粉末冶金高速鋼和傳統高速鋼的差異

螺紋愛好者

　　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。
, Y9 {" k' k3 v: f　　粉末高速鋼之簡介：
　　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
, i  l, X+ \+ v　　粉末高速鋼與傳統高速鋼制成之不同處
% K9 w, Z# v$ B/ Q; o9 J3 J# X　　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。
　　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.
　　粉末高速鋼較傳統高速鋼之優點：
　　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。
　　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。
　　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。
5 F; e0 Q" z) Q% q! U, U　　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。
* i6 D5 X* E$ t　　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。
, d$ f4 A* `3 T& h$ J5 }　　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。
　　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 l! x; h% A% v  ^; [/ Z9 c　　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。
　　粉末高速鋼之分類
　　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。
' p: L+ P+ b  S/ o　　粉末高速鋼之熱處理
& o5 i8 i+ H: r6 ~& H0 e　　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。
" _9 _; g3 f: _) p* y# l( g　　粉末高速鋼之研磨：
; p. Q+ t1 W9 Z$ Q& V　　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：要防止研磨時局部溫度大于回火溫度，最好用濕磨。
　　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。
　　粉末高速鋼之線切割：
　　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。
3 D8 _, k7 c1 a8 g# N+ d3 q　　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。
　　二
、線切割時盡量放慢速度，并降低電流。
　　三、精修后工件必需經過拋光，以徹底消除放電白層。
8 |8 T) V7 `0 \5 q　　粉末高速鋼的應用：
　　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…。
3 ~. n- P; o, l2 v! ^5 e9 V　　一、取代傳統高速鋼用于各種成型刀具。
　　二、廣泛的使用于精密連續沖模,深抽模及析彎模。
　　三、用于需要耐磨的機件(比碳化鎢合金易于加工)。
0 b  N, F5 b4 q1 t0 j　　四、用于表面需要如鏡面易于脫料及耐較高溫的材料。
& v9 K+ O2 a" ?  i- {% C　　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。

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sim1986

路過學習，謝謝樓主的詳細介紹，大有收獲

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