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粉末冶金高速鋼與傳統(tǒng)高速鋼之差異

發(fā)布日期：2006-2-20 作者：鈕光明來源:黑金鋼股份有限公司

前言：

有鑒于國內(nèi)對(duì)粉末高速鋼之應(yīng)用與認(rèn)知尚未普及，且一般業(yè)界對(duì)粉末高速鋼僅止于「貴」，價(jià)格高于傳統(tǒng)高速鋼3~4倍而怯步，其中貴的內(nèi)容為何？貴的是否值得？而一加探究，殊不知材料費(fèi)用僅占整個(gè)模具費(fèi)用之「冰山一角」本文就粉末高速鋼及傳統(tǒng)高速鋼在材料特性、熱處理、機(jī)械加工、實(shí)物應(yīng)用方面做比較性之?dāng)⑹雠c研討。

壹：粉末高速鋼之簡(jiǎn)介：

合金粉末的制成技術(shù)，在冶金技術(shù)較先進(jìn)國家發(fā)展研發(fā)距今已逾二十年歷史，在這其間不斷的改良及突破，研發(fā)出高質(zhì)量的粉末合金高速鋼 (High Speed Steel produced by Power Metallurgy) 簡(jiǎn)稱粉末高速鋼 (PM)。

貳：粉末高速鋼與傳統(tǒng)高速鋼制成之不同處

一．傳統(tǒng)高速鋼的制成，大都使用較大型的電弧熔煉鋼材及添加所需或不足的合金原料，經(jīng)過除氣，除渣的過程（俗稱二次精煉），倒入坩鍋內(nèi)，再澆鑄入鋼錠，合金鋼錠經(jīng)過熱鍛，再制成所需尺寸的鋼條。

二．粉末高速鋼的制成：通常都使用較小的熔爐，經(jīng)過精細(xì)的二次精煉，熔煉出所需要之成份穩(wěn)定的鋼水，此鋼水經(jīng)由細(xì)澆孔流出，用高壓氣使體使其吹成霧化，瞬間急速形成極微細(xì)近似圓形的鋼粒粉末，再經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，倒置內(nèi)鋼錠成罐內(nèi)，抽真空，形成完全氣密，再經(jīng)過HIP (Hot Isostatic Pressing)燒結(jié)均壓處理，粉末鋼錠成型罐內(nèi)部達(dá)到*的結(jié)實(shí)（沒有任何氣孔）。完成后，粉末鋼錠經(jīng)過完全退火，再經(jīng)過熱鍛制成所尺寸的黑皮鋼條，因表層有一層脫碳層，必須完全去除，尤其粉末高速脫碳層較傳統(tǒng)鋼料為厚，必須完全去除，以下表例為必須去除黑皮脫碳層的*少厚度值，提供參考：

A(m/m)	F(m/m)	A(m/m)	F(m/m)	A(m/m)	F(m/m)	A(m/m)	F(m/m)
10	8	60	55.5	110	103	160	151
20	17.5	70	65	120	113	170	161
30	27	80	75	130	130	180	170
40	36.5	90	84	140	140	190	180
50	46	100	94	150	150	200	189

注：，上表中　A：表示黑皮料的外徑或厚度尺寸，單位：m/m.

B：表示去除黑皮的外徑或厚度尺寸，單位m/m.

叄．粉末高速鋼較傳統(tǒng)高速鋼之優(yōu)點(diǎn)：

一、無方向性。粉末高速鋼經(jīng)由極細(xì)的鋼粒加壓燒結(jié)而成，所以各個(gè)點(diǎn)的壓縮強(qiáng)度、沖擊性、抗折力、韌性都相同。沒有俗稱「直絲」及「橫絲」在同一塊材料中的差異，以及網(wǎng)狀組統(tǒng)和水紋組織的產(chǎn)生，如上圖標(biāo)。

二、結(jié)晶顆粒細(xì)致均勻：粉末高速鋼經(jīng)由極細(xì)的鋼粒粉末組成，再經(jīng)由HIP燒結(jié)，內(nèi)部組織細(xì)致均勻。傳統(tǒng)高速鋼因在制成合金鋼錠時(shí)碳化物太早析出，造成結(jié)晶顆粒組大化，和大小不均勻的現(xiàn)象。由（圖一）及（圖三）比較，（圖一）中碳化物結(jié)晶分布不均及大小不均勻。（圖三）為粉末高速鋼組織。

