分有關(guān)，而碳化物的顆粒度和分布則與鋼的變形量有關(guān)。鎢、鉬是高速工具鋼的主要合金元素，對鋼的二次硬化和其他性能起重要作用。鉻對鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，對二次硬化也有一定的作用。釩也對鋼的二次硬化和耐磨性起重要作用。

由于資源和經(jīng)濟的雙重壓力，國際上又開始了低合金高速工具鋼的研究，如果在降低如鎢、鈷、釩、鉬等貴重金屬的使用的同時，又能保證高速工具鋼的強度、硬度、韌性等機械性能，那無論對環(huán)境保護和經(jīng)濟利益方面都有很大的益處。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼及其制造方法，具有節(jié)約資源，生產(chǎn)成本低，強度和硬度高，耐磨耐腐蝕性能優(yōu)秀的優(yōu)點。

(二)技術(shù)方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c0.80-1.25％、w1.10-1.95％、mo1.45-2.10％、cr3.50-4.12％、co0.23-0.38％、v1.00-1.75％、si0.52-0.75％、al0.35-0.60％、ti0.15-0.35％、ni0.30-0.75％、nb0.10-0.25％、n0.03-0.06％、s0.01-0.03％、其余為鐵。

優(yōu)選地，所述數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c0.97-1.10％、w1.21-1.50％、mo1.55-1.84％、cr3.65-4.00％、co0.45-0.22％、v1.23-1.50％、si0.60-0.69％、al0.43-0.55％、ti0.18-0.25％、ni0.40-0.53、nb0.15-0.18％、n0.04-0.05％、s0.015-0.028％、其余為鐵。

其中，上述數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼的制造方法包括以下步驟：

(1)將原料加熱熔融后，進行合金成分調(diào)整，經(jīng)元素含量檢測合格后，進行脫氧、變質(zhì)處理，調(diào)整金屬液的溫度至1490-1550℃出爐；

(2)模具預(yù)熱至200-300℃后，將金屬液澆入模具中，加壓至80-100mpa，保壓40-60s后，冷卻降溫得到胚料；

(3)將坯料加熱至1000-1200℃，保溫2-4h，再爐冷至550-600℃，保溫2-4h后，爐冷至250℃出爐空冷至室溫，得到高速工具鋼半成品；

(4)將所述高速工具鋼半成品置于氮化爐中，通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽，加熱至450-500℃，離子共滲處理10-20min后，即可得到所述高速工具鋼。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中脫氧處理用脫氧劑為al。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中變質(zhì)處理用變質(zhì)劑為re-mg-ti復(fù)合變質(zhì)劑。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中所通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽的體積比為15:3:1。

本發(fā)明中高速工具鋼的化學(xué)成分設(shè)計：

碳在高速鋼中，一方面與碳化物形成元素鎢、釩、鉻、鈮等形成足夠數(shù)量的碳化物，又有一定的碳量溶入高溫奧氏體中，使高速鋼淬火后獲得過飽和的馬氏體，提高高速鋼的強度和硬度。鎢是提高高溫硬度和耐磨性的主要元素，它在高速鋼中既能形成碳化物，又能部分溶于固體中。鉬的加入能急劇提高鋼的淬透性和斷面均勻性，防止回火脆性的發(fā)生，提高高速鋼的回火穩(wěn)定性，改善沖擊韌度，增加抗熱疲勞性能。而鉬和鎢是同族元素，結(jié)構(gòu)與物理性能極其相近，可以互相代替，1％的鉬可以替代1.6-2.0％的鎢，因此在以鉬替代部分鎢的高速鋼中，一方面合金元素的加入量可以減少，同時通過多元合金減少偏析傾向，相應(yīng)基體組織中碳化物分布的不均勻性也將減輕。釩是高速鋼耐磨性的重要合金元素之一。這是由于釩可以增加高速鋼中高硬度mc型碳化物的數(shù)量，有利于提高高速鋼耐磨性。在高速鋼中鉻主要是增加淬硬層深度，提高高速鋼抗氧化性的作用，鈮的奪碳能力強于釩，在高釩的情況下，加入鈮可以使釩更多的溶于基體中，可以獲得良好的二次硬化效果。研究發(fā)現(xiàn)在原料中加入鈷，可顯著提高鋼的硬度、耐磨性和韌性。高速工具鋼的表面滲氮和硫后，不僅增加其硬度和耐磨性，也顯著改善抗腐蝕性。鈦是鋼中強脫氧劑，它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細化晶粒力，降低時效敏感性和冷脆性，避免晶間腐蝕。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼及其制造方法，具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明中，減少了碳與釩的量，使碳化物的總量減少，使碳化物的不均勻性得到改善，沖擊韌性和抗彎強度得到提高，其他如鎢、鉬、鈷的含量相比傳統(tǒng)工藝均有所降低，同時產(chǎn)品本身的質(zhì)量并沒有明顯的降低，某些性質(zhì)還有一定幅度的提高，這對于資源和經(jīng)濟方面有非常重大的意義。

(2)采用擠壓鑄造工藝，與普通重力鑄造相比，擠壓鑄造得到的高速工具鋼組織致密，硬度和拉伸強度得到提高，沖擊韌性更是能提高40％左右，所生產(chǎn)的銑刀使用壽命得到大幅度提高。

