粉末冶金高速鋼(以下簡寫為PMHSS) 是高速鋼中的上品。多數(shù)工具廠對(duì)它只有一個(gè)模糊的概念,只知它是性能優(yōu)良的高級(jí)高速鋼,而不知目前在我國市場(chǎng)上同時(shí)存在化學(xué)成分相同而質(zhì)量、性能不同的第一代,第二代和21 世紀(jì)初才開發(fā)呈現(xiàn)于市場(chǎng)的第三代PMHSS 。

　　1 　第一代, 第二代和第三代PMHSS 的差異

　　20 世紀(jì)70 年代PMHSS 由美國Crucible 廠和瑞典Stora 廠(現(xiàn)屬法國Erasteel 公司) 相繼投入工業(yè)性生產(chǎn),此為第一代PMHSS ,其鋼材夾雜物含量相當(dāng)電弧爐+ LF 鋼包精煉鋼的水平。

　　1991 年瑞典Soedertors 廠采用了ESH 電渣加熱法技術(shù)3 ,使鋼更為純凈;與第一代PMHSS 相比,夾雜物含量可減少90 %,鋼材抗彎強(qiáng)度約可提高20 %。采用ESH 技術(shù)生產(chǎn)的PMHSS 稱為第二代,Erast eel 公司產(chǎn)品商標(biāo)也改為ASP2000 系列,如鋼種ASP2030 ,而其第一代產(chǎn)品稱ASP30 ,二者的化學(xué)成分是相同的。2000 年奧Boehler 伯樂鋼廠的PMHSS 全線制造設(shè)備投產(chǎn),其生產(chǎn)設(shè)備是全世界最先進(jìn)的,產(chǎn)品質(zhì)量比第二代PMHSS 又有所提高,稱為第三代PMHSS。特點(diǎn)是鋼粉顆粒更細(xì),過篩累積百分?jǐn)?shù)為50 %所對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸為60μm ,最大鋼粉尺寸為500μm ,二次枝晶臂距約為1μm;夾雜物數(shù)量減少,其最大尺寸減小;使鋼的抗彎強(qiáng)度約比第二代的相應(yīng)值提高20 %。該廠第三代PMHSS 以MICROCL EAN (微小純凈) 為商標(biāo),以替代第一和第二代的商標(biāo)ISOMATRIX ( 各向均勻) 。如以前的PMHSS S390Isomat rix , 現(xiàn)改稱S390Microcleon ,二者化學(xué)成分相同,但夾雜物含量、大小和強(qiáng)度不同。

　　法國Erasteel 公司從2002 年起對(duì)其第二代PMHSS 的生產(chǎn)全過程進(jìn)行了研究,并作了改進(jìn)形成Dvalin工藝。自2004 年起其商標(biāo)稱DvalinTM ,標(biāo)志生產(chǎn)的第三代PMHSS 。第三代DvalinTM PMHSS 比第二代的夾雜物又減少90 %。若以每1cm3 鋼中尺寸為50μm 的夾雜物數(shù)目計(jì),則傳統(tǒng)或第一代PMHSS 約含016 個(gè),第二代的含0103 個(gè),而第三代DvalinTM的則僅含01002 個(gè)。夾雜物的大量減少,使PMHSS 的抗彎強(qiáng)度逐代增加;以從<100 mm 材上取樣測(cè)定的橫向抗彎強(qiáng)度為例, 通常的M42 鋼( S115 - 915 - 112 - 8) 為113GPa ,第一代PMHSS ASP30( S614 - 5 - 311 - 8) 為310GPa ,第二代PMHSS ESH ASP2030 為315 GPa ,而第三代PMHSS DvalinTM ASP2030 為412 GPa , 第三代PMHSS 的抗彎強(qiáng)度比第二代的抗彎強(qiáng)度又提高20 %。

　　2 PMHSS 的強(qiáng)度決定于其夾雜含量及尺寸大小

　　對(duì)普通熔煉鑄錠高速鋼來說,淬回火后基體中殘余碳化物數(shù)量遠(yuǎn)大于夾雜物數(shù)量。以M2 鋼為例,淬回火后殘余碳化物總量不少于13 %(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)) ,大顆粒碳化物尺寸近1215μm ,但其夾雜物量不會(huì)超過1 % ,故中國高速鋼標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定碳化物不均勻度而未對(duì)夾雜物規(guī)定檢驗(yàn)條款。普通高速鋼的強(qiáng)度決定于其碳化物網(wǎng)、帶和堆聚的程度。PMHSS 是燒結(jié)制品,不分尺寸大小,在整個(gè)斷面上其碳化物細(xì)小(1～3μm) 均勻分布,無碳化物不均勻性這個(gè)不利因素,最大碳化物尺寸不超過6μm。由于鋼的抗彎強(qiáng)度與極限缺陷直徑的平方根成反比,消除大的夾雜物是提高PMHSS 鋼材強(qiáng)度和質(zhì)量的根本途徑之一。為此第二代和第三代PMHSS 都強(qiáng)調(diào)從工藝上大幅度減少夾雜物數(shù)量,特別是大夾雜物(25μm) ,目的在于提高PMHSS 的韌性、抗彎強(qiáng)度和疲勞極限。

　　( ) 產(chǎn)品屬第一代M SS 水平的其生產(chǎn)廠有美國廠,烏克蘭DSS 廠,日本日立金屬和臺(tái)灣榮鋼(用DSS 廠鋼粉生產(chǎn)PMHSS) 。在上述廠的技術(shù)資料中均未提及及已換用ESH 技術(shù)。

　　(2) 產(chǎn)品屬第二代PMHSS 水平的在我國個(gè)別工具廠還有少量庫存。它們?yōu)?004 年以前法Erasteel 公司生產(chǎn)的ESH PMHSS ,及奧伯樂鋼廠2002 年以前生產(chǎn)的Isomat rx PMHSS。

　　(3) 產(chǎn)品屬第三代PMHSS 水平的其生產(chǎn)廠有奧伯樂鋼廠2002 年以后生產(chǎn)的Microclean PMHSS ,及法Erast eel 公司2004 年以后生產(chǎn)的DvalinTM PMHSS。

　　第三代PMHSS 帶動(dòng)了高合金高硬度新鋼種的發(fā)展,第三代PMHSS 因夾雜物減少而鋼的強(qiáng)度和韌性提高,可克服高速鋼合金含量愈高,韌性愈低的問題。

　　國外PMHSS 生產(chǎn)廠不間斷地對(duì)其生產(chǎn)設(shè)備和工藝的研究改進(jìn)導(dǎo)致開發(fā)出第三代PMHSS ,其在靜態(tài)及周期性負(fù)荷下的高強(qiáng)度和韌性,增加了其對(duì)機(jī)械沖擊的阻抗力,使制成的刀具性能穩(wěn)定性好。國內(nèi)要求高性能刀具的航天部門可采用它。