喷射成形法制备高速钢及组织性能研究
高钒喷射成形高速钢HSF680钢锭组织的研究
高钒喷射成形高速钢HSF680钢锭组织的研究
辛栋梅;杜文华;张海军;默雄
【期刊名称】《河北冶金》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】喷射成形的原理是将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化为细小固态、半
固态或液态熔体射流,直接喷射到较冷的衬底表面上,熔滴在沉积器表面附着、堆积、铺展、融合、固结而形成沉积坯件。
通过喷射成形工艺生产了HSF680高速钢钢锭,并利用扫描电镜、金相显微镜及直读光谱仪对退火处理后钢锭组织、成分进行
了检测。
对比了从边缘到中心的成分差异和微观组织差异、不同位置的体密度和气体含量。
结果表明:HSF680钢锭从边缘到中心成分偏析较小,其中碳元素相差
0.009%,钒元素成分偏析控制在0.015%以内;钢锭平均体密度为7.21 g/cm3,基本接近理论密度;组织均匀细小,为MC先共晶碳化物和铁素体;受冷却因素的影响,MC 碳化物的尺寸从边缘到中心为5.8μm-7.1μm-9.0μm-9.7μm;MC碳化物钒元素的成分从49.76%到60.25%不等;氧含量小于25 ppm,夹杂物为DS1级,满足国标要求。
【总页数】5页(P10-13)
【作者】辛栋梅;杜文华;张海军;默雄
【作者单位】河冶科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
【相关文献】
1.钒含量对高碳高钒高速钢组织与性能的影响
2.喷射成形高速钢HSF8610组织与性能研究
3.喷射成形高钒高速钢环坯制备技术研究
4.喷射成形—热等静压9V高钒钢的组织与性能研究
5.喷射成形高速钢HSF640组织与性能研究
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T15粉末高速钢制备及组织和性能研究
关键词：T15粉末高速钢；凝固行为；粉末冶金；热等静压；热处理AbstractIn this thesis, gas atomized T15 high speed steel powders were used, and their microstructure and phase evolutions during rapid solidification were systematically investigated. The bulk samples were consolidated via powder metallurgy route, and subsequent heat treatment was adapted to improve their properties. Thereby, T15 powder metallurgy high speed steel with good strength, hardness and wear resistance was produced.The solidification characteristics of gas atomized T15 high speed steel powders were studied. The powders exhibited spherical shape, while their sizes presented Gaussian distribution, and their cooling rates lay between 104 to 106K/s. The results from SEM, XRD and TEM analysis showed that, with the decreasing of the powder size, equally means the increasing of cooling rates, the as-solidified microstructures of T15 high speed steel changed from equiaxed grains to dendritic grains and finally to cellular grains. The crystallization phase changed from martensite t o austenite and finally to δ ferrite. Carbides of cubic MC type riched in element V and closed-packed hexagonal M2C type riched in element W existed at grain boundaries in continuous network.For comparison, 3 different processing routes were used, T15 high speed steel samples by HIP, cold-pressing sintering and alloy melting were produced. Among them, the HIP sample showed the finest grains. Itsmicrostructure is homogenous and somepartial dislocations