粉末冶金高速钢和传统高速钢的差异

发布日期：2017-08-23 作者：点击：

有鉴于国内对粉末高速钢之应用与认知尚未普及，且一般业界对粉末高速钢仅止于「贵」，价格高于传统高速钢3~4倍而怯步，其中贵的内容为何？贵的是否值得？而一加探究，殊不知材料费用仅占整个模具费用之「冰山一角」本文就粉末高速钢及传统高速钢在材料特性、热处理、机械加工、实物应用方面做比较性之叙述与研讨。
　　粉末高速钢之简介：
　　合金粉末的制成技术，在冶金技术较先进国家发展研发距今已逾二十年历史，在这其间不断的改良及突破，研发出高质量的粉末合金高速钢 (High 　Speed Steel produced by Power Metallurgy) 简称粉末高速钢
　　粉末高速钢与传统高速钢制成之不同处
　　一．传统高速钢的制成，大都使用较大型的电弧熔炼钢材及添加所需或不足的合金原料，经过除气，除渣的过程（俗称二次精炼），倒入坩锅内，再浇铸入钢锭，合金钢锭经过热锻，再制成所需尺寸的钢条。
　　二．粉末高速钢的制成：通常都使用较小的熔炉，经过精细的二次精炼，熔炼出所需要之成份稳定的钢水，此钢水经由细浇孔流出，用高压气使体使其吹成雾化，瞬间急速形成极微细近似圆形的钢粒粉末，再经过严格的筛选，倒置内钢锭成罐内，抽真空，形成完全气密，再经过HIP (Hot Isostatic Pressing)烧结均压处理，粉末钢锭成型罐内部达到百分之百的结实（没有任何气孔）。完成后，粉末钢锭经过完全退火，再经过热锻制成所尺寸的黑皮钢条，因表层有一层脱碳层，必须完全去除，尤其粉末高速脱碳层较传统钢料为厚，必须完全去除，以下表例为必须去除黑皮脱碳层的最少厚度值.
　　粉末高速钢较传统高速钢之优点：
　　一、无方向性。粉末高速钢经由极细的钢粒加压烧结而成，所以各个点的压缩强度、冲击性、抗折力、韧性都相同。没有俗称「直丝」及「横丝」在同一块材料中的差异，以及网状组统和水纹组织的产生，如上图标。
　　二、结晶颗粒细致均匀：粉末高速钢经由极细的钢粒粉末组成，再经由HIP烧结，内部组织细致均匀。传统高速钢因在制成合金钢锭时碳化物太早析出，造成结晶颗粒组大化，和大小不均匀的现象。
　　三、热处理能提高硬度：以同系种的高速钢为例：传统高速钢 (JIS SKH-51 : AISI M2)一般热处理后硬度为HRC 62-64，而同为Mo(鈤)系粉末高速钢热处理后硬度为HRC63~66，以25t x 100 x 100为例，热处理时淬火温度（沃斯田铁化温度）粉末高速钢比传统高速钢低30℃~80℃，且淬火容许冷却时间较传统高速钢为长，接近空冷也有优异的高硬度值。
　　四、热处理变形减少：粉末高速钢由极细小的钢粒粉末结合，热处理后材料尺寸会较原先尺寸为大一点，且会四面八方同时加大，而传统高速钢因有方向性热处理后的尺寸加大不一致，甚至有些地方尺寸会缩小，使原形体变形。
　　五、没有偏析的现象：传统高速钢因在熔炼过程中各元素的分布情形不是很均匀，所以当热处理时各金属元素与碳结合成碳化物时，分布的位置不平衡而产生偏析现象，在加工或使用上寿命不一，质量及寿命较难掌握。粉末高速钢则没有此种情形。所以粉末高速钢与传统高速钢相同硬度时，粉末高速钢的被加工性较好，且不易变形。
　　六、没有非金属介在物：因粉末高速钢的每一颗细钢粒（粉末）都经过严格的筛选，内含的杂质及非金属物趋近于零，成型后成份很稳定。尤其现今使用线切割的普遍化，每块材料的非金属介在物，不应存在影响工时及质量。
　　七、耐磨性：在热处理淬火温度相同时，粉末高速钢的硬度高于传统高速钢，故其耐磨性亦优于传统高速钢，且颗粒细小均匀，没有偏析，耐磨性依使用情形不同可增加50%~200%。
　　八、韧性：当传统高速钢要达到粉末高速钢相同硬度时，势必提高其淬火温度，致使内部碳化物颗粒结晶成长粗大化，而降低韧性，粉末高速钢结晶颗粒细致均匀，无方向性故韧性较佳。
　　粉末高速钢之分类
　　粉末高速钢制成与传统高速钢不同处在于制造程序上之差异，及加添些不足的金属元素，亦可依需求熔炼制出各种成份元素的钢料。大体上与传统高速钢一样分为Mo(钼)系及W(钨)系两大型系。Mo系的材料韧性较佳，W系的材料耐磨性较好，高温硬度较高，耐冲击较强。
　　粉末高速钢之热处理
　　任何一种钢材的使用好坏，绝大部份取决于热处理的选择及条件。大致上Mo系粉末高速钢淬火温度不可高于1200℃ (各厂家的成份不同而有高低)。W系粉末高速钢淬火温度不可高于1240℃。粉末高速钢热处理成败尤重视回火程序。Mo系粉末高速钢热处理时应防止Mo元素「脱漏」的现象。
　　粉末高速钢之研磨：
　　一、研磨砂轮的选择：要选择切削力较好的砂轮，如CBN砂轮。
　　二、防止研磨过热：要防止研磨时局部温度大于回火温度，最好用湿磨。
　　三、防止研磨时产生残留应力：每次的力量不可太大，正常进刀量每次不超超过0.03m/m，并保持经常性的研磨轮整修，削锐，及研磨屑清理，是做好研磨的必要课题。
　　粉末高速钢之线切割：
　　工件经过线切割会产生「放电白层」应尽量去除，方可提高寿命。
　　一、线切割加工后应再精修，且精修次数愈多愈好，尤其是提高较厚的材料。
　　二、线切割时尽量放慢速度，并降低电流。
　　三、精修后工件必需经过抛光，以彻底消除放电白层。
　　粉末高速钢的应用：
　　粉末高速钢因具有很高的耐磨耗性，良好的韧性很优良的被加工件，及可研磨至很光滑的表面，等等…。
　　一、取代传统高速钢用于各种成型刀具。
　　二、广泛的使用于精密连续冲模,深抽模及析弯模。
　　三、用于需要耐磨的机件(比碳化钨合金易于加工)。
　　四、用于表面需要如镜面易于脱料及耐较高温的材料。
　　五、用于尺寸需稳定，长期间使用尺寸不可有变化的半导体模具及二极发光体等。
　　以上数据由黑金钢公司提供，因碍于篇幅无法细述，仅作概略性报导，若有个案要求，诸如热处理资询，机械加工，模具材料选择及应用、欢迎来电研讨洽询。