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,研發出高品質的粉末合金高速(Hight Speed Steel produced by Powder Metallurgy)簡稱粉末高速鋼(PM)。
傳統高速鋼的制程,大都使用較大型的電弧熔爐來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,再澆鑄入鋼錠模中,讓其緩慢,徐徐冷凝成為合金鋼錠,合金鋼錠經過熱鍛,再制成所需尺寸的鋼條。粉末高速鋼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,再經過嚴格的篩選后,倒置入鋼錠成型罐內,抽真空,形成完成氣密,再經過HIP(Hot Isostatic Pressing)燒結均衡均壓處理,粉末鋼錠成型罐內部達到百分之百的結實(沒有任何氣孔)。
粉末高速鋼優勢
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、沖擊值,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,以及網狀組織和水紋組織的產生,如上圖示。
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,造成結晶顆粒粗大化,和大小不均勻的現象。
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,品質及壽命較難掌握。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。
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品質。
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。
粉末高速鋼組織均勻、晶粒細小,消除了溶解高速鋼難以避免的偏析,因而比相同成分的溶解高速鋼具有更高的韌性和耐磨性,同時還具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好等優點。粉末高速鋼中的碳化物含量大大超過溶解高速鋼的允許范圍,硬度提高,從而使耐磨性能得到進一步提高。