粉末冶金高速鋼（PM HSS）是高速鋼中的上品，國(guó)內(nèi)多數(shù)工具廠對(duì)它只有一個(gè)模糊的概念，只知它是一種性能優(yōu)良的*高速鋼，而不知目前在我國(guó)市場(chǎng)上同時(shí)存在化學(xué)成分相同而質(zhì)量、性能不同的第1代、第2代和21世紀(jì)初才開發(fā)的第3代PM HSS。
粉末冶金高速鋼發(fā)展及近況
上世紀(jì)70年代初，PM HSS由瑞典Stora廠(現(xiàn)屬法國(guó)Erasteel公司)首先投入工業(yè)化生產(chǎn)，此為*代PM HSS，其鋼材的非金屬夾雜物含量相當(dāng)電弧爐后LF鋼包精煉的水平。
1991年瑞典Soederfors廠采用了ESH技術(shù)(電渣加熱法)，使鋼更為純凈，與*代PM HSS相比，非金屬夾雜物含量可減少90%，抗彎強(qiáng)度可提高20%，采用ESH技術(shù)生產(chǎn)的PM HSS稱為第2代，該公司產(chǎn)品商標(biāo)也改變?yōu)锳SP 2000系列，如：鋼種ASP 2030。而其第1代產(chǎn)品稱ASP 30，二者化學(xué)成分相同。
法國(guó)Erasteel公司從2002年起對(duì)其第2代ESH PM HSS的生產(chǎn)全程進(jìn)行了研究，并作了數(shù)項(xiàng)改進(jìn)后，自2004年起其產(chǎn)品商標(biāo)稱DvalinTM，所有生產(chǎn)的及出庫(kù)產(chǎn)品均按此新標(biāo)準(zhǔn)，是該公司的第3代PM HSS。該公司第2代PM HSS采用ESH技術(shù)后，比*代減少了90%的非金屬夾雜物，而第3代DvalinTM PM HSS比第2代又減少了另一個(gè)90%的非金屬夾雜物。若以每1cm3鋼中50μm尺寸非金屬夾雜物的數(shù)目計(jì)，則傳統(tǒng)或第1代PM HSS為0.6個(gè)，第2代的為0.03個(gè)，而第3代DvalinTM的為0.002個(gè)。
非金屬夾雜物的大量減少，使PM HSS的抗彎強(qiáng)度逐代增加，以從φ100mm鋼材上取樣測(cè)定的橫向抗彎強(qiáng)度為例，熔煉鑄錠通常M42鋼，及第1代到第3代PM HSS 2030(S6.4-5.0-3.1-8.5)的抗彎強(qiáng)度變化見表1。第3代PM HSS DvalinTM ASP2030的強(qiáng)度比第2代ESH ASP2030的相應(yīng)值又提高20%，這使制成的刀具能承受更大的切削應(yīng)力和更耐沖擊負(fù)荷。
工具表面缺陷對(duì)工具性能的影響
與其他工具材料如硬質(zhì)合金相比，ASP鋼的一個(gè)*顯著的優(yōu)點(diǎn)為其高強(qiáng)度。這使工具制造者不僅可制造鋒利的刀具，而且可讓他們的用戶使用大的進(jìn)給量及工件材料去除率，在高負(fù)荷下使用工具。PM HSS的高強(qiáng)度源于其獨(dú)特的具有高純凈度與細(xì)顯微組織的結(jié)合，使其內(nèi)部材料缺陷的水平極低。
因PM HSS中內(nèi)部缺陷的水平較低及尺寸較小，因此使由于工具的生產(chǎn)過(guò)程(非鋼“內(nèi)在”質(zhì)量)產(chǎn)生的工具表面缺陷有極大的可能性成為較大的缺陷，這意味著由于在工具制造過(guò)程中引入的表面缺陷會(huì)使因整體材料的高質(zhì)量而期望得到高強(qiáng)度并不一定總能實(shí)現(xiàn)。因工具表面經(jīng)常為工具承受*高應(yīng)力部分，工具表面的缺陷也便經(jīng)常成為工具壽命的制約因素。
一個(gè)工具的表面質(zhì)量是在工具制造中不同加工步驟形成的結(jié)果，如熱處理、磨削、*后表面制備等。工具*終的性能強(qiáng)弱決定于工具的表面質(zhì)量。表面質(zhì)量是從下列組合獲得的：
表面的“幾何性質(zhì)”：表面粗糙度，存在的表面缺陷如磨削劃痕。
與材料整體相比，接近表面部分材料的“組織、機(jī)械和化學(xué)變遷”。如相轉(zhuǎn)變、熱影響區(qū)、滲碳、脫碳、氧化、殘余應(yīng)力、塑性變形等。