were found. Carbides in the forms of MC, M6C and M23C were found in HIP sample. The hardness of the sample was 37.6 HRC, which was lower than the melt sample. However, the HIP sample had a bending strength of 2400 MPa, a tensile strength of 1300 MPa and an elongation of 7 % at ambient temperature. These properties were all superior to those of melt samples. The HIP sample thus had a good combination of strength and plasticity. The HIP samples showed bigger deflection during bending. Its fracture toughness reached 43 MPa·m1/2, which was much higher than that of the melt sample. The HIP sample fractured in ductile mode and showed dimple fracture surface. The melt sample on the other hand exhibited cleavage facets after fracture. In spite of its finalized grains, the cold-pressing sintered T15 steel had a relatively lower density and stress concentration would be induced after loaded.Therefore, it has similar toughness and strength with the melt sample.The base of HIP T15 high speed steel is quenched martensite, retained austenite and unsolved carbides. Overheated microstructures appeared when quenched at 1260 ℃. Secondary carbides precipitated from grains after tempering. The quenching temperature and tempering temperature were directly related to the morphology of the martensite, the grain size and the amount of carbide. The microstructure of T15 high speed steel consisted of finalized lath martensite with round carbides of MC and M6C types after quenching at 1210 ℃ along with tempering at 550 ℃ for three times. The optimal mechanical properties were obtained because of the solution hardening of martensite and the dispersion strengthening by carbides. The bending strength reached 4200 MPa. The hardness was 920 HV and the fracture hardness was 20 MPa·m1/2. The secondary carbides had better thermal resistance and maintained a relatively high hardness at high temperatures produced by friction. The friction coefficient and wear loss were both less than those of M2 and W2 high speed steel. Its wear mechanisms were mainly adhesive wear and oxidation wear.Key Words: T15 high speed steel，solidifying behavior，powder metallurgy，hot isostatic pressing，heat treatment目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 粉末冶金高速工具钢制备工艺研究现状 (2)1.2.1 粉末制备的研究现状........................................................................ .. (2)1.2.2 粉末高速钢成形工艺的研究现状 (3)1.3 粉末高速钢组织及力学行为研究现状 (7)1.3.1 粉末冶金高速钢中的碳化物特点 (7)1.3.2 不同工艺下粉末冶金高速钢力学组织和行为的研究 (10)1.4 本课题的研究内容 (12)第2章实验材料制备及其分析测试方法 (14)2.1 实验材料 (14)2.2 材料成型方法 (15)2.2.1 气雾化T15粉末高速钢热等静压成形工艺 (16)2.2.2 热等静压T15粉末高速钢热处理工艺 (17)2.2.3 气雾化T15粉末高速钢冷压烧结工艺 (18)2.2.4 T15高速钢熔炼成型 (19)2.3 实验分析测试方法 (20)2.3.1 密度测试 (20)2.3.2 显微组织及物相分析 (20)2.3.3 硬度测试 (21)2.3.4 室温拉伸实验 (22)2.3.5 抗弯强度测试 (22)2.3.6 断裂韧性测试 (23)2.3.7 耐磨性能分析 (24)第3章气雾化T15高速钢粉末凝固组织特性 (25)3.1 引言 (25)3.2 气雾化T15高速钢粉末特性 (25)3.2.1 粉末粒度及粒度分布 (25)3.2.2 冷却速度的估算 (26)3.2.3 气雾化高速钢粉末外观形貌特征 (27)3.3 气雾化T15高速钢粉末物相分析 (30)3.3.1 高速钢粉末结晶相分析 (30)3.3.2 高速钢粉末凝固组织特征 (35)3.4 气雾化T15高速钢粉末纳米硬度分析 (44)3.5 本章小结 (46)第4章T15粉末高速钢成形过程及组织和力学性能转变 (47)4.1 引言 (47)4.2 气雾化T15粉末高速钢制备过程及致密化原理 (47)4.3 气雾化T15粉末高速钢组织及相分析 (50)4.4 气雾化T15粉末高速钢力学性能 (55)4.4.1 显微硬度测试 (55)4.4.2 抗弯强度测试 (56)4.4.3 HIP-T15粉末钢拉伸性能 (59)4.4.4 断裂韧性分析 (61)4.4.5 磨损性能分析 (62)4.5本章小结 (67)第5章热处理对HIP态T15粉末高速钢影响 (69)5.1 引言 (69)5.2 HIP-T15粉末高速钢淬火后的组织和物相分析 (69)5.3 不同热处理HIP态T15力学性能特点 (72)5.3.1 热处理后HIP-T15粉末高速钢硬度值 (72)5.2.3 热处理后HIP-T15粉末高速钢弯曲强度 (74)5.3.2 热处理后HIP-T15粉末高速钢断裂韧性 (75)5.4 HIP-T15粉末高速钢回火后组织和相分析 (75)5.5 热处理HIP-T15粉末高速钢耐磨性能 (79)5.5.1 粉末高速钢摩擦性能 (79)5.5.2 速度对摩擦性能的影响 (81)5.6 本章小结 (85)结论 (87)参考文献 (88)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (94)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (94)致谢 (95)第1章绪论1.1 引言高速工具钢简称高速钢，也称锋钢，属于高碳高合金莱氏体钢。
喷射成形高速钢沉积坯性能分析
（０ ６ Ｏ Ｚ １ 。 ２ ０ ＡＡ ３ １ ４）
其硬 度 可 达 到 ＨＲ ６ Ｃ ７甚 至 更 高 。 在 航 空 发 动 机
生产工 序多 ， 制备成 本高 。 喷射成形 开辟 了研 发 高性 能 高 速钢 的新 途径 ， 该工艺 不但 能获得 碳化物均 匀 细小且无 宏观 偏析 的 内部组 织 ， 且 降低 成 本 。国外 目前 对 喷射 成 形 高 而 速钢 已开始 进行 工程 化 研究 。德 国 Ｅ ＷＫ（ ｄ ｌａ ｌ Ｅ ｅｓ ｈ ｔ Ｗｉｅ — ｒ ｅｄ 公 司研究 表 明 ， ｔ ｎＫ ｅ ｌ） ｔ ｆ 喷射 成形 高速钢 具有 高 的纯 洁度 和 良好 的 组织 均 匀 性 ， 近球 状 均 匀 分 接 布的碳 化物 使其 强度 远超 过 常规 工具 钢， 中， 其 Ｅ ＷＫ公 司通过 喷射 成 形 制备 的 Ｅ Ｐ ３ Ｈ Ｓ是 一种 Ｓ ２ Ｓ
第２ ８卷 第 ６期
２０ ０ ８年 １ ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ． １２８， Ｎｏ ６ ． Ｄｅ ｅ ｃ ｍｂｅ ２ ０８ ｒ ０
Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ Ａ ＯＮＡＵ Ｉ Ｌ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ ＯＵ ＥＲ Ｔ ＣＡ Ｅ ＡＬ
喷射成 形 高速 钢 沉 积坯 性 能 分 析
张 勇 ， 张 国庆 ， 李 周 ， 袁 华 ， 许 文 勇 ， 刘 娜
为 了具有 良好 的力 学 性 能 和耐 磨 性 ， 速钢 通 常 含 高 有约 ２ ％ 一 ０ 的碳 化 物形 成元 素 ， Ｗ ， ， ｒ ０ ３％ 如 Ｍｏ Ｃ ， Ｖ等。然 而 ， 传统 铸锭一 锻轧 工艺生 产 的高速 钢 ， 随 合金含 量增 加 ， 固 时不 可 避免 的 出现粗 大 碳 化 物 凝
喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展(一)——喷射成形技术的原理、特点及发展现状
第 ２期
上
海
金
属
Ｖｏ ． ４，Ｎｏ ２ １３ ．
４ ２
２１ ０ ２年 ３月
Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩＭ ＥＴ ＡＬＳ
Ｍ ａｃ ｒｈ，２ ２ ０１
喷射 成 形快 速 凝 固技 术 制备 高性 能钢 铁 材料 的研 究进展 （ ） 一
— —
喷射 成 形 技 术 的原 理 、 特点 及 发 展 现 状
【 ｅ Ｗｏｄ 】 Ｓｒ ｏ ｉ ， ａｉ Ｓｌ ｉｃ ｉ ， ａｕ ｃ ｒ， ｒ ｎ ｔ ｌ Ｋｙ ｒｓ ｐａ Ｆｒ ｎ Ｒ ｐ ｏｄ ａｏ Ｍ ｎｆ ｔ ｅ Ｉ ｎ ｄＳ ｅ ｙ ｍ ｇ ｄ ｉｆ ｔｎ ｉ ａｕ ｏａ ｅ
喷射 成形 ， 也称 喷射 铸造 或喷射 沉积 ， 一种 是 先进 的快 速凝 固近 终形材 料制 备技 术 。它将 金属 熔体 雾化 和沉 积 成 形 两个 过 程 合 为 一体 ， 可直 接
ｎ ａ － ｅ —ｈａ ｅ ｅ ｒｎ ｔｓ ｐ ｍａｅ ｉｌ ． Ｉ ｈｏ ｄ ｎ ｑ ｅ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｎ ｂ ｏ ｄ ｐ ｌｃ ｔｏ ｐ ｏ ｐｅ ｔ ｎ ｈｅ ｔ ｒａｓ ｔ ｓ ｗｅ ｕ ｉ ｕ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ａ ｐ ｉ ａｉｎ ｒ ｓ ｃ ｉ ｔ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｆｈ ｇ ｒｏ ｍａ ｃ ｒ ｎ ａ ｄ ｓｅ ｌｍａｅ ｉｌ ．Ｔｈ ｓｃｐｒｎ ｉ ｅ ａ ｄ ｍａｎ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ｏ ｉｈ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ｉｏ ｎ ｔ ｅ ｔｒａｓ ｅｂａ ｉ ｉ ｃｐｌ ｎ ｉ ｈａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｐ ａ ｏ ｍｉｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｓ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｒｅ ｙ，ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｓｏ ｙ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔｓａｕ ｆ ｆｓ ｒ ｙ ｆ ｒ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｗａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｉｆ ｙ ｌ ｎ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｈｉｔｒ ｎ ｕ ｒ ｎ ｔｔ ｓ ｏ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｓ ｒ ｖｅ ｄ． ｈ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｗａ ｅ ｉｗｅ
喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研究进展(三)——喷射成形钢铁材料在特钢等领域的研发
（ ． ｏｎ ａｉ ｎｔｕｅｆ ｔｒ ｌ Ｓｉｎ ｅ Ｂ ｅ ｎ２３９ Ｇ ｒ ａ ｙ １ Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎＩｓｔｔ ｏ Ｍａ ｉ ｓ ｃ ｃ ， ｒｍｅ ８５ ， ｅｍ ｎ ； ｏ ｉ ｒ ｅ ａ ｅ ２ Ｓ ａ ｇａ Ｓ ｃ ｔ ｏ ｔｌ，Ｓ ａ ｇａ ２０２ ， ｈｎ ） ． ｈｎ ｈ ｉ ｏ ｉｙ ｆ ａｓ ｈｎ ｈ ｉ ０００ Ｃ ｉａ ｅ Ｍｅ
性 。与此 同时 ， 机 械 性 能也 因组 织 结 构 变 化而 其
得 以提 高 。
Ｓｎｖｋ钢厂 的 Ｙ ｍ ｎ等 人 ＿ 对 喷射 成 形 和 ａｄｉ ａａ ｌ 普 通铸 造 成 形 的 １Ｃ８ ｉ 锈 钢 进 行 了 对 比研 ８ ｒＮ 不
ｆ ｒ ｄ ｉｏ ｎｄ ｓｅ ｌｍａｅ ｉｌ ｒ ｅ ｃ ｉ ｄ，ａ ｌ ａ ｈ ｐｅ ｉｌｓｅ ｌ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｏｍｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｅ ｔｒａｓ ｗｅ ｅ ｄ ｓ ｒｂｅ ｓ ｗｅｌ ｓ ｔ ｅ ｓ ｃａ ｔｅ ｓ ａ ｈ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ｒ ｖｅ ｏ ｈｅ ｍｉｒ ｓｒ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ ｐ ｏ ｒｉ ｓｏ ｈ ｔ ｒａｓ ｅ ｉｗ ｆｔ ｃ ｏ ｔｕｅｕ ｅ ｎ ｒ ｐｅｔｅ ｆｔ ｅ ｍａｅ ｌ． ｉ
第 ３ ４卷
第 ４期
上
海
金
属
Ｖｏ ． ４，Ｎｏ ４ １３ ．
２１ ０ ２年 ７月
Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴ Ｓ ＡＬ
