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。. h& {( H' x z2 A0 a: [
粉末高速鋼之簡介：& {/ b1 b3 x: h) e. U7 D- z: P
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4 w1 i0 j, A {/ r, e5 U
粉末高速鋼與傳統高速鋼制成之不同處
) e, H2 F( {4 M( s+ [ 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。
/ V8 ~5 a) Z& y0 w3 ~/ { 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.0 U O" K# _4 J
粉末高速鋼較傳統高速鋼之優點：& w2 ]' U9 Y4 C" ~. q
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。3 U3 A$ C4 M0 Z# \
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。6 e: x [# j( e6 H) c
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 S0 G/ S7 p, F* R) 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。* f+ Y/ N/ t; ~$ {+ c3 `
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。. w" q. T, ]; A+ y9 \- M
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。
+ P1 s! u2 D0 D* i- H 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%。4 P2 C7 ?8 Z' t, r- K: K
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。
" i# y7 L0 F, N8 O! u/ r- S 粉末高速鋼之分類) s8 S- S6 K. Q# D" S$ L
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。
' @* q2 r1 d: M7 e' S2 X 粉末高速鋼之熱處理- W) ~# Q- ?3 q V! |
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。
7 Q6 \+ W9 b* f' e$ _! t 粉末高速鋼之研磨：
3 F% R b7 ?' N" U 一、研磨砂輪的選擇：要選擇切削力較好的砂輪，如CBN砂輪。
7 P8 a$ I6 Y! w9 z" [; L 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。
/ S8 T- U; N$ Q 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。- A/ Q4 n+ T9 ^% G! W1 {
粉末高速鋼之線切割：9 w1 i# D' k: S) x( T3 r0 g- f
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。- A2 ~0 V8 k. P0 m6 u# K [4 f$ H( x
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。
( p$ h6 i( m! O J 二' }) ^$ V" D8 L7 P
、線切割時盡量放慢速度，并降低電流。
]: H% t, Z# o1 {# v$ S 三、精修后工件必需經過拋光，以徹底消除放電白層。) F+ e2 c# k% c8 l
粉末高速鋼的應用：
( ]3 r9 g. y4 l, ~1 `! O8 A 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…。
: y0 A6 W6 H. P2 U* f* A1 [9 \ 一、取代傳統高速鋼用于各種成型刀具。+ [5 T0 B# |( \6 a9 F; l
二、廣泛的使用于精密連續沖模,深抽模及析彎模。
' v- X8 V( |' Z; W. r- m 三、用于需要耐磨的機件(比碳化鎢合金易于加工)。
G! s4 J5 B$ c* M/ z/ U 四、用于表面需要如鏡面易于脫料及耐較高溫的材料。( I. B- x! I8 _% Z# i
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
QQ好友和群
QQ空間
