一、粉末高速鋼的制程與優(yōu)點(diǎn)
高速鋼的制造方法有兩種，一為傳統(tǒng)的鋼錠澆鑄，另一種則為利用粉末冶金方法制造。傳統(tǒng)冶煉制造通常又分為二次精煉（EAF+LF+VD）或電渣重熔（ESR）制程兩類，上述方法中由于金屬液緩慢冷卻，會(huì)造成合金的不均勻偏析和合金碳化物的生長粗大化，而影響到高速鋼的性能。雖然后續(xù)的熱作制程，可將鋼錠的鑄造組織加以改變及細(xì)化，使不良影響減低，但是卻無法消除原先的鑄造組織，因而對(duì)物理及機(jī)械性質(zhì)有負(fù)面的影響。由于人們希望能改善傳統(tǒng)高速鋼的質(zhì)量，特別是希望大直徑高速鋼碳化物顆粒尺寸能夠細(xì)小且分布均勻，巨觀的偏析產(chǎn)生，使得橫向及縱向的機(jī)械性質(zhì)沒有差別。因而在1965年于美國開始發(fā)展合金粉末制程。生產(chǎn)出組織均勻無方向性鋼種（ 圖一）。 發(fā)展至今，粉末冶金制程正成為當(dāng)今制造高性能工具鋼的主要方法。
粉末制程 500X 傳統(tǒng)制程 500X
此制程主要原理是將已調(diào)配合合金成份的高溫熔融鋼液，流出時(shí)加以高壓氮體霧化，使其快速凝固成均勻組成之粉末顆料，再經(jīng)過篩選并充鎮(zhèn)至已抽真空且密封的圓柱形鋼瓶中，進(jìn)行熱均壓（HIP），使鋼瓶內(nèi)的顆粒成為完全密實(shí)的材料，再直接經(jīng)由傳統(tǒng)鍛造，輥軋成不同形狀之產(chǎn)品，如：圓棒、板材、片材和線材料來供應(yīng)工業(yè)界使用。
粉末高速鋼在實(shí)際使用上的主要優(yōu)點(diǎn)有：
- 磨削性好
- 熱處理變形小及硬度均勻性佳
- 韌性高
- 耐磨耗性佳
- 使用壽命長且穩(wěn)定
由于生產(chǎn)粉末高速鋼具有一定之技術(shù)門檻，目前在全世界粉末高速鋼的生產(chǎn)廠家并不多，主要集中在歐洲、日本及美國，代表廠有美國Crucible,歐洲（Erasteel、Bohler、
DSS、Carpenter），日本（Hitachi、Nachi）。中國目前并沒有實(shí)際商業(yè)化生產(chǎn)粉末高速鋼，全部由國外進(jìn)口。因此在多數(shù)中國使用者印象中對(duì)粉末高速鋼只存有模糊的概念，只知它代表一種性能優(yōu)良且價(jià)格很貴的高級(jí)高速鋼。其它的了解及如何應(yīng)用并不清楚。由于粉末高速鋼品種牌號(hào)相當(dāng)多，筆者僅就幾種本公司經(jīng)常庫存同時(shí)較常用到的四類鋼種做說明，提供廣大使用客戶參考及選擇。
二、高速鋼工具鋼的分類與性質(zhì)比較選擇合適的高速鋼作為切削工具及模具時(shí)，有三項(xiàng)重要的性質(zhì)是必須慎重的考慮。分別是耐磨性、韌性及高溫硬度，以傳統(tǒng)M2為基礎(chǔ)，從合金元素的角度來看，三個(gè)主要發(fā)展方向是：
- 提高釩（V）含量，以增加耐磨耗性
- 提高鈷（Co）含量，以增加熱間硬度
- 同時(shí)提高釩及鈷的含量，而兼顧耐磨耗性及熱間硬度
以下就以表一四種粉末高速鋼與傳統(tǒng)高速鋼做比較并且分別說明之：
表一
化學(xué)成份
鋼種 |
C |
Cr |
Mo |
Mn |
W |
V |
Co |
| M2（傳統(tǒng)） |
0.90 |
4.00 |
5.00 |
0.30 |
6.00 |
2.00 |
---- |
| PM23 |
1.35 |
4.50 |
4.50 |
---- |
5.50 |
3.00 |
---- |
| PM60 |
2.30 |
4.00 |
7.00 |
---- |
6.50 |
6.50 |
10.50 |
| PM-T15 |
1.50 |
4.75 |
----- |
---- |
12.00 |
5.00 |
5.00 |
| PM-10V |
2.45 |
5.25 |
1.30 |
---- |
----- |
9.75 |
----- |
(A) PM23
PM23是目前使用上最多的粉末高速鋼，是目前所有高速鋼中韌性最好材料，同時(shí)又有極佳之耐磨耗性鋼種。一般來說高速鋼中耐磨性會(huì)隨總合金成份和最高硬度增加而提高，而韌性則會(huì)隨合金量的增加而降低，因此才會(huì)在傳統(tǒng)高速鋼M2的基礎(chǔ)上開發(fā)出PM23。耐磨性好壞取決于熱處理后的硬度以及碳化物的形成有關(guān)，PM23在M2中增加碳及釩，提高耐磨耗性。同時(shí)在考慮韌性的前提下，使用粉末冶金制程改善韌性，使粉末PM23的韌性高于傳統(tǒng)M2高速鋼，根據(jù)統(tǒng)計(jì)其韌性約為傳統(tǒng)高速鋼的2-2.5倍，耐磨性亦高2-3倍。使用范圍頗為廣泛，適用于各種沖壓模、嵌入模、粉末成型模以及刀具中之拉刀、銑刀、絲攻、剪切刀中，任何需耐磨或強(qiáng)韌性的零件均可適用。綜合上述兩項(xiàng)性質(zhì)，PM23是目前市場(chǎng)上最通用與最佳性能的高速優(yōu)質(zhì)鋼。使用硬度上則因不同行業(yè)而有所不同，視生產(chǎn)需要而定，一般在HRC 60-66之間，最為合適，太高或太低都不正常。