其它缺陷如毛刺。高性能PM HSS常因其高合金含量而能熱處理到一個(gè)較高的硬度水平(66~70HRC)，但一般韌性將較差。工具制造者為使淬硬到高硬度的刀具仍能具有足夠的韌性，應(yīng)十分注意改善刀具刃口的表面粗糙度。硬度65HRC的高速鋼，在表面粗糙度為Ra0.5μm時(shí)，抗彎強(qiáng)度為5GPa；另一種硬度70HRC的高速鋼，在表面粗糙度為Ra0.2μm時(shí)，也能達(dá)到5GPa的抗彎強(qiáng)度。上述只能在近代PM HSS上實(shí)現(xiàn)。
我國(guó)PM HSS使用現(xiàn)狀
我國(guó)是高速鋼使用大國(guó)，2005年真正高速鋼材產(chǎn)量約3.7萬(wàn)噸，按國(guó)際高速鋼消費(fèi)情況，我國(guó)應(yīng)使用4500噸PM HSS，但實(shí)際上連40噸都不到�？梢娢覈�(guó)PM HSS用材尚處啟蒙階段。
要改變這種情況，關(guān)鍵在于領(lǐng)導(dǎo)要轉(zhuǎn)變思維，要思進(jìn)取。*典型的例子是縱樹形輪槽銑刀。國(guó)外用PM HSS已30多年，近年已換了一輪鋼種，以求更高的切削壽命，而國(guó)內(nèi)仍在使用M42鋼不變，目前此刀國(guó)外產(chǎn)品的切削壽命已2~3倍于國(guó)產(chǎn)，2005年該刀進(jìn)口近1個(gè)億。
只有刀具生產(chǎn)者能瞄準(zhǔn)世界品牌，在質(zhì)量上求進(jìn)取，在用材上思革新，我們國(guó)家在PM HSS刀具的使用及生產(chǎn)上才能良性發(fā)展，只有PM HSS使用面及量擴(kuò)大，才能促進(jìn)PM HSS的發(fā)展。
我國(guó)現(xiàn)有下列刀具已應(yīng)用PM HSS：干切齒輪滾刀(140~180m/min)，縱樹形輪槽銑刀，菌形葉根銑刀，雙金屬帶鋸齒形滾刀，弧齒傘齒輪銑刀，高速齒輪滾刀(100~120m/min)，插齒刀，航空葉根拉刀等。由于筆者接觸有限，必有未述及者。應(yīng)用的PM HSS鋼種有：ASP2052、S390(S10.5-2-5-8)、CPM T15、ASP2015(S12-0-5-5)、CPM M4HC、S690(S6-5-4)、ASP2030、S590(S6.5-5-3.1-8.5)、S790(S6-5-3)等牌號(hào)。用戶可根據(jù)不同PM HSS生產(chǎn)廠的供貨條件選用。
筆者不甚了解的PM HSS和PM TS(粉末冶金工具鋼)的另一個(gè)廣大應(yīng)用領(lǐng)域是模具行業(yè)。模具對(duì)材料質(zhì)量要求高，皆選用優(yōu)質(zhì)原材料。模具材料供應(yīng)商財(cái)大氣粗，會(huì)在對(duì)PM HSS沒有足夠了解的條件下，一訂就是數(shù)噸，牌號(hào)以CPM M4和ASP2023為主。烏克蘭出口我國(guó)的*批20噸PM HSS，多數(shù)訂戶為深圳模具材料商人。筆者已遇到過(guò)必須用粉末冶金冷作模具鋼材能滿足產(chǎn)品使用壽命的用戶。現(xiàn)有沖模使用Cr12MoV鋼可獲得50萬(wàn)次壽命，而用戶要求每次修磨壽命為500萬(wàn)次，只有換用粉末冶金冷作模具鋼，和國(guó)外用一樣的材料才行，模具行業(yè)將會(huì)成為PM HSS領(lǐng)域比工具行業(yè)更強(qiáng)壯的支柱。此外航天用齒輪泵，一旦開發(fā)也必須用PM TS為原材料。
我國(guó)今年發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)7500萬(wàn)千瓦，居世界*，各汽輪機(jī)廠任務(wù)繁忙。汽車產(chǎn)量將突破400萬(wàn)輛，居世界第四。在這種形勢(shì)下部分關(guān)鍵汽輪機(jī)刀具、小轎車刀具必須采用PM HSS作原材料才能趕上國(guó)際水平。因此，樹立國(guó)際優(yōu)質(zhì)刀具水平的概念、破除舊思維已成當(dāng)務(wù)之急。
