自20世紀70年代以來楷怒，高速鋼刀具的市場份額逐漸被硬質(zhì)合金刀具所蠶食俩堡。但近年來介腻，隨著粉末冶金高速鋼(P/MHSS)刀具切削性能的提高蔽曙，高速鋼刀具的市場占有率又有所回升尺那。與普通高速鋼刀具相比，粉末冶金高速鋼刀具硬度更高家澈、韌性更好丹自、更耐磨損，因此在某些應(yīng)用領(lǐng)域(如高沖擊性蚀比、大切除量的加工場合)弹值，粉末冶金高速鋼刀具有逐漸取代脆性較大、在切削沖擊下易發(fā)生碎裂的整體硬質(zhì)合金刀具的趨勢甩汞。
粉末冶金高速鋼制造工藝于20世紀60年代后期在瑞典開發(fā)成功豫尽，并于70年代初期進入市場。該工藝可在高速鋼中加入較多合金元素而不會損害材料的強韌性或易磨性顷帖，從而可制成具有高硬度美旧、高耐磨性、可吸收切削沖擊贬墩、適合高切除率加工和斷續(xù)切削加工的刀具陈症。
高速鋼刀具材料主要由兩種基本成分構(gòu)成：一種是金屬碳化物(碳化鎢、碳化鉬或碳化釩)震糖，它賦予刀具較好的耐磨性；二是分布在周圍的鋼基體趴腋，它使刀具具有較好的韌性和吸收沖擊吊说、防止碎裂的能力。制備普通高速鋼時优炬，是將熔化的鋼水從鋼水包中注入鑄模颁井，使其緩慢冷卻凝固。此時蠢护，金屬碳化物從溶液中析出雅宾，并形成較大的團塊。高速鋼中添加的合金含量越多恃姨，碳化物團塊就越大擅锁。達到某一臨界點時，可形成尺寸極大的碳化物團塊(直徑可達40mm)宴今。出現(xiàn)大的碳化物團塊的臨界點根據(jù)鋼錠的尺寸以及其它因素而略有不同母谋，但一般是在碳化釩含量達到約4%時發(fā)生幽州。通過對鋼錠進行鍛造、軋制等后續(xù)加工堰哗，可以粉碎其中一部分碳化物團塊匙戚，但不可能將其完全消除。雖然增加鋼材中金屬碳化物顆粒的數(shù)量可以改善材料的耐磨性恐梅，但隨著合金含量的增加潭三，碳化物的尺寸及團塊數(shù)量也會隨之增加，這對于鋼材的韌性會產(chǎn)生極其不利的影響掀塞，因為大的碳化物團快可能成為產(chǎn)生裂紋的起始點玖项。
粉末冶金高速鋼的制備工藝與普通高速鋼的制備工藝不同，熔化的鋼水不是直接注入鑄模颈墅，而是通過一個小噴嘴將其吹入氮氣流中進行霧化蜡镶，噴出的霧狀鋼水迅速冷卻為細小的鋼粒(直徑小于1mm)。由于鋼水溶液中的碳化物在快速冷卻過程中來不及沉淀和形成團快恤筛，因此獲得的鋼粒中碳化物顆粒細小且分布均勻官还。將這些鋼粉過篩后置入一個鋼桶中，并將鋼粉中間的空氣抽凈形成真空狀態(tài)毒坛，然后在高溫望伦、高壓下將鋼桶中的鋼粉壓制成型，即可得到致密度為100%的粉末冶金高速鋼毛坯煎殷。這一制備工藝被稱為熱等靜壓 (hotisostatic pressing, HIPing)成型屯伞。然后可對毛坯進行鍛造、軋制等后續(xù)加工豪直。
利用熱等靜壓成型工藝制備的粉末冶金高速鋼中的碳化物顆粒非常細小劣摇，而且不管其合金含量為多少，這些碳化物顆粒都可均勻分布于整個高速鋼基體中弓乙。
