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簡述粉末冶金高速鋼和傳統高速鋼的差異及優勢
來源:admin   時間::2020-04-23     點擊次:

簡述粉末冶金高速鋼和傳統高速鋼的差異及勢
 

合金粉末的制成技術,在冶金技術較國家發展研發距今已逾二十年歷史,在這其間不斷的改及突破,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。
粉末高速鋼銑刀粉末高速鋼鉆頭
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粉末高速鋼與傳統高速鋼制成的差異
 

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,經過細的二次煉,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少厚度值。


粉末高速鋼較傳統高速鋼的點

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,接近空冷也有異的高硬度值。

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。

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。

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%。

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。
 

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粉末高速鋼的分類

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。
 

粉末高速鋼的熱處理

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。

 

粉末高速鋼的研磨

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,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。
 

粉末高速鋼的線切割

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。

一、線切割加工后應再修,且修次數愈多愈好,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、修后工件必需經過拋光,以徹底消除放電白層。
 

粉末高速鋼的應用

粉末高速鋼因具有很高的耐磨耗性,好的韌性很的被加工件,及可研磨至很光滑的表面,等等…。

一、取代傳統高速鋼用于各種成型刀具。

二、廣泛的使用于密連續沖模,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)。

四、用于表面需要如鏡面易于脫料及耐較高溫的材料。

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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