做和第三代粉末冶金高速钢

第三代粉末冶金高速钢

粉末冶金高速钢（PM HSS）是高速钢中的上品，国内多数工具厂对它只有一个模糊的概念，只知它是一种性能优良的高级高速钢，而不知目前在我国市场上同时存在化学成分相同而质量、性能不同的第1代、第2代和21世纪初才开发的第3代PM HSS。

粉末冶金高速钢的发展及近况

上世纪70年代初，PM HSS由瑞典Stora厂（现属法国Erasteel公司）首先投入工业化生产，此为第一代PM HSS，其钢材的非金属夹杂物含量相当电弧炉后LF钢包精炼的水平这也是iPhone 5相较4s体重得以大幅减轻的关键所在。

1991年瑞典Soederfors厂采用了ESH技术（电渣加热法），使钢更为纯净，与第一代PM HSS相比，非金属夹杂物含量可减少90%，抗弯强度可提高20%，采用ESH技术生产的PM HSS称为第2代，该公司产品的商标也改为ASP 2000系列，如钢种ASP 2030等，而其第1代产品称为ASP 30，二者化学成分相同。

法国Erasteel公司从2002年起对其第2代ESH PM HSS的生产全程进行了研究，并作了数项改进，自2004年起其产品商标称为Dvalin，所有生产的及出库产品均按此新标准，这是该公司的第3代PM HSS。该公司的第2代PM HSS采用ESH技术后，比第一代减少了90%的非金属夹杂物，而第3代Dvalin PM HSS比第2代又减少了90%的非金属夹杂物。若以每1cm3钢中50μm尺寸非金疲劳实验机安装简单属夹杂物的数目计，则传统（第1代）PM HSS为0.6个，第2代为0.03个，而第3代Dvalin为0.002个。

非金属夹杂物的大量减少，使PM HSS的抗弯强度逐代增加，以从φ100mm钢材上取样测定的横向抗弯强度为例，第3代PM HSS Dvalin ASP2030的强度比第2代ESH ASP2030的相应值提高20%，这使制成的刀具能承受更大的切削应力和更耐冲击负荷。

工具表面缺陷对工具性能的影响

与其他工具材料如硬质合金相比，ASP钢的一个显著优点为强度高。这使工具制造者不仅可制造出锋利的刀具，而且可让他们的用户采用大的进给量及工件材料去除率，在高负荷下使用工具。PM HSS的高强度源于其独特的高纯净度与微细显微组织的结合，使其内部材料缺陷水平极低。

因为PM HSS中内部缺陷的水平较低及尺寸较小，因此使由于工具生产过程（而非钢的“内在”质量）产生的工具表面缺陷极有可能成为较大的缺陷，这意味着在工具制造过程中引入的表面缺陷会使因整体材料的高质量而期望得到的高强度并不一定总能实现。由于工具表面通常为工具承受最高应力的部分，工具表面的缺陷也便经常成为工具寿命的制约因素。

工具的表面质量是在工具制造中不同加工步骤形成的结果，如热处理、磨削、最后表面制备等。工具最终的性能强弱决定于工具的表面质量。表面质量是由下列组合获得：

表面的“几何性质”：表面粗糙度，存在的表面缺陷（如磨削划痕）。

与材料整体相比，接近表面部分材料的“组织、机械和化学变迁”，如相转变、热影响区、渗碳、脱碳、氧化、残余应力、塑性变形等。

其它缺陷，如毛刺等。高性能PM HSS常因其高合金含量而能热处理到一个较高的硬度水平(66～70HRC)，但一般来说韧性较差。工具制造者为使淬硬到高硬度的刀具仍能具有足够的韧性，应十分注意改善刀具刃口的表面粗糙度。硬度65HRC的高速钢，在表面粗糙度为Ra0.5μm时，抗弯强度为5GPa；另一种硬度为70HRC的高速钢，在表面粗糙度为Ra0.2μm时，也能达到5GPa的抗弯强度。这只能只能在近代PM HSS上实现。

我国PM HSS使用现状

我国是高速钢的使用大国，2005年高速钢材产量约3.7万吨，按国际高速钢种的消费结构，我国应使用4500吨PM HSS，但实际上连40吨都不到。可见我国PM HSS用材尚处于起步阶段。要改变这种情况，关键在于要该项目将突破改性高份子材料制造领域的多项重大技术困难转变观念。一个最典型的例子是枞树形轮槽铣刀，国外使用PM HSS已30多年，近年已换了一轮新钢种，以获得更高的切削寿命；而国内仍在几十年一贯制地使用M42钢，目前此刀具国外产品的切削寿命已2～3倍于国产刀具，2005年该刀具进口额近1个亿。

只有刀具生产者瞄准世界先进水平，在质量上求进取，在用材上思革新，我国在PM HSS刀具的使用及生产上才能良性发展，只有PM HSS的使用面及使用量不断扩大，才能促进PM HSS的发展。

目前，我国已有下列刀具开始使用PM HSS：干切削齿轮滚刀相应调剂涨紧轮位置(需拆下主体下部围板落后行);(140～180m/min)，枞树形轮槽铣刀，菌形叶根铣刀，双金属带锯齿形滚刀，弧齿伞齿轮铣刀，高速齿轮滚刀(100～120m/min)，插齿刀，航空叶根拉刀等。应用的PM HSS钢种有：ASP2052、S390(S10.)、CPM T15、ASP2015(S)、CPM M4HC、S690(S)、ASP2030、S590(S6...5)、S790(S)等牌号。用户可根据不同PM HSS生产厂的供货条件选用。

PM HSS和PM TS（粉末冶金工具钢）的另一个重要应用领域是模具行业。模具对材料的质量要求较高，大多选用优质原材料。模具材料供应商财大气粗，会在对PM HSS没有足够了解的情况下大量订货，牌号以CPM M4和ASP2023为主。乌克兰出口我国的第一批20吨PM HSS的订户多数为深圳的模具材料商。笔者已遇到过必须用粉末冶金冷作模具钢才能满足产品使用寿命的用户。现有冲模使用Cr12MoV钢可获得50万次寿命，而用户要求每次修磨寿命为500万次，只有换用粉末冶金冷作模具钢才行。作为PM HSS的应用领域，模具行业将会成为比工具行业更强劲的支柱。此外航天用齿轮泵，一旦开发也必须采用PM TS作为原材料。

我国今年发电装机容量达7500万千瓦，居世界第一，各汽轮机厂任务繁忙。汽车产量将突破400万辆，居世界第四。在这种形势下，部分关键汽轮机刀具、轿车刀具必须采用PM HSS作原材料才能赶上国际水平。因此，树立国际优质刀具水平的概念、破除旧思维已成当务之急。(end)