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切削技術的發展依靠刀具技術和高速機床技術的進步，刀具與機床的正確選用常起著決定性作用。采用耐熱性更好的新型刀具材料及涂層、公道設計刀具結構與幾何參數、選擇最佳的切削速度是實現切削加工優化的重要保障。在目前高性能刀具材料如硬質合金、金屬陶瓷、金剛石、立方氮化硼等超硬材料不斷發展的同時，高速鋼尤其是粉末冶金高速鋼，憑借其在強韌性、 工藝性及可加工性等方面優良的綜合性能，在復雜刀具特別是切齒刀具、拉刀和各類銑刀制造中仍占有明顯上風，應用相當廣泛。

1 高速鋼發展及粉末高速鋼冶煉工藝特點

以切削刀具為主要用途的高速鋼已經歷了百年的發展歷程。1900 年法國巴黎世界展覽會上， 美國人Taylor和White成功進行的高速切削演示標志著高速鋼的應用拉開了序幕。多年來，高速鋼刀具一直占據著機械加工領域的主導地位，其發展簡史見表1。
表1 高速鋼發展簡史

年代	主要大事記
1870～1898	英國人Mushet發明應用Mn-W自硬工具鋼，切削中碳鋼速度8m/min
1898～1900	美國人Taylor、White以Cr-W鋼取代Mn-W自硬鋼，創立了高速鋼。切削中碳鋼速度達20m/min
1910	確立T1(W18Cr4V)鋼成分，切削中碳鋼速度達30m/min
1937～	美國人Breelor發明W-Mo系高速鋼M2
1939 ～	美國發明高碳高釩高速鋼，含釩3～5%，淬回火硬度達67～68HRC，耐磨性好，可磨削性差。
1958～1963	平衡碳理論提出與應用，美國發明M40系高速鋼，硬度達70HRC，如M41，M42
1965～	美國Crucible Steels公司發明粉末冶金法生產高速鋼
1970～	瑞典Stora-ASEA粉末冶金高速鋼投產；電渣重熔高速鋼開始用于大截面材生產
1980 ～	歐、美、日、俄等國開始生產粉末冶金高速鋼；氮化鈦涂層用于高速鋼切削刀具，壽命大幅進步
1990 ～	粉末冶金高速鋼實現高合金冶煉，新鋼種熱處理硬度達70～72HRC

高速鋼傳統冶煉制造工藝通常采用大噸位電弧爐冶煉、模鑄澆鑄成錠。電弧爐冶煉，鋼水容量大，成分均勻，可通過爐外精煉、真空脫氣等進步鋼水質量；但由于鋼錠澆鑄尺寸較大，鋼水冷卻緩慢，且高速鋼化學成分復雜，合金元素含量高，使其萊氏體組織粗大，碳化物偏析嚴重。碳化物偏析程度反映了高速鋼質量的優劣，嚴重的偏析降低了高速鋼的性能，使鋼的鍛、軋加工困難，高合金、高性能高速鋼的發展受限。

粉末冶金高速鋼改變了傳統的高速鋼澆鑄與成錠工藝，采用了霧化制粉及壓力加工成形。國際上較先進的粉末高速鋼制造基本工藝是將冶煉完、符合化學成分要求的鋼水經強力高壓氮氣霧化，細小液滴瞬間迅速凝固成合金粉末顆粒，其粒度相當于一般鑄錠億萬分之一的“超細小鋼錠”，形成了極快冷凝固制粉。霧化制粉完成后，合金粉末顆粒經篩分、裝包套、搖實、抽真空脫氣等工序，再經冷、熱等壓力加工成錠。粉末冶金高速鋼的優點為成分均勻、碳化物無偏析，易實現高合金化；與電爐鋼比較，其強韌性大幅度進步，熱處理變形小，尺寸穩定性高，可磨削性能好。

2 粉末冶金高速鋼主要牌號及成分

傳統冶煉生產的高速鋼牌號均可運用粉末冶金方法生產，而高釩、高鈷等高合金高性能高速鋼卻是粉末冶金高速鋼所獨占的牌號(如ASP2060、ASP2080等)。表2為粉末冶金高速鋼主要牌號及成分范圍。
表2 粉末冶金高速鋼主要牌號及成分(wt%)

