粉末冶金高速鋼

熔鍊高速鋼容易出現碳化物偏析，硬而脆的碳化物在高速鋼中分佈不均勻，而且晶粒粗大(8～20μm)，對高速鋼刀具的耐磨性、韌性和切削性能會產生不利影響。

粉末冶金高速鋼是20世紀70年代開發的新型刀具材料，它是將高頻感應爐煉出的鋼液用高壓氬氣或純氮氣使鋼水霧化得到細小均勻的結晶組織（高速鋼粉末），再將粉末在高温、高壓下製成刀具毛坯，也可先製成鋼坯，再經鍛造、軋製成刀具。 ^[1] 

粉末冶金高速鋼改變傳統的熔鑄工藝，採用粉末冶金技術生產的高性能高速鋼或直接成型的刀具材料。成分可與一般高速鋼接近。工藝過程包括霧化制粉、粉末真空脱氧、製坯及燒成三個環節。霧化制粉是依靠高速惰性氣體或高壓水衝擊熔融的鋼液流，隨即霧化成細小液滴並凝固成粉。粉經脱氧、製坯後在高温下燒結成材料或刀具。組織特點是不存在化學成分的偏析，碳化物顆粒很細，分佈均勻，使韌性明顯改善，從而允許增加碳化物的體積分數，提高耐磨性。熱處理温度範圍寬，能在很高温度下加熱而不出現過熱。熱處理變形小，鍛造、軋製和磨削性得到改善，常用來生產常規方法難以製造的含釩、鈮較高的高速鋼。還可在粉末中添加耐磨的超硬微粉，獲得介於高速鋼和硬質合金之間的高性能特種高速鋼。 ^[2] 

這個工藝主要由霧化制粉和熱緻密化成材兩部分組成。

霧化制粉就是將熔融的高速鋼水通過中間漏包，流經專門噴嘴，使用高壓高純惰性氣體（Ar或N2）噴射鋼水流，使其霧化成細小液滴，冷卻後收集起來，由於液滴很細，熱容量小，故冷卻速度極快，可達一千～十萬℃/s。在高速冷卻下，一次共晶碳化物來不及長大，從而可得到無宏觀碳化物偏折的高速鋼粉末。

熱緻密化就是把高速鋼粉末裝入軟鋼薄壁容器（包套），抽真空脱氧密封后裝入熱等靜壓機。在高温高壓下，把粉末“熱固結"成完全緻密的壓實體，即粉末冶金高速鋼。由於在熱固結過程中不產生液相，因此粉末冶金高速鋼完全保留了粉顆粒無宏觀碳化物偏析的特徵，從而使各項性能得到明顯提高和改善。 ^[3] 

與熔鍊高速鋼相比，粉末冶金高速鋼，具有以下優點：

(1)粉末冶金高速鋼能解決碳化物偏析的問題。粉末冶金高速鋼碳化物晶粒為2～3μm，清除了碳化物偏析，從而提高了鋼的強度、韌性和硬度，而且由於碳化物顆粒均勻分佈的表面積較大，使耐磨性提高了20%～30%。這一特點使粉末冶金高速鋼適合製造在強力斷續切削時容易產生崩刃或要求刀尖鋒利且強度和韌性高的刀具，如插齒刀，立銑刀等，特別適合製造大尺寸刀具，其壽命可比熔鍊高速鋼刀具提高2～3倍。

(2)磨削加工性好。由於碳化物細小均勻，粉末冶金高速鋼磨削加工性好，釩質量分數為5%的粉末冶金高速鋼的磨削加工性相當於釩質量分數為2%的熔鍊高速鋼，磨削效率比熔鍊高速鋼高2～3倍，磨削表面粗糙度顯著減小。

(3)能製造超硬高速鋼。在化學成分相同的情況下，與熔鍊高速鋼相比，粉末冶金高速鋼的常温硬度能提高1～1.5HRC，熱處理後硬度可達67~70HRC，600℃時的高温硬度比熔鍊高速鋼高2～3HRC。應用粉末冶金高速鋼的新工藝，可在現有高速鋼中加入高碳化物（TiC和NbC），製造出超硬高速鋼新材料。

(4)能保證物理、力學性能各向同性。由於粉末冶金的工藝特點，保證了粉末冶金高速鋼的各向同性，減少了熱處理內應力和變形，適合製造鑽頭、拉刀、螺紋刀具、滾刀、插齒刀等各種複雜刀具。

(5)能節約鋼材和工時。用粉末冶金高速鋼直接壓制刀坯，可減少加工餘量，節約鋼材和工時。 ^[1] 

粉末冶金高速鋼特殊而先進的冶煉方法是高速鋼冶煉的一種創新，它造就了性能介於硬質合金和普通高速鋼之間的新鋼種。粉末冶金高速鋼的崛起，使機械製造加工業的刀具用材有了新的突破，作為一種性能優異的新鋼種，逐漸被人們認識、接受和喜愛，正在機械行業發揮越來越大的作用。

粉末冶金高速鋼具有極佳的韌性和機加工性、良好的紅硬性、較高的抗壓強度和高的耐磨性，還具有合金含量高、純度高、無偏析、碳化物顆粒細小和各向同性同質等特點，因而得到了廣泛的應用。可用作加工鈦和鋁合金等有色金屬的刀具，用作加工齒輪的銑刀、滾刀、插齒刀、剃齒刀等刀具，也可用作側面銑刀、成型銑刀和拉刀，還常用於麻花鑽、機用絲錐、鉸刀等；在鋸條行業粉末冶金高速鋼用作帶鋸雙金屬鋼帶，還用作精密衝切工具及衝頭沖模和其他模具。粉末冶金高速鋼一般是普通高速鋼價格的4～8倍，所以通常用於製造精密複雜刀具或數控機牀用刀具。粉末冶金高速鋼製造的切削刀具性能優於普通高速鋼，使用壽命高於普通高速鋼（一般為2~3倍），在衝擊負荷大的切削加工場合可替代硬質合金刀具，粉末冶金高速鋼在工具行業的應用前景十分看好，越來越受到人們的關注。 ^[4]