許多沖壓加工應(yīng)用要求沖模和沖模組件要承受?chē)?yán)酷的負(fù)載條件和長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行。在這種情況下，常規(guī)的工具鋼牌號(hào)，例如美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)（AISI）A2，S7或D2，可能無(wú)法提供必要的抗壓強(qiáng)度或耐磨性。

如果需要更高的抗壓強(qiáng)度，一些工具制造商可能會(huì)選擇使用AISI M2等高速鋼。但是，需要權(quán)衡取舍-在許多情況下，這些常規(guī)材料的工具壽命相對(duì)較短。

面對(duì)這種困境，工具制造商可能會(huì)選擇硬質(zhì)合金作為替代，因?yàn)檫@種工具材料固有地非常堅(jiān)硬并且具有很高的抗壓強(qiáng)度。但是，硬質(zhì)合金刀具對(duì)彎曲和沖擊載荷的抵抗性較差，因此不像工具鋼那樣具有抗沖擊性。

粉末冶金粉末冶金工具鋼被開(kāi)發(fā)為這些類(lèi)型應(yīng)用的替代品。典型和更常見(jiàn)的粉末高速鋼代表為ASP23(PM23）/ASP30(PM30)/ASP60(PM60).這些工具材料可以經(jīng)過(guò)工程設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)特定的故障，例如破裂，變形或過(guò)早磨損。

通過(guò)粉末冶金工藝制造的工具鋼在所有方向上均具有均勻的特性，這一特性被稱(chēng)為各向同性行為。其他屬性包括：

1.高耐磨性。
2.耐碎裂和開(kāi)裂。
3.高抗壓強(qiáng)度。
4.熱處理過(guò)程中尺寸的可預(yù)測(cè)性和可重復(fù)性。
5.極好的可磨性。 沖頭和模具磨損
為了提高工具鋼的耐磨性，有必要添加相對(duì)較高百分比的合金元素，例如鉻，鉬，釩和鎢。另外，工具鋼必須具有高碳含量。

碳與合金元素之間的反應(yīng)導(dǎo)致形成碳化物。合金碳化物是硬的，耐磨的顆粒，形成在鋼的整體或基體內(nèi)。隨著碳化物顆粒的百分比增加，鋼的耐磨性也增加。

向常規(guī)生產(chǎn)的工具鋼中添加高比例的合金元素往往會(huì)顯著降低其韌性。通常，隨著合金元素百分比的增加，脆性變得更大，并且容易受到常規(guī)工具鋼的崩裂和開(kāi)裂的asp60高速鋼供應(yīng)商影響。

鋼材抗龜裂或抗崩裂的指標(biāo)是其抗沖擊強(qiáng)度，它是通過(guò)測(cè)量鋼樣品斷裂時(shí)吸收的能量來(lái)確定的。圖1顯示了一些常用工具鋼的無(wú)缺口沖擊韌性的相對(duì)比較。由于粉末冶金工具鋼具有更高的沖擊韌性，因此在維修過(guò)程中更有可能抵抗故障。

工具鋼制造工藝
要了解粉末冶金過(guò)程，了解常規(guī)工具鋼合金的生產(chǎn)原理可能會(huì)有所幫助。工具鋼是通過(guò)在電弧爐（EAF）中熔化原材料來(lái)制造的。通常，這些爐子每次加熱更多可熔化50噸鋼。
 

      圖2：此圖說(shuō)明了典型粉末冶金制造過(guò)程中的步驟。
 

然后將鋼水轉(zhuǎn)移到精煉容器中，在其中調(diào)節(jié)鋼的成分以產(chǎn)生更終的化學(xué)成分。通常涉及幾個(gè)附加步驟，例如爐渣處理和脫氣程序，以去除可能存在的不良元素。