三、熱處理能提高硬度：以同系種的高速鋼為例：傳統(tǒng)高速鋼 (JIS SKH-51 : AISI M2)一般熱處理后硬度為HRC 62-64，而同為Mo(鈤)系粉末高速鋼熱處理后硬度為HRC63~66，以25t x 100 x 100為例，熱處理時(shí)淬火溫度（沃斯田鐵化溫度）粉末高速鋼比傳統(tǒng)高速鋼低30℃~80℃，且淬火容許冷卻時(shí)間較傳統(tǒng)高速鋼為長(zhǎng)，接近空冷也有優(yōu)異的高硬度值。

四、熱處理變形減少：粉末高速鋼由極細(xì)小的鋼粒粉末結(jié)合，熱處理后材料尺寸會(huì)較原先尺寸為大一點(diǎn)，且會(huì)四面八方同時(shí)加大，而傳統(tǒng)高速鋼因有方向性熱處理后的尺寸加大不一致，甚至有些地方尺寸會(huì)縮小，使原形體變形。

五、沒有偏析的現(xiàn)象：傳統(tǒng)高速鋼因在熔煉過程中各元素的分布情形不是很均勻，所以當(dāng)熱處理時(shí)各金屬元素與碳結(jié)合成碳化物時(shí)，分布的位置不平衡而產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，在加工或使用上壽命不一，質(zhì)量及壽命較難掌握。粉末高速鋼則沒有此種情形。所以粉末高速鋼與傳統(tǒng)高速鋼相同硬度時(shí)，粉末高速鋼的被加工性較好，且不易變形。

六、沒有非金屬介在物：因粉末高速鋼的每一顆細(xì)鋼粒（粉末）都經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，內(nèi)含的雜質(zhì)及非金屬物趨近于零，成型后成份很穩(wěn)定。尤其現(xiàn)今使用線切割的普遍化，每塊材料的非金屬介在物，不應(yīng)存在影響工時(shí)及質(zhì)量。

七、耐磨性：在熱處理淬火溫度相同時(shí)，粉末高速鋼的硬度高于傳統(tǒng)高速鋼，故其耐磨性亦優(yōu)于傳統(tǒng)高速鋼，且顆粒細(xì)小均勻，沒有偏析，耐磨性依使用情形不同可增加50%~200%。

八、韌性：當(dāng)傳統(tǒng)高速鋼要達(dá)到粉末高速鋼相同硬度時(shí)，勢(shì)必提高其淬火溫度，致使內(nèi)部碳化物顆粒結(jié)晶成長(zhǎng)粗大化，而降低韌性，粉末高速鋼結(jié)晶顆粒細(xì)致均勻，無方向性故韌性較佳。

肆、粉末高速鋼之分類：

粉末高速鋼制成與傳統(tǒng)高速鋼不同處在于制造程序上之差異，及加添些不足的金屬元素，亦可依需求熔煉制出各種成份元素的鋼料。大體上與傳統(tǒng)高速鋼一樣分為Mo(鉬)系及W(鎢)系兩大型系。Mo系的材料韌性較佳，W系的材料耐磨性較好，高溫硬度較高，耐沖擊較強(qiáng)。

伍、粉末高速鋼之熱處理：

任何一種鋼材的使用好壞，絕大部份取決于熱處理的選擇及條件。大致上Mo系粉末高速鋼淬火溫度不可高于1200℃ (各廠家的成份不同而有高低)。W系粉末高速鋼淬火溫度不可高于1240℃。粉末高速鋼熱處理成敗尤重視回火程序。Mo系粉末高速鋼熱處理時(shí)應(yīng)防止Mo元素「脫漏」的現(xiàn)象。

陸、粉末高速鋼之研磨：

一、研磨砂輪的選擇：要選擇切削力較好的砂輪，如CBN砂輪。

二、防止研磨過熱：要防止研磨時(shí)局部溫度大于回火溫度，*好用濕磨。

三、防止研磨時(shí)產(chǎn)生殘留應(yīng)力：每次的力量不可太大，正常進(jìn)刀量每次不超超過0.03m/m，并保持經(jīng)常性的研磨輪整修，削銳，及研磨屑清理，是做好研磨的必要課題。

柒、粉末高速鋼之線切割：

工件經(jīng)過線切割會(huì)產(chǎn)生「放電白層」應(yīng)盡量去

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