粉末冶金高速钢与传统高速钢之差异[1]

粉末冶金高速钢与传统高速钢之差异

前言：

有鉴于国内对粉末冶金高速钢之应用与认知尚未普及，且一般业界对粉末冶金高速钢仅止于“贵”，价格高于传统高速钢3~4倍而怯步，其中贵的内容上为何？贵的是否值得？而一旦探究，殊不知材料费用仅占整个模具费用之“冰山一角”。本文就粉末冶金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。

壹：粉末冶金高速钢之简介

合金粉末冶金的制成技术，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冶金合金高速钢(High Speed Steel produced by Power Metallurgy) 简称粉末冶金高速钢(PM)。

贰：粉末冶金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．粉末冶金高速钢的制成：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冶金，再经过严格的筛选，倒入钢锭罐内，抽成真空，形成完全气密，再经过HIP (Hot Isostatic Pressing)烧结均压处理，粉末冶金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，粉末冶金钢锭经过完全退火，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，尤其粉末冶金高速钢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，提供参考：

叄．粉末冶金高速钢较传统高速钢之优点：

一、无方向性。粉末冶金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，以及网状组织和水纹组织的产生。

二、结晶颗粒细致均匀：粉末冶金高速钢经由极细的钢粒粉末冶金组成，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，造成结晶颗粒粗大化，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 62-66，而同为Mo(钼)系粉末冶金高速钢热处理后硬度为HRC63~68，甚至70HRC。以25t x 100 x 100为例，热处理时淬火温度，粉末冶金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：粉末冶金高速钢由极细小的钢粒粉末冶金结合，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。粉末冶金高速钢则没有此种情形。所以粉末冶金高速钢与传统高速钢相同硬度时，粉末冶金高速钢的被加工性较好，且不易变形。

六、没有非金属介在物：因粉末冶金高速钢的每一颗细钢粒（粉末冶金）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，不存在影响加工及质量的现象。

七、耐磨性：在热处理淬火温度相同时，粉末冶金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冶金高速钢相同硬度时，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，粉末冶金高速钢结晶颗粒细致均匀，无方向性故韧性较佳。

肆、粉末冶金高速钢之分类：

粉末冶金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。

伍、粉末冶金高速钢之热处理：

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系粉末冶金冶金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系粉末冶金高速钢淬火温度不可高于1240℃。粉末冶金高速钢热处理成败尤重视回火程序。Mo系粉末冶金高速钢热处理时应防止Mo元素“脱漏”的现象。

陆、粉末冶金冶金高速钢之研磨：

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过0.03m/m，并保持经常性的研磨轮整修，削锐，及研磨屑的清理，是做好研磨的必要课题。

柒、粉末冶金高速钢之线切割：

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。

捌、粉末冶金高速的应用：

粉末冶金高速钢因具有很高的耐磨性，良好的韧性，优良的被加工性，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,深抽模及折弯模。

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。