粉末高速鋼的制程
粉末高速鋼制程基本可分為兩階段,第一階段為粉末鋼錠的制造,第二階段為轉質加工。兩制程參數精確的控制,方可獲得成份均勻組織細致之均方向性棒材。
1.粉末鋼錠制程
GPM A30鋼錠生產途程如圖1,為熱均壓制程。預先配制之合金配料經感應爐熔解后,均勻鋼液經由高壓氮氣或氬氣霧化成粉末,粉末填充于鋼罐內,粉末量約達70%鋼罐之體積。經抽氣、氣密性檢查、封罐等程序之粉末鋼罐粗胚,于熱均壓設備進行高溫高壓之燒結,燒結溫度控制在約1150℃,熱均壓后之GPM A30粉末鋼錠其密度可達97-100%理論密度(8.07)。
2.轉質加工制程
粉末高速鋼之轉質加工制程如圖2,主要藉由鍛造、輥軋等熱加工制程來改變鋼錠的形狀及獲致100%致密的鋼材組織。粉末高速鋼鋼錠轉質加工之最重要制程參數為熱加工溫度與加工道次截面縮減率(Reduction of Area)。加工溫度之設計,須考量避免過高之溫度導致碳化物粗化及過熱現象,而過低之溫度則易形成鍛造鋼錠表面的破裂(Crack)。由于榮剛重工擁有四鍛模精密鍛造機(如圖3,4),可配合道次截面縮減率設計及精確控制粉末高速鋼鋼錠鍛造加工溫度范圍,以產制碳化物均勻細致分布之粉末高速鋼棒材。
三、粉末高速鋼特色
由于快速的凝固制程,金屬粉末幾乎無偏析的現象,經壓制燒結成粉末鋼錠,再經精確轉質加工,獲得顯微組織非常細致均勻分布且具均方向性(Isotropic),使得材料性質得以提升,如韌性、硬度等,圖5顯示粉末高速鋼之特色及應用。由于具有均勻細致之組織,其韌性、耐疲勞等機械性質得以提升,應用于切削刀具時,可提高非連續式切削能力,應用于沖棒及模具時,可提升冷鍛或熱鍛之沖壓能力。
由于粉末高速鋼具有均方向之組織,當材料經熱處理(淬火回火)時,其各方向之尺寸變化相較于傳統高速鋼差異性較小,工件尺寸得以穩定控制,制成之模具可獲得較佳之精度。模具于上線使用后,經下線檢修再研磨之工時,相較于傳統工具鋼之模具,因其磨耗較小且均勻,可節省模具再研磨加工之時間(Re-grinding Time)。由于粉末高速鋼具有上述之特色,應用于切削刀具及工模具,其使用壽命具較佳之再現性。
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