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高速钢被广泛用于制造各种切削工具和耐热耐磨零件。采用喷射成形工艺制备高速钢兼具快速冷却和近终成形的优点。但喷射成形工艺存在因参数多中间过程控制难以及易产生过喷粉末,造成原料利用率降低等问题,为此本研究基于河冶科技股份有限公司自主研发的4t级别喷射成形设备和实际生产过程,建立了喷射成形过程的综合数值模型;建立了高速钢过喷粉末的粉末冶金制备工艺,并以过喷粉末为原料制备了高性能W6Mo5Cr4V2Co5Nb(825K)高速钢,为提升喷射成形工艺在高速钢领域的应用奠定了理论和技术基础。主要结论如下:建立了金属液滴的动力学模型、热力学模型,尺寸分布模型,沉积坯的形状和温度场演变动态模型,用Matlab,Ansys和Thermo-calc软件对沉积坯糊状区固相率,沉积坯的形状和温度场演变过程进行了计算,并建立了糊状区固相率预测公式为:F=A1Vgi0.22 R0.19 Z0400-A2ΔT,其中A1、A2为比例系数,vgi为雾化气体初速度,RR为气液比,Z为沉积距离,ΔTT为过热度。当RR=0.55,vgi=300m/s,Z=0.5m,ΔT-100K时,W18Cr4V沉积坯糊状区固相率为71.48%,喷射过程中雾化锥中无未破碎金属液流,沉积坯表面无缺陷,组织均匀,模拟结果和实际符合。沉积坯形状控制的关键在于扫描轨迹和基底下拉速率的控制。扫描轨迹决定于喷嘴扫描频率和基底转速,扫描轨迹需满足均匀覆盖沉积坯表面,轨迹周期控制在10-15s较好。喷嘴偏心距,倾斜角以及喷射距离决定扫描轨迹的位置,喷嘴摆动角度,雾化系数以及喷射距离决定扫描轨迹的范围。基底下拉速率需满足v<K.SE.Acosφ(t),否则会造成严重过喷甚至喷射失败。建立的数学模型可被用于目标高速钢喷射参数的优化与推荐以及特定喷射参数下沉积坯状态的预测。计算优化后825K高速钢的推荐喷射参数为:主喷嘴初始偏心距0.12m,初始倾斜角17°,雾化系数0.0012m/s和60m-2,摆动频率3Hz,辅喷嘴初始偏心距0.20m,初始倾斜角40°,雾化系数0.003m/s,和1 50m-2,摆动频率3Hz,基底转速75rpm,下拉速率6.8× 10-4m/s,由此制备出了φ550mm重达3.4t的大截面喷射成形825K沉积坯,合金收得率92.1%,沉积坯致密度≥98%,氧含量39ppm,表面平整,底部过渡区比例小,经1 180℃淬火,540℃三次回火,硬度可达66.5HRC,抗弯强度3321MPa,优于铸造M35高速钢,推进了喷射成形高速钢的产业化进程。825K过喷粉末大部分呈球形,球形度随颗粒粒径减小而提高,内部为树枝晶,碳化物有M2C型和MC型。过喷粉末氧含量为240ppm,稳定非金属夹杂的含量为100.93ppm,其中Si02占91.03wt%,A1203为4.66wt%,其余为Ca、Mg、K、Ti等元素的氧化物,经800℃C氢气还原,磁选,过喷粉末的氧含量≤100ppm,非金属夹杂含量≤20ppm,为其利用奠定了基础。以过喷粉末为原料,采用两步法烧结(1200℃C/120min→1260℃C/30min),可制得致密度大于98%的825K合金,显微组织为渗碳体,铁素体,M6C型碳化物和MC型碳化物,其中M6C型碳化物富含W、Mo元素,晶粒内尺寸小于5μm,呈小块状,而在晶界处其最大尺寸可达12μm,呈不规则块状或条状,MC型碳化物富含V元素,尺寸小于3μm,呈弥散分布。烧结样品硬度可达51.8HRC,抗弯强度2042MPa,与水雾化粉末烧结高速钢性能相当。经过1180℃淬火,540℃回火后,样品显微组织为回火马氏体、M6C型碳化物、MC型碳化物和少量残余奥氏体,硬度可达64.2HRC,抗弯强度2857.70MPa,优于铸造CW6Mo5Cr4V3 合金(64～65.3HRC,2550MPa),实现了对过喷粉末的高效利用。