雖然不同的生產(chǎn)商制備粉末冶金高速鋼的工藝細節(jié)可能略有不同末融，但其基本工藝原理(氮氣霧化制粒和熱等靜壓成型)都是相同的。十分重要的一點是不能將這種制備工藝與熱壓燒結(jié)工藝(用加熱到熔點溫度的鋼粉壓制和燒結(jié)工件)相互混淆暇韧，雖然這兩種工藝在名稱上有一些相似粮郁，但其工藝原理卻完全不同。典型的熱壓燒結(jié)工藝是在模具中逐個壓制出工件作两，且通常在原材料粉末中加入了粘結(jié)劑学咸，因此燒結(jié)后的材料中會形成微孔結(jié)構(gòu)。
采用粉末冶金高速鋼制備工藝袒覆，鋼材生產(chǎn)商可以充分增加鋼中的金屬碳化物含量骤顿，而不會對材料的韌性或易磨性造成有害影響。雖然一些偏愛粉末冶金高速鋼的人喜歡將其譽為高速鋼與整體硬質(zhì)合金的 “混血兒”，但實際上它只是一種具有尺寸微小的碳化物顆粒和細化的鋼基體粒子結(jié)構(gòu)的高速鋼赛虽。不過拨蓖，它確實將高速鋼良好的韌性與硬質(zhì)合金的高耐磨性很好地結(jié)合于一身。
由于粉末冶金高速鋼中碳化物顆粒細小且分布均勻刺泌，因此與碳化物含量相同的普通高速鋼相比照旺，其強韌性大大提高。憑借這一優(yōu)勢男枝，粉末冶金高速鋼刀具非常適合用于切削沖擊大和金屬切除率高的加工場合(如撓曲切削酝浦、斷續(xù)切削等)。此外场刑，由于粉末冶金高速鋼的強韌性不會因金屬碳化物含量的增加而削弱般此，因此鋼材生產(chǎn)商可以在鋼中添加大量合金元素，以提高刀具材料的性能牵现。以絲錐為例铐懊，由于攻絲加工中絲錐切削刃不斷與工件接觸和分離，切削沖擊較大瞎疼，因此需要用高強韌牌號的耐碎鋼制造絲錐科乎，同時，為了提高絲錐的耐磨損性能贼急，要求刀具材料中的碳化物含量較高茅茂。原來常用的絲錐材料為普通高速鋼牌號M -2，現(xiàn)在則可用粉末冶金高速鋼牌號M-4替代太抓。這兩種牌號中的中硬碳化物含量大致相同(M-4為8%空闲，M-2為7%)，但粉末冶金高速鋼牌號中的高硬碳化物含量卻遠遠高于普通高速鋼(M-4為6%走敌，M-2僅為2%)碴倾，因此M-4絲錐的耐磨性得到顯著增強，加工效率和刀具壽命提高蛙饮，同時M-4絲錐的強韌性也大大優(yōu)于M-2絲錐遣抄，在攻絲加工中不易碎裂。
粉末冶金高速鋼的缺點是價格較貴杭喊，約為普通高速鋼的2～5倍(不同牌號有所差異)。因此慎间，刀具制造商必須在刀具性能的提高與額外增加的刀具制造成本之間進行權(quán)衡烤恃。對于小型復(fù)雜刀具而言，由于材料費用只占刀具總成本的一小部分粗啼，因此采用粉末冶金高速鋼十分劃算肴奠。而對于大尺寸的簡單刀具而言，是否選用粉末冶金高速鋼則需要仔細斟酌蘸概。不過乡优，粉末冶金高速鋼易磨性的顯著改善通承呦保可使增加的材料費用得到部分(或全部)補償。
影響鋼材易磨性的主要因素是鋼中碳化釩的含量水平秫辨，由于碳化釩的硬度要高于磨輪中氧化鋁磨粒的硬度扼菠，因此在磨削釩含量較高的普通高速鋼時，磨粒容易鈍化坝咐，產(chǎn)生磨削熱較多循榆，磨輪磨損較快，所需磨削工時也較長墨坚。而粉末冶金高速鋼中碳化物細小且分布均勻秧饮，與普通高速鋼相比，對磨輪的損耗較小泽篮，可大大縮短磨削工時盗尸，節(jié)省磨削加工費用。