Ｊｌ ｕｙ，２ ２ ４ ０１ ３
喷射 成 形 快速 凝 固技 术 制备 高性 能钢 铁材 料 的研 究 进展 （ ） 三
— —
喷 射 成 形 钢 铁 材 料 在 特钢 等 领 域 的研 发
究， 发现 喷射 成 形 １Ｃ８ ｉ 锈 钢 具 有 更 高 的临 ８ ｒＮ 不 界点 蚀 温度 （ｒｉ ｌ ｉｉ ｍ ｅａ ｒ） 其 力 学 ｃｔａ ｐｔｎ ｔ ｐｒｔ ｅ ， ｉｃ ｔ ｇ ｅ ｕ 性能 和 抗 腐 蚀 性 都 与 淬 火 退 火 态 的 普 通 铸 造
喷射成形快速凝固技术制备高性能钢铁材料的研_省略_展_四_喷射成形钢铁材料的工业
［12 ］ 杂的预处理工艺来实现 。 而喷射成形超高碳 －1 钢无需预处理， 超塑变形应变速率可达 1s ， 延伸
开发薄板喷射成形制造方法， 以替代连铸、 轧制工 ［10 ］ 节约能源和降低成本 。 使用该方法， 可以 艺， 节约成本约 12． 5% ～ 17． 5% ， 并达到 100 t / h 的 产量。 1． 5 复合钢坯 近年来美国 Spray Forming International 公司 采用喷射成形技术生产复合圆钢坯取得了重要进 30 英尺长的碳钢坯 展。该公司在直径 140 mm、 金 表面喷射沉积 4 ～ 5 mm 厚度奥氏体不锈钢层， 属熔体喷射速率为 50 kg / min， 每小时可生产 15 t 复合钢坯， 年产量达 25 000 t。这种复合钢坯经热 轧后获得具有耐腐蚀复合钢截面的棒材 （ 直径 19 mm） ， 表面不锈钢覆层厚度 0． 5 mm， 复合界面 呈现良好的冶金结合。这种复合棒材在高氯化物 环境中具有良好的耐蚀性， 在海岸、 码头及桥梁等 其 使 用 寿 命 达 75 ～ 100 建筑 中 获 得 广 泛 应 用，
Cui Chengsong1 Zhang Jingguo2 （ 1． Foundation Institute for Materials Science，Bremen 28359 ，Germany； 2． Shanghai Society of Metals，Shanghai 200020 ，China） 【Abstract】 Spray forming is an advanced rapid solidification technology for the manufacture of nearnetshape materials． It showed unique advantages and broad application prospect in the manufacture of high performance iron and steel materials． The industrial production of spray formed iron and steel materials were described briefly． It had also made a commentary of the existing problems，research and development directions，and finally potential applications of the spray forming technology and materials． 【Key Words】 Spray Forming，Rapid Solidification，Iron and Steel，Industrial Production 1 1． 1 喷射成形钢铁材料的工业化生产 轧辊 80 年代末， 日本住友重工铸锻公司建立了半
喷射成形高速钢的研究进展
喷射成形高速钢内部组织研究
第30卷 第5期2010年10月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I A LSVol 130,No 15 Oct ober 2010喷射成形高速钢内部组织研究张 勇, 张国庆, 李 周, 袁 华, 许文勇, 刘 娜, 高正江(北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室,北京100095)摘要:研究了喷射成形高速钢SFT15热处理前后的微观组织。
结果表明,喷射成形制备的SFT15高速钢晶粒细小,无宏观偏析,组织致密,沉积坯平均体密度为81208g/c m 3,达到理论密度的9918%。
SFT15在热处理前的沉积坯硬度为5615HRC,经热等静压和热处理后进一步提高到67HRC,冲击韧度达到1118J /cm 2。
采用SE M 和TE M 研究了SFT15的内部组织发现,热处理后SFT15高速钢组织主要为回火马氏体和碳化物。
内部绝大部分为小于20μm 的等轴晶,晶界和晶内分布许多M 6C 型的碳化物。
关键词:喷射成形,高速钢,微观组织DO I:1013969/j 1issn 110052505312010151004中图分类号:TG142.45 文献标识码:A 文章编号:100525053(2010)0520019206收稿日期:2009208221;修订日期:2010207220基金项目:国家973课题基金(2006CB60520422);国家自然科学基金青年项目(50701041);国家科技支撑计划项目(2007BAE51B05)作者简介:张 勇(1976—),男,博士,从事喷射成形高合金化材料及先进高温结构材料的研究,(E 2mail )bia mzhang@ 。
