粉末冶金高速钢(简称为粉末高速钢)作为机械加工中切削、切割工具的主要用材拥有着五十多年的历史,从采用大型中间钢包的气雾化-热等静压的第一代粉末高速钢到如今生产工艺多样化、组元多样化的第三代粉末高速钢,粉末高速钢逐渐完成了钢液成分的优化控制、雾化粉末性能的提升和各阶段生产设备的改良与升级;随后科研工作者针对工业化的需求,延伸至对材料高合金甚至超合金化的探索,着重于获得更佳的组织及性能;至此,更优合金化方案及更高性能的粉末高速钢层出不穷,也逐步发展成21世纪极具潜力与发展的刀具材料。本研究打破传统熔炼、雾化等工艺对合金元素加入的限制,通过DFT直接制备工艺引入超高含量钒铌进行复合强化,并从材料制备和强化两大关键过程进行研究,包括超高合金的固相烧结致密化、钒铌复合强化机理与成分优化、超高合金粉末高速钢强韧化等,逐步建立和完善超高合金粉末高速钢的致密化机制、超高钒铌的作用机理与限度以及超高合金粉末高速钢的强韧化工艺。其次,为降低高合金粉末高速钢的使用成本,提高材料利用率,研究尝试采用热压辅助扩散焊对ASP 60和W18Cr4V进行焊接以减少生产中粉末高速钢的使用量。文章主要结论如下:1.采用DFT直接制备工艺制备出不同成分配比的超高钒铌粉末高速钢,通过研究其致密化行为、显微组织及物相演变,建立起不同钒铌添加对材料致密度、组织及性能的影响。结果表明:(1)材料在1165℃烧结后均获得较高的致密度(≥99.13%);(2)随着Nb含量的增加,材料中出现大量细小的亮白色WC颗粒、呈现桥接黏连的块状M6C碳化物及条状M2C碳化物,而M6C、M2C碳化物的出现显著降低了材料的强韧性;(3)材料在Nb含量为3%时取得最佳的综合力学性能及微观组织;(4)当Nb含量>5%时,材料表现出强烈的二次硬化作用,经三次回火后,硬度由淬火态58HRC迅速提升到72.6 HRC;(5)不同成分高钒铌粉末高速钢均具有良好的抗回火性。2.其次,研究采用热加工变形的方式对综合性能优异的S3成分粉末高速钢分别进行0%、10%、20%、30%、40%五种变形量的旋锻加工,并对不同旋锻变形量的组织、断口、力学性能(包括硬度、冲击韧性及抗弯强度)进行表征,研究发现:热变形加工可以有效提高材料的强韧性,当变形量达到40%时,材料的冲击韧性和弯曲强度相较于未旋锻加工的材料强韧性分别提升了43.86%和20.74%,达到10.43 J/cm2和3731.9 MPa。同时组织及断口分析发现,旋锻加工主要通过高密度位错及晶粒细化进行强化材料性能。3.采用热压辅助扩散焊对高性能粉末高速钢ASP 60与W18Cr4V进行对焊连接,并通过单一变量的原则分别对焊接温度、焊接压力以及焊接保温时间三个参数进行实验并摸索出最佳的焊接参数,结合各组参数下对焊材料的宏观形貌(焊后形貌、断口形貌等)、力学性能测试及微观组织(SEM)分析我们得出:当焊接温度为1000℃、焊接压力为25MPa及焊接保温时间为30min时材料获得最佳的焊接性能,此时材料抗拉强度为1157MPa,且断口沿着W18Cr4V一侧断裂。