小型復(fù)雜刀具通常需要進行大量精密磨削加工帽撑，即其磨削/材料成本比率 (grinding-to-material-costratio)較高泼各，因此增加的材料費用支出很容易在磨削加工環(huán)節(jié)全部收回(甚至可有盈余)。而大規(guī)格刀具所需磨削加工較少油狂，磨削/材料成本比率較低历恐，因此材料易磨性的改善通常只能部分補償材料成本的提高。雖然采用粉末冶金高速鋼的經(jīng)濟性因不同刀具制造商的生產(chǎn)工藝而異专筷，但一般而言弱贼，刀具材料易磨性的改善可使磨削工時縮短約30%。
如今槐骂，粉末冶金高速鋼刀具已成為整體硬質(zhì)合金刀具的有力競爭者卓胶。雖然整體硬質(zhì)合金刀具硬度很高，但脆性也很大肪躯，因此多用于車削加工鄙划，而不太適合切削沖擊較大的加工和粗加工。由于粉末冶金高速鋼中含有大量硬質(zhì)碳化物掀舷，因此其耐磨性可達到與整體硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)乃揭┚猓漤g性則優(yōu)于整體硬質(zhì)合金，更能勝任要求刀具兼具耐磨性和強韌性的切削加工(如攻絲幅猖、立銑加工等)怒随。
粉末冶金高速鋼制備技術(shù)的最新進展進一步提高了其競爭力。電渣加熱(electro-slag heating,ESH)精煉工藝的應(yīng)用對于粉末冶金高速鋼具有里程碑式的重大意義梢翼。該工藝可以去除鋼中幾乎所有雜質(zhì)彰你，進一步提高材料的韌性，顯著改善刀具的抗崩刃能力。此外柿菩，由于鋼中雜質(zhì)減少戚嗅，生產(chǎn)商可以進一步增加鋼中的合金含量，例如枢舶，某種粉末冶金高速鋼牌號的碳化釩含量可達到14%懦胞，而普通高速鋼牌號碳化釩的最大含量僅為約4%。雖然鋼中添加了大量合金祟辟，但并不會影響其韌性和易磨性医瘫。
需要注意的是，有許多粉末冶金高速鋼生產(chǎn)商為了降低成本旧困，沒有采取提高材料純度的工藝措施醇份，他們生產(chǎn)的鋼材中可能含有許多會引起刀具微崩刃的雜質(zhì)。但是吼具，僅僅根據(jù)生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品資料是很難辯別其質(zhì)量優(yōu)劣的僚纷，用戶必須要求生產(chǎn)商說明采取了何種去除雜質(zhì)的工藝措施，或進一步要求其提供有關(guān)鋼中雜質(zhì)大小的詳細技術(shù)數(shù)據(jù)拗盒。
粉末冶金工藝改變了傳統(tǒng)高速鋼的材料特性怖竭，尤其是采用新開發(fā)的提純技術(shù)，使粉末冶金高速鋼可以達到極高的合金含量而又能保持其韌性陡蝇。因此茁螺，粉末冶金高速鋼刀具的切削性能在幾乎所有切削加工領(lǐng)域全面超越了傳統(tǒng)高速鋼刀具，并在高切除率面塌、高沖擊性切削加工中優(yōu)于整體硬質(zhì)合金刀具烦猾。雖然其價格高于普通高速鋼，但可以通過刀具性能的提高嘱疑、壽命的延長卤舆、易磨性的改善而獲得補償。
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