高速钢(又称高速工具钢)属于高碳高合金莱氏体钢,热处理后可以获得极高硬度(63HRC ～70HRC )、良好的耐磨性与优异的红硬性,主要用于制备各种车床的切削工具,也部分用于制备高载荷模具、航空高温轴承与特殊耐热耐磨零部件等[1,2]。
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北京科技大学《材料科学与工程选论》课程学习绪论 (1)1.高速工具钢简介 (3)1.1高速钢的发展史 (3)1.2高速钢的组织性能特点 (3)1.3高速钢中碳化物类型 (4)1.4高速钢近年研究进展： (5)2 高速钢的主要制备方法 (6)2.1 传统铸造技术 (6)2.2 电渣重熔技术 (6)2.3 粉末冶金技术 (8)3 喷射成形技术 (9)3.1喷射成型简介 (9)3.2喷射成形技术发展历程 (10)3.3 喷射成形技术优点 (11)3.4 喷射成形技术缺点 (12)3.5 喷射成型技术基本原理 (12)3.6 喷射成形过程 (13)3.6.1 喷射成形——金属液的雾化 (14)3.6.2 喷射成形——雾滴的沉积 (18)3.7 喷射成形工艺控制因素 (19)4 喷射成形技术制备高速钢材料的研究进展 (20)4.1 喷射成形技术的研究进展和应用 (20)4.1.1 喷射成形国外研究现状 (20)4.1.2 喷射成形国内研究现状 (22)4.2 喷射成形技术在高速钢制备中的应用 (22)5 喷射成形发展前景展望 (25)6结论 (25)参考文献 (26)喷射成形法制备高速钢及组织性能研究左锦荣B20120502北京科技大学新金属材料国家重点实验室摘要高速钢中碳化物的种类、数量、尺寸、分布及形貌等是决定其性能的关键因素。
传统低冷速的铸造易引起严重偏析、一次碳化物粗大，从而严重恶化高速钢性能；而高冷速的喷射成形工艺能极大地抑制宏观偏析的发生，提高固溶度并细化组织，提高材料的强韧性。
喷射成形技术在工模具钢方面的研究证明其能有效提高高速钢性能且成本较为低廉，一定程度上了替代粉末冶金制备高速钢。
喷射成形工艺对高速钢组织及碳化物形貌、尺寸和分布的显著优化使的喷射成形高速钢表现出良好的热加工变形性能，而同成分的铸态高速钢变形性能差，极易锻造开裂。
关键词喷射成形；高速钢；性能；组织Study on microstructures and properties of spray formed high speed steelZuojinrong B20120502School of AMM, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaABSTRACTThe properties of the high speed steels are usually determined by the types, amounts, sizes, distributions and shapes of the carbides. The low cooling rate of the traditional cast process can induce macrosegregation and coarse "primary carbides", which can greatly deteriorate the properties. However, due to the high cooling rate, the spray-formed metallic materials can be characterised by the absence of macrosegregations, finer microstructures, increased solid solubility, increased strength and toughness, better hot workability. Thus, spray forming has been proven to be a powerful tool for the production of high-alloyed materials. Compared to powder metallurgy, the process chains of spray forming are much shorter.The spray formed high speed steels possess excellent hot workability, which is induced by the microstructures improvement. The cast steel with same chemical composition would be inclined to crack during hot working, due to its coarse dendrites and heterogeneous carbides.KEY WORDS : Spray forming, High speed steel, Properties,Microstructure北京科技大学《材料科学与工程选论》课程学习绪论高速钢具有高硬度、一定的塑韧性、高耐磨性以及良好的红硬性等良好的综合性能。
因此被大量用来制作加工工业所使用的刀具，也部分用于特殊用模具、轴承等有特殊要求的部件。
