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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。

株洲金信硬质合金有限公司 专业从事于硬质合金圆棒,硬质合金板材,硬质合金粉末, 欢迎来电咨询!

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