序號	牌號	C	Cr	W	Mo	V	Co	其它
1	M2-PM	0.95～1.05	3.75～4.50	5.50～6.75	4.50～5.50	1.75～2.20	max0.50
2	M3-PM	1.15～1.25	3.75～4.50	5.00～6.75	4.75～6.50	2.75～3.25	max0.50
3	M4-PM	1.25～1.40	3.75～4.75	5.25～6.50	4.25～5.50	3.75～4.50	max0.50
4	M7-PM	0.97～1.05	3.50～4.00	1.40～2.10	8.20～9.20	1.75～2.25	max0.50
5	M35-PM	0.88～0.95	3.80～4.50	6.00～6.70	4.70～5.20	1.70～2.00	4.50～5.00
6	M42-PM	1.05～1.15	3.50～4.25	1.15～1.85	9.00～10.0	0.95～1.35	7.75～8.75
7	M48-PM	1.42～1.52	3.50～4.00	9.50～10.50	4.75～5.50	2.75～3.25	8.00～10.00	S≤0.07
8	M50-PM	0.78～0.88	3.75～4.50	max0.20	3.90～4.75	0.80～1.25	max0.50
9	M61-PM	1.75～1.85	3.50～4.25	12.10～12.9	6.00～6.75	4.50～5.25	max1.00	P≤0.02
10	ASP2015	1.50～1.60	3.75～5.00	11.75～13.0	max1.00	4.50～5.25	4.75～5.25
11	ASP2017	0.80～0.85	3.80～4.50	2.85～3.25	3.90～4.20	0.95～1.35	7.75～8.75	Nb:1.00
12	ASP2030	1.25～1.35	3.80～4.50	6.00～6.70	4.70～5.20	2.70～3.20	8.10～8.80
13	ASP2053	2.30～2.60	3.80～4.50	4.00～4.50	2.80～3.50	7.75～8.20	Max0.50
14	ASP2060	2.15～2.45	3.80～4.50	6.00～6.80	6.70～7.30	6.20～6.80	10.10～10.8
15	ASP2080	2.30～2.60	3.8～4.30	10.50～11.5	4.80～5.30	5.80～6.20	15.50～16.5
16	S390-PM	1.55～1.65	4.50～5.00	9.50～11.00	2.00～2.40	4.60～5.20	7.60～8.30
17	S390-PM-MOD	1.65～1.75	5.95～6.35	10.0～10.75	3.10～3.40	4.00～4.50	7.70～8.30	S≤0.02
18	HS10-4-3-10PM	1.21～1.34	3.80～4.50	9.00～10.00	3.20～3.90	3.00～3.50	9.50～10.5
19	HS18-1-2-5-PM	0.75～0.83	3.80～4.50	17.5～18.50	0.50～0.80	1.40～1.70	4.50～5.00
20	HS12-1-4-PM	1.20～1.35	3.80～4.50	11.5～12.50	0.70～1.00	3.50～4.50	max	0.50
21	PM-10V	2.35～2.55	4.75～5.50	max0.50	1.10～1.45	9.3～10.25	max0.50	S≤0.09
22	CPM10V-MOD	2.80～3.00	7.75～8.25	max1.00	1.20～1.60	9.25～10.25	max0.50
注：上表中一般均要求，P≤0.03%，S≤0.03%，N≤0.08%，O≤0.015%，Ar≤0.05ppm；*為合金工具鋼

3 粉末冶金高速鋼的選用
高速鋼含有大量W、Mo、Cr、V等元素，其與碳形成的合金碳化物進步了鋼材性能。由于粉末高速鋼冶煉的獨特性，合金元素含量更高，尤其是高V、高Co鋼的應用較為普遍。高速鋼中的W、Mo作用相似，與碳形成的合金碳化物通過溶解及析出強化，使高速鋼具有特殊的二次硬化效果，紅硬性大大進步；鋼中V是強的碳化物形成元素，VC細小彌散，進步了鋼的耐磨性，隨著V含量的進步，高速鋼的抗磨粒磨損性能大幅提升；Co是固溶強化最強的合金元素之一，通過固溶基體強化來進步高速鋼的硬度及熱硬性，改善了刀具切削性能，使刀具壽命大為進步。圖1為幾種粉末高速鋼與典型高速鋼的性能特點對比。

圖1 幾種粉末高速鋼與典型高速鋼的性能特點對比
刀具材料的選擇需要考慮刀具種別、機床及切削條件、被加工材料及硬度等因素。隨著數控機床、中硬材料切削及高強鋼的大量應用，對切削刀具的性能要求越來越高，刀具必須具備更高的硬度、紅硬性、耐磨性及韌性。一般來講，對于要求高耐磨、高韌性的刀具，如遐齡命絲錐、拉刀、單齒薄刃刀具等，可選擇高碳高釩粉末高速鋼，典型牌號有M3-PM、M4-PM、M61-PM等；對于要求高速切削、高熱硬性、遐齡命的刀具，如齒輪滾刀、插齒刀、數控機床用各類銑刀，可選擇高釩高鈷粉末高速鋼，典型牌號有ASP2015、ASP2030、ASP2060等。

4 結語

粉末高速鋼由于良好的組織一致性和碳化物的無偏析，彌補了普通冶煉高速鋼的嚴重缺陷，使鋼材質量和性能全面進步。粉末冶金高速鋼刀具在加工鐵基高溫合金、鈦合金、超高強鋼等難加工材料時表現出了良好的切削性能及綜協力學性能。由于粉末高速鋼冶煉及霧化制粉的特殊性，工藝及設備要求相對復雜，鋼材制造本錢較高，目前在精密復雜刀具生產中應用較多，還有待進一步推廣應用。(end)