精煉后，將鋼水倒入大型鑄模中，在鑄模中鋼水凝固成稱(chēng)為錠的簡(jiǎn)單形式。這些鑄錠需要幾個(gè)小時(shí)才能完全固化。這個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間導(dǎo)致大量的化學(xué)偏析，這意味著化學(xué)成分在整個(gè)鑄錠的橫截面中都變化。隨著鋼中合金含量的增加，這些差異變得更加明顯。

隔離的另一種形式也是一個(gè)問(wèn)題。如前所述，合金元素和碳反應(yīng)在鋼中形成碳化物。碳化物在鑄錠的整個(gè)橫截面中分布不均勻，而是集中在某些區(qū)域。這些隔離區(qū)域通常稱(chēng)為碳化物網(wǎng)絡(luò)。

在某種程度上，熱處理和機(jī)械加工（例如鍛造和軋制）消除了化學(xué)偏析的模式。但是，以前的碳化物網(wǎng)絡(luò)傾向于將其自身與主要的熱加工方向平行排列。硬質(zhì)合金顆粒固有地非常堅(jiān)硬且易碎，當(dāng)它們形成長(zhǎng)的桁條時(shí)，它們會(huì)在鋼中充當(dāng)應(yīng)力提升劑。這些區(qū)域更容易形成裂紋，從而降低了鋼的整體韌性。
  此處顯示了傳統(tǒng)D2和粉末冶金D2工具鋼的顯微組織。由于快速凝固是該過(guò)程的特征，因此碳化物顆粒（白色區(qū)域）在粉末冶金工具鋼中分布更均勻。
工具鋼生產(chǎn)的粉末冶金過(guò)程
粉末冶金過(guò)程始于生成非常細(xì)小的粉末顆粒，這些顆粒是通過(guò)稱(chēng)為霧化的過(guò)程形成的。起始原料的熔化方式與傳統(tǒng)工具鋼類(lèi)似。但是，鋼水并未從鋼包倒入鑄錠模中。取而代之的是，當(dāng)鋼包被攻絲時(shí)，鋼水流可以通過(guò)一系列噴出高壓氮?dú)獾膰娮炝鲃?dòng)。當(dāng)?shù)獨(dú)庾矒翡撍鶗r(shí)，鋼被分散成細(xì)小的顆粒，并立即凝固。

每個(gè)形成的粒子本質(zhì)上都是一個(gè)微小的錠。因?yàn)榉勰﹥H在幾分之一秒內(nèi)固化，所以可以防止偏析問(wèn)題。因此，粉末的化學(xué)組成從一個(gè)顆粒到另一個(gè)顆粒是一致的，并且形成的合金碳化物很小，呈球形且分布均勻。

粉末不是在露天條件下處理的，而是在受保護(hù)的氣氛中直接倒入鋼制容器中。然后將容器抽真空，并焊接頂部。

密封的容器在稱(chēng)為熱等靜壓（HIP）的操作中進(jìn)行處理。在該操作期間，在高溫下，容器從各個(gè)方向承受相等的壓力。高溫和高壓的結(jié)合導(dǎo)致粉末的完全粘結(jié)，從而產(chǎn)生了一塊完全致密的鋼，然后可以將其鍛造或軋制成所需的尺寸。典型過(guò)程的示意圖如圖2所示。

在粉末冶金過(guò)程中發(fā)生的快速凝固產(chǎn)生了高度合金化的工具鋼，這些鋼既沒(méi)有化學(xué)成分也沒(méi)有碳化物偏析。為了了解粉末冶金工藝產(chǎn)生的不同結(jié)果，將常規(guī)工具鋼的微觀結(jié)構(gòu)與粉末冶金工具鋼的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較可能會(huì)有所幫助（請(qǐng)參見(jiàn)圖3）。

常規(guī)鋼中的塊狀硬質(zhì)合金桁條是固有的應(yīng)力升高，可以使鋼更易于碎裂和開(kāi)裂。粉末冶金工具鋼中均勻的球形碳化物顆粒可提供耐磨性，而不會(huì)降低鋼的韌性。