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DEX40高速钢在航空发动机叶片铣削中的应用验证

更新时间:2025-05-17 17:21:44
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详细介绍

  DEX40高速钢 用途及特性深度解析

  1. 基本概述

  DEX40(日本 日立金属 Hitachi Metals 开发)是 超高性能粉末冶金高速钢(PM-HSS),属于 第四代粉末高速钢,专为 极端耐磨、高红硬性、高冲击韧性 场景设计。其 碳化物分布更均匀,硬度可达 HRC 70+,适用于 超硬材料加工、精密冲压模具、航空航天部件 等严苛工况。

  日本大同DEX40粉末高速钢标准JIS G4403钢号DEX40高耐磨高耐压粉末冶金高速钢

  DEX40是日本大同高性能粉末冶金高速钢,是经粉末冶金工艺制造的含Co的高合金高速钢,DEX40尤其适合于需要同时满足高抗磨损和高耐压的冷作模具,DEX40有非常好的红硬性。

  DEX40化学成分

  C:1.30

  Cr:4.00

  Mo:5.00

  W:6.50

  V:3.00

  Co:8.00

  Mn:0.30

  Si:0.30

  出厂状态:软性退火至340HB

  DEX40通过奥氏体化可以得到非常高的硬度和抗压强度,它拥有同其他ASP系列材料一样好的热处理尺寸稳定性。虽然是高合金钢。但它的韧性非常高。DEX40的机加工性能低于其他的低合金高速钢。其耐磨性能高于同类高合金高速钢。

  (2) 力学性能(热处理后)

  性能指标DEX40 数值对比参考(DEX20)

  硬度(HRC)70-7267-69

  抗弯强度(MPa)3000-35003500-4000

  冲击韧性(J/cm²)18-2225-30

  红硬性(700°C)HRC 60+HRC 58

  特点总结

  ✅ 超高硬度(HRC 70+) → 适合加工 硬质合金、陶瓷复合材料

  ✅ 极端耐磨性 → 寿命是 普通高速钢(M2)的5-8倍

  ✅ 高温稳定性 → 700°C仍保持高硬度,适合 难切削材料(如Inconel 718)。

  ⚠️ 韧性略低 → 不适合高冲击工况(如重载冲压)。

  (3) 物理性能

  参数数值

  密度(g/cm³)8.35

  热膨胀系数(×10⁻⁶/°C)11.2(20-600°C)

  热导率(W/(m·K))22(因高钴略低)

  3. 典型应用领域

  (1) 超硬材料切削工具

  钛合金铣刀 → 加工 Ti-6Al-4V(HRC 35+),寿命 >300分钟(DEX20约200分钟)。

  镍基高温合金钻头 → 加工 Inconel 718,钻孔深度 >80m(普通高速钢<15m)。

  硬质合金车刀 → 车削 WC-Co(HV 1500+),磨损率 降低50%

  (2) 高精度耐磨模具

  精密冲裁模 → 冲裁 0.1mm不锈钢箔,寿命 >1000万次

  玻璃纤维成型模 → 耐磨损 是SKD11的10倍

  (3) 特种耐磨部件

  航空发动机涡轮叶片加工刀具 → 耐高温氧化 >1000°C

  3D打印金属粉末刮刀 → 耐磨性 是工具钢的8倍

  4. 热处理工艺优化

  (1) 标准热处理流程

  预热 → 600°C × 30min + 850°C × 30min(防止开裂)。

  奥氏体化1220-1240°C × 3-5min(真空炉±2°C控温)。

  淬火高压氮气淬火(冷却速率>60°C/s)。

  回火560-580°C × 2h × 3次(每次深冷至-80°C)。

  (2) 性能强化方案

  超深冷处理(-196°C × 72h) → 硬度 提升HRC 1-2

  PVD涂层(AlCrN/TiSiN) → 表面硬度 HV 4000+,耐热 1200°C

  5. 与竞品对比

  特性DEX40DEX20CPM 15VASP 2060

  硬度(HRC)70-7267-6968-7066-68

  红硬性(700°C)HRC 60+HRC 58HRC 59HRC 57

  耐磨性(相对)5.0×M23.0×M26.0×M24.0×M2

  韧性(J/cm²)18-2225-3015-2020-25

  成本指数8.0×M25.0×M210.0×M26.0×M2

  选材逻辑

  极端耐磨+高温DEX40(如航空高温合金加工)

  平衡硬度/韧性DEX20(精密冲模)

  高耐磨(牺牲韧性)CPM 15V(硬质合金加工)

  6. 加工与焊接要点

  机加工建议

  退火态硬度 HB 320-350,需用 CBN/PCD刀具 低速加工。

  磨削推荐 金刚石砂轮(100#-150#粒度)

  焊接工艺

  激光焊接(预热400°C),避免热影响区裂纹。

  7. 总结

  DEX40目前的粉末高速钢之一,其 HRC 70+硬度、超高红硬性(700°C) 使其在 航空航天、能源、超硬材料加工 领域无可替代。虽然 成本极高(约普通高速钢8倍),但在 加工Inconel、钛合金、硬质合金 时,刀具寿命可提升5-10倍,综合成本反而更低。

  适用场景

  ✔️ 极端耐磨需求(如航空发动机部件加工)

  ✔️ 超高温切削(镍基合金、钛合金)

  ✔️ 高精度长寿命模具(IC引线框架冲模)


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