（B）PM-T15
PM-T15是一種鎢基高速鋼，具有非常高的硬度及耐磨性，又含有鈷，因而具有良好的熱間硬度。適用于重切削，高切削效率及大進(jìn)給高硬度之難加工材料，常常被用在取代碳化鎢零件來使用，具有很高的評(píng)價(jià)，耐磨性約為傳統(tǒng)高速鋼的3-5倍，韌性與M2約略相同，廣泛應(yīng)用在滾齒刀、拉刀、銑刀、絲錐、以及需要耐磨之沖壓模具，精密下料等。尤其是在航空工業(yè)高溫合金渦輪盤扁拉刀的首選材料，以及制作加工難切削材和調(diào)質(zhì)材的絲錐及模具銑刀。由于含鎢量高，具有很高之耐磨性，特別適合于精密沖模上，如果使用PM23產(chǎn)生易磨損或壽命不夠長時(shí)，可以PM-T15代替，但建議在沖壓件上使用時(shí)、工件厚度最好不要超過2.5mm厚度，一般常硬度約為HRC 65-67。
(C) PM-10V
PM-10V在國內(nèi)熟悉程度較低，但在歐美國家卻被廣泛應(yīng)用，其中最具特色的性質(zhì)就是它的高耐磨性，
圖三
是以磨耗測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將PM-10V與其它幾種高速鋼的比值得一提的是PM-10V由于含有接近10%之釩成份，因此產(chǎn)生最具耐磨性VC碳化物，所以雖然硬度只有HRC 60度左右，但仍比 PM-T15 HRC 66度有更好的耐磨性并不需要做到更高硬度就可以達(dá)到耐磨的目的。這主要是和碳化物型式及數(shù)量有關(guān)，表二
| 品 名 |
碳化物總量（%） |
MC（%） |
M6C（%） |
| PM23 |
12.50 |
6.00 |
6.50 |
| PM-T15 |
13.50 |
9.50 |
4.00 |
| PM-10V |
17.50 |
17.50 |
----- |
| PM60 |
19.50 |
14.50 |
4.50 |
一般來說PM-10V耐磨性是傳統(tǒng)高速鋼的7-10倍。對(duì)用于取代碳化鎢和其它要求高耐磨性材料是最佳的選擇。特別是用在切刀片、粉碎機(jī)葉片、剪斷及剪切之刀口。粉末成型模具及其它要求耐耗之零件。一般使用建議硬度為HRC 60-62。PM-10V 主要是靠碳化物形成增加耐磨性，但有時(shí)候在使用時(shí)，需要更高的硬度以抵抗不正常之粗粒磨損現(xiàn)象或是需要有更好的抗壓降伏強(qiáng)度時(shí)，我們會(huì)建議使用PM-T15來代替。
（D）PM60
PM60是一種高碳、高鈷之粉末高速鋼因?yàn)楹捔扛撸?gt;10%）。因此具有優(yōu)異的熱間硬度及強(qiáng)度，在需兼具熱間硬度，耐磨性及韌性的場(chǎng)合，此種鋼材是最佳選擇。一般使用硬度可以達(dá)到HRC 67-69適合在高速?zèng)_模模具、沖頭、銑刀、精加工立銑刀、拉刀上。此種鋼種由于合金含量高，因此價(jià)格也高，通常在歐企、日企、臺(tái)企接受程度較高，在美國市場(chǎng)較為少用。
結(jié)語
粉末高速鋼，由于良好的組織均勻性和碳化物無偏析特點(diǎn)，彌補(bǔ)了普通高速鋼的先天缺陷，使鋼材質(zhì)量和性能得以全面提升。對(duì)目前工業(yè)提升增加了莫大的推動(dòng)力，但是因?yàn)閷?duì)粉末高速鋼材料特性的不了解，因此一般的使用者并無法在付出高價(jià)的同時(shí)得到相當(dāng)?shù)幕貓?bào)。這其中主要是在材料選用，熱處理以及加工上的專業(yè)知識(shí)有關(guān)。尤其是在熱處理工藝上與傳統(tǒng)高速鋼有極大的不同，具有極高的工藝技術(shù)。由于國內(nèi)熱處理業(yè)者，程度參差不齊，我們發(fā)現(xiàn)目前絕大多數(shù)國內(nèi)粉末高速鋼使用者，產(chǎn)生問題中有98%以上是存在于熱處理問題，這一點(diǎn)與熱處理技術(shù)開展較為成熟的日本及臺(tái)灣差異較多，因此，我們建議使用者在使用粉末高速鋼時(shí)選擇較正規(guī)及專業(yè)程度化高的供應(yīng)商。同時(shí)要求其提供相對(duì)應(yīng)的配套服務(wù)，這樣對(duì)使用者來說是較有保障的。