(3)采用離子硫氮共滲工藝，生產(chǎn)的高速工具鋼的耐磨性能和韌性均得到提高，所生產(chǎn)的銑刀使用壽命約提高了25％。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c0.97％、w1.21％、mo1.55％、cr3.65％、co0.45％、v1.23％、si0.60％、al0.43％、ti0.18％、ni0.53、nb0.18％、n0.05％、s0.028％、其余為鐵。

其中，上述數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼的制造方法包括以下步驟：

(1)將原料加熱熔融后，進行合金成分調(diào)整，經(jīng)元素含量檢測合格后，用脫氧劑al進行脫氧處理、用re-mg-ti復(fù)合變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理后，調(diào)整金屬液的溫度至1500℃出爐；

(2)模具預(yù)熱至270℃后，將金屬液澆入模具中，加壓至85mpa，保壓45s后，冷卻降溫得到胚料；

(3)將坯料加熱至1100℃，保溫3h，再爐冷至570℃，保溫3h后，爐冷至250℃出爐空冷至室溫，得到高速工具鋼半成品；

(4)將所述高速工具鋼半成品置于氮化爐中，通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽，所通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽的體積比為15:3:1，加熱至450-500℃，離子共滲處理10-20min后，即可得到所述高速工具鋼。

實施例2：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c1.10％、w1.50％、mo1.84％、cr4.00％、co0.22％、v1.50％、si0.69％、al0.55％、ti0.25％、ni0.40、nb0.15％、n0.04％、s0.015％、其余為鐵。

其中，上述數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼的制造方法包括以下步驟：

(1)將原料加熱熔融后，進行合金成分調(diào)整，經(jīng)元素含量檢測合格后，用脫氧劑al進行脫氧處理、用re-mg-ti復(fù)合變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理后，調(diào)整金屬液的溫度至1490℃出爐；

(2)模具預(yù)熱至200℃后，將金屬液澆入模具中，加壓至80mpa，保壓40s后，冷卻降溫得到胚料；

(3)將坯料加熱至1000℃，保溫4h，再爐冷至550℃，保溫4h后，爐冷至250℃出爐空冷至室溫，得到高速工具鋼半成品；

(4)將所述高速工具鋼半成品置于氮化爐中，通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽，所通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽的體積比為15:3:1，加熱至500℃，離子共滲處理20min后，即可得到所述高速工具鋼。

實施例3：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c0.80％、w1.10％、mo1.45％、cr3.50％、co0.23％、v1.00％、si0.52％、al0.35％、ti0.15％、ni0.30、nb0.10％、n0.03％、s0.01％、其余為鐵。

其中，上述數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼的制造方法包括以下步驟：

(1)將原料加熱熔融后，進行合金成分調(diào)整，經(jīng)元素含量檢測合格后，用脫氧劑al進行脫氧處理、用re-mg-ti復(fù)合變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理后，調(diào)整金屬液的溫度至1550℃出爐；

(2)模具預(yù)熱至300℃后，將金屬液澆入模具中，加壓至100mpa，保壓60s后，冷卻降溫得到胚料；

(3)將坯料加熱至1200℃，保溫2h，再爐冷至600℃，保溫2h后，爐冷至250℃出爐空冷至室溫，得到高速工具鋼半成品；

(4)將所述高速工具鋼半成品置于氮化爐中，通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽，所通入氨氣、二氧化硫和乙醇蒸汽的體積比為15:3:1，加熱至450℃，離子共滲處理10min后，即可得到所述高速工具鋼。

實施例4：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c1.25％、w1.95％、mo2.10％、cr4.12％、co0.38％、v1.75％、si0.75％、al0.60％、ti0.35％、ni0.75％、nb0.25％、n0.06％、s0.03％、其余為鐵。

制造方法與實施例1基本相同，區(qū)別在于，步驟(1)中出爐溫度為1540℃，步驟(2)中模具預(yù)熱至270℃，加壓至95mpa，保壓55s，步驟(3)中胚料加熱至1150℃，保溫4h，再爐冷至580℃，保溫2h，步驟(4)中加熱至480℃，離子共滲處理15min。

實施例5：

一種數(shù)控銑床銑刀用高速工具鋼，包括以下重量百分含量的組分：c0.85％、w1.63％、mo1.65％、cr3.79％、co0.25％、v1.54％、si0.72％、al0.48％、ti0.22％、ni0.65％、nb0.18％、n0.05％、s0.01％、其余為鐵。

制造方法與實施例1基本相同，區(qū)別在于，步驟(1)中出爐溫度為1550℃，步驟(2)中模具預(yù)熱至230℃，加壓至85mpa，保壓40s，步驟(3)中胚料加熱至1050℃，保溫2h，再爐冷至550℃，保溫2h，步驟(4)中加熱至500℃，離子共滲處理13min。

性能檢測：

表1為本發(fā)明實施例1-5制造的高速工具鋼的性能檢測結(jié)果：

表1：性能檢測結(jié)果

綜上，本發(fā)明實施例具有如下有益效果：硬度高達到65-67，耐高溫，韌性高。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。