高速钢的发明使用已有一百多年的历史，人们对高速钢的合金化思想、种类发展、制备方式、热处理工艺、组织性能优化等方面进行了大量的工作，历经铸造-电渣-粉末冶金高速钢，发展形成了不同应用环境、高中低档种类齐全的高速钢体系。
自从1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金以来，由于其具有极高的硬度及耐磨性，在一些切削领域，如单刃刀具-车刀，硬质合金广泛替代了高速钢。
特别是上世纪五十年代以后，快速发展的科学技术及加工制备手段，使得许多超高硬、高耐磨刀具材料快速涌现并大量使用，且在切削速度、切削效率以及切削高硬难加工金属和非金属方面具有极大的优势，例如TiC、WC和立方氮化硼等硬质合金。
虽然在机加工一些特殊领域，硬质冶金展现出优异的切削性能，但其高硬高耐磨的同时也牺牲了韧性，且可加工性不高，因此在形状复杂、精密刀具方面高速钢依然具有较大优势，并且随着冶金技术的不断进步，高速钢的使用性能也得以不断提高。
因此，虽然在高速切削的单刃刀具和难加工金属与非金属材料中硬质合金工具所占的比较越来越多，但是在复杂精密的多刃刀具、且经受冲击和振动的工况下，高速钢刀具依然具有绝对优势。
因此，在当前的技术条件下，现代刀具的两大重要材料依然为高速钢和硬质合金。
高速钢是含20%-30%碳化物形成元素的铁基合金，传统生产高速钢的方法主要有两种：即冶炼+锻造法和粉末冶金法。
前者通常采用大吨位电弧炉冶炼、模铸浇铸成锭，但是由于钢锭浇铸的尺寸较大，钢液冷却缓慢，且高速钢化学成分复杂，合金含量较高，铸锭中碳化物组织粗大，分布不均匀，宏观偏析严重，凝固组织属共晶莱氏体，性能很脆，降低了高速钢的性能，使高速钢钢的锻、轧加工困难，高合金工模具钢的发展受到很大限制。
唯有粉末冶金工模具钢不论在钢种和性能上均还有发展的余地，高的冷速使它没有传统铸造高速钢凝固过程中缓冷产生的粗大一次碳化物和宏观偏析，提高了高速钢的加工性能和综合力学性能。
粉末冶金高速钢微观组织中一次碳化物细小均匀，组织各向同性，尺寸稳定性较高，使用寿命大幅提高，被广泛用于制造难加工材料的切削工具。
但是，粉末冶金高速钢的制造工艺复杂，工序繁琐，成本高，售价昂贵，其制备工序包括制粉(水雾化或气雾化)-筛分-混粉-压制(或冷等静压)-装盒、抽真空-热等静压-后加工-成品，其中热等静压是粉末冶金工艺的主要工序，决定着粉末冶金高速钢的组织性能，但是其设备昂贵，大幅提高了粉末冶金高速钢的成本。
另一方面，粉末冶金工艺中雾化制粉阶段能量的利用仅为3%-4%，满足压制要求粒度的粉末收得率不高，需要重复制粉，能源利用率十分低。
我国在粉末冶金高速钢方面的研究起步晚、底子薄，高端粉末冶金高速钢大部分依靠国外进口，为了提高粉末冶金高速钢的生产效率，降低生产成本，就要发展一种新的高速钢生产工艺，制备高附加值、高性能的高速钢。
粉末冶金工模具钢的成本较高，在国内外市场上属于较昂贵的钢种，我国由于工具及机械制造业的相对落后，粉末冶金工模具钢市场有待扩展。
而喷射成形可以直接沉积成形高合金工模具钢部件，工艺流程明显缩短，制造周期和成本显著下降，且具有与粉末冶金高合金工模具钢类似的性能特征，合金含量高，碳化物细小，组织均匀，模具使用寿命明显增加，综合性能远高于熔铸锻造工模具钢。
1.高速工具钢简介1.1高速钢的发展史高速钢的出现可以追溯到19世纪：1868年，英国人马希特(R．F．Mushet)发明了锰-钨自硬化钢(C 2%, W 7%, Mn 2.5%)，主要用作制造刀具。
1898-1900年，美国人泰勒(F．W．Taylor)和英国人怀特(M．White)共同发明了接近熔点的高温淬火和高温回火工艺，并用铬-钨钢取代锰-钨钢，把工具钢的切削速度提高到了20 m/min，并于1900年在巴黎国际博览会上表演引起轰动，这是高速钢发展史上的一个重大突破。
1910年研制出了W18Cr4V钢(C 0.75%，W 18%，Cr 4%，V 1%)，获得巨大成功，并且一直沿用至今。
1923年，研制出了含钴12%-15%的高速钢，可将刀具的切削速度提高至40 m/min。
1932年，美国人埃蒙斯(J．V．Emmons)发明了高钼高速钢M1(W2Mo9Cr4V)。
1937年，美国人布里勒(W．Breelor)发明钨钼高速钢M2 (W6Mo5Cr4V2)，这是现今世界各国应用最广泛的一种通用型高速工具钢。
1939年，出现了含钒3%-5%的高碳高钒高速钢，又称“超高速钢”。
在第二次世界大战期间，因为合金元素的缺乏，德国首先研制应用了低合金高速钢。
1953年，出现了加硫(0.05%-0.2%)的易切削高速钢。
1962年，美国人斯蒂文(J．Steven)研制出了超硬高速钢M41，并发表了著名的平衡碳公式。
之后，在美国又研制出了M40超硬高速钢系列，其中的M42钢(W2Mo9Cr4VCo8)的硬度可高达70 HRC，是应用最广泛的一种超硬高速钢。
上世纪60年代，我国研制开发了含铝高速钢。
1965年，美国克鲁斯伯公司(Crucible Steels)发明了粉末冶金高速钢。
1970年，瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速钢开始生产；高速钢越来越多的应用于高载荷冷作模具，使高速钢的发展进入了一个新阶段[1]。
1.2高速钢的组织性能特点高速钢是一种合金元素种类多、总含量高的高碳钢（C含量可超过1%），主要有以下组织和性能特点：(1) 高速钢的凝固组织为马氏体、残余奥氏体和一次共晶碳化物，且一次碳化物数量较多（约占10%-20%），尺寸约在2 μm-20 μm，因此碳化物的大量存在对高速钢的组织性能有重要影响。