有鑒于國內對粉末高速鋼之應用與認知尚未普及，且一般業界對粉末高速鋼僅止于「貴」，價格高于傳統高速鋼3~4倍而怯步，其中貴的內容為何？貴的是否值得？而一加探究，殊不知材料費用僅占整個模具費用之「冰山一角」本文就粉末高速鋼及傳統高速鋼在材料特性、熱處理、機械加工、實物應用方面做比較性之敘述與研討。: C" O# d* [- [$ e
粉末高速鋼之簡介：5 l% n& N* j( O- D0 |
合金粉末的制成技術，在冶金技術較先進國家發展研發距今已逾二十年歷史，在這其間不斷的改良及突破，研發出高質量的粉末合金高速鋼 (High Speed Steel produced by Power Metallurgy) 簡稱粉末高速鋼8 E0 h; t+ S! O7 d2 ]7 X7 I
粉末高速鋼與傳統高速鋼制成之不同處5 p6 Z* G! M' n2 n; Y
一．傳統高速鋼的制成，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，經過除氣，除渣的過程（俗稱二次精煉），倒入坩鍋內，再澆鑄入鋼錠，合金鋼錠經過熱鍛，再制成所需尺寸的鋼條。 t% Z& s: R* e2 h y- T! Q1 Y
二．粉末高速鋼的制成：通常都使用較小的熔爐，經過精細的二次精煉，熔煉出所需要之成份穩定的鋼水，此鋼水經由細澆孔流出，用高壓氣使體使其吹成霧化，瞬間急速形成極微細近似圓形的鋼粒粉末，再經過嚴格的篩選，倒置內鋼錠成罐內，抽真空，形成完全氣密，再經過HIP (Hot Isostatic Pressing)燒結均壓處理，粉末鋼錠成型罐內部達到百分之百的結實（沒有任何氣孔）。完成后，粉末鋼錠經過完全退火，再經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最少厚度值.# x. J$ i( B/ o7 e5 j
粉末高速鋼較傳統高速鋼之優點：' A, l. ?6 u/ C! _) y9 y
一、無方向性。粉末高速鋼經由極細的鋼粒加壓燒結而成，所以各個點的壓縮強度、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，以及網狀組統和水紋組織的產生，如上圖標。
. [" ^% ]% \4 i: Q1 B/ D5 g1 i4 [ 二、結晶顆粒細致均勻：粉末高速鋼經由極細的鋼粒粉末組成，再經由HIP燒結，內部組織細致均勻。傳統高速鋼因在制成合金鋼錠時碳化物太早析出，造成結晶顆粒組大化，和大小不均勻的現象。% K$ u# \, O; F4 \
三、熱處理能提高硬度：以同系種的高速鋼為例：傳統高速鋼 (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，熱處理時淬火溫度（沃斯田鐵化溫度）粉末高速鋼比傳統高速鋼低30℃~80℃，且淬火容許冷卻時間較傳統高速鋼為長，接近空冷也有優異的高硬度值。
1 L. [6 T4 Z/ Z; Z5 p 四、熱處理變形減少：粉末高速鋼由極細小的鋼粒粉末結合，熱處理后材料尺寸會較原先尺寸為大一點，且會四面八方同時加大，而傳統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縮小，使原形體變形。
4 D& p1 Y% _/ Y2 J& z 五、沒有偏析的現象：傳統高速鋼因在熔煉過程中各元素的分布情形不是很均勻，所以當熱處理時各金屬元素與碳結合成碳化物時，分布的位置不平衡而產生偏析現象，在加工或使用上壽命不一，質量及壽命較難掌握。粉末高速鋼則沒有此種情形。所以粉末高速鋼與傳統高速鋼相同硬度時，粉末高速鋼的被加工性較好，且不易變形。 K7 S1 r% P) R5 f
六、沒有非金屬介在物：因粉末高速鋼的每一顆細鋼粒（粉末）都經過嚴格的篩選，內含的雜質及非金屬物趨近于零，成型后成份很穩定。尤其現今使用線切割的普遍化，每塊材料的非金屬介在物，不應存在影響工時及質量。
! z. h V" j( [4 z: `+ m( J& Y! k 七、耐磨性：在熱處理淬火溫度相同時，粉末高速鋼的硬度高于傳統高速鋼，故其耐磨性亦優于傳統高速鋼，且顆粒細小均勻，沒有偏析，耐磨性依使用情形不同可增加50%~200%。3 [" W. V8 q: i% \% w" @ q! p# q
八、韌性：當傳統高速鋼要達到粉末高速鋼相同硬度時，勢必提高其淬火溫度，致使內部碳化物顆粒結晶成長粗大化，而降低韌性，粉末高速鋼結晶顆粒細致均勻，無方向性故韌性較佳。
: b" R t/ a5 V6 O, h7 F* h9 @ 粉末高速鋼之分類
; X7 s0 ?) _* i% e2 L+ i 粉末高速鋼制成與傳統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。- q% x# d' S8 L( S, C
粉末高速鋼之熱處理7 v3 u, U% J+ {0 x; P2 i7 a
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應防止Mo元素「脫漏」的現象。
5 M3 ~6 s& z: x# z! b3 ] 粉末高速鋼之研磨：
, A* C, J8 m7 d0 z 一、研磨砂輪的選擇：要選擇切削力較好的砂輪，如CBN砂輪。
, L i- B ]: T- |' [2 ~# X 二、防止研磨過熱：要防止研磨時局部溫度大于回火溫度，最好用濕磨。
. z# L9 u: d0 g- y+ o/ W0 X 三、防止研磨時產生殘留應力：每次的力量不可太大，正常進刀量每次不超超過0.03m/m，并保持經常性的研磨輪整修，削銳，及研磨屑清理，是做好研磨的必要課題。
" ^/ Q ~" h' `4 ]8 {' Q( W7 S/ }' ^ 粉末高速鋼之線切割：
3 `! L) |8 Q- `: t 工件經過線切割會產生「放電白層」應盡量去除，方可提高壽命。
* _% @, h4 Y! c- q& m) k6 Q6 I 一、線切割加工后應再精修，且精修次數愈多愈好，尤其是提高較厚的材料。
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、線切割時盡量放慢速度，并降低電流。
# L8 o4 X, U! X0 s8 R 三、精修后工件必需經過拋光，以徹底消除放電白層。+ @6 c9 B; [8 P8 ^
粉末高速鋼的應用：
( b; m; `( w5 I0 R 粉末高速鋼因具有很高的耐磨耗性，良好的韌性很優良的被加工件，及可研磨至很光滑的表面，等等…。' R0 \3 F4 g+ J; }
一、取代傳統高速鋼用于各種成型刀具。, P' d* Y2 P1 P0 m
二、廣泛的使用于精密連續沖模,深抽模及析彎模。
. g4 t$ X) r) U9 `- q 三、用于需要耐磨的機件(比碳化鎢合金易于加工)。/ I, }* p& [+ W( G+ X3 q# j: w1 N
四、用于表面需要如鏡面易于脫料及耐較高溫的材料。& t/ ?2 D! F( w. [$ F6 c2 O
五、用于尺寸需穩定，長期間使用尺寸不可有變化的半導體模具及二極發光體等。 |
發表于 2010-8-24 14:19:54
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