2 從R.Mushet 的特殊鋼到高速鋼
在轉(zhuǎn)爐煉鋼法發(fā)明(1856) 之前,鋼的生產(chǎn)方法很落后,先把高碳生鐵煉成熟鐵,進行滲碳制成滲碳鋼(表面碳高,內(nèi)部碳低) ,然后再在坩堝爐中溶化,得到成分均勻的鋼。這種煉鋼法的周期要幾天,每爐的產(chǎn)量也不過幾十公斤。因此鋼的價格昂貴,產(chǎn)量不大,主要是用于制造刀具的高碳鋼。轉(zhuǎn)爐及平爐鋼的大量生產(chǎn)使得機械加工工業(yè)得到很大的發(fā)展。原來使用的碳素工具鋼刀具的車削速率比較低,溫度不能超過200 ℃,顯然不能滿足加工工業(yè)的要求。在這種需求下,R.Mushet 在1868 年發(fā)展出高鎢自淬工具鋼 ,當時稱之為R. Mushet特殊鋼,實用合金鋼特別是高碳合金工具鋼就是由此開始的。
在此之前,Mushet 曾在鋼的冶煉方面做過不少出色的貢獻。貝塞麥在發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼法方面遇到的主要困難之一是鋼中氣孔太多,Mushet 認為這是由CO產(chǎn)生的,建議在鋼水中加錳鐵脫氧,終于使轉(zhuǎn)爐煉鋼法獲得成功。鋼中加入鏡鐵生成MnS 以避免在軋鋼時斷裂也是他發(fā)明的。為此貝塞麥在1876 年贊成把英國鋼鐵學會的貝塞麥獎?wù)骂C發(fā)給Mushet 。他還在1858 年改進了坩堝法煉鋼,不用價昂的滲碳鋼作原料,把鑄鐵粉碎成塊,與鐵礦石及錳鐵放在坩堝爐內(nèi)冶煉成鋼。后來又在坩堝爐中把鑄鐵碎塊與鎢礦石或氧化鎢一起冶煉得出鎢鋼(也有人說他錯把鎢礦石混進去了) ,這就是他的高鎢自淬火鋼的前奏。
Mushet 特殊鋼的特點有二:一是不需要淬火,鍛成刀具空冷后就有很高的硬度;二是用它制成的刀具的車削速度比碳素鋼刀具高幾倍,壽命還要長得多。Mushet 自淬鋼也引起金相學創(chuàng)始人索氏的興趣,并作出鎢可以阻止鋼在淬火過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的正確判斷。不過總的說來,由于金相學剛剛誕生(1863) ,人們對于鋼的顯微組織還缺乏認識,因此對上述兩種現(xiàn)象還有很大神秘感。特別是后來經(jīng)過改進了的熱處理制度,更是令人迷惑。在鍛造后,刀刃部份急速加熱到“白熱”的過燒程度,在噴氣流中冷卻后磨去表層就能得到車削性能格外優(yōu)良的刀具。今天我們已經(jīng)習慣于高速工具鋼要在1250～1300 ℃油淬,對此當然不會感到驚訝了。
R.Mushet 特殊工具鋼的問世開始了高碳工具鋼的新紀元。后來的實踐證明適當降低碳含量,還有硅、錳含量,增高鉻含量,可以提高鋼的切削性能 。在1900 年巴黎博覽會上展出了美國Taylor和White 研制出的改進了的Mushet 鋼制成的刀具,它的車削速度比碳鋼高出十幾倍,盡管刀具由于與工件磨擦生熱而呈暗紅色,鋒利不減,削鐵如泥,觀眾無不瞠目結(jié)舌。此后,這種鋼就獲得了“高速鋼”的美名,以“紅硬性”著稱,不脛而走,迅速推廣。經(jīng)過進一步改進,在1906 年發(fā)展出今天使用的18-4-1型高速鋼,后來還有添加鈷的優(yōu)質(zhì)高速鋼和用鉬代替一部份鎢的鋼種。但是今天使用的高速鋼可以說與Mushet 特殊鋼是一脈相承的。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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