การใช้วัสดุเหล็กความเร็วสูง

วัสดุเครื่องมือเหล็กกล้าความเร็วสูงประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสองส่วนเป็นหลัก:ประเภทหนึ่งคือโลหะคาร์ไบด์ (ทังสเตนคาร์ไบด์ โมลิบดีนัมคาร์ไบด์ หรือวาเนเดียมคาร์ไบด์) ซึ่งช่วยให้เครื่องมือมีความทนทานต่อการสึกหรอดีขึ้นประการที่สองคือเมทริกซ์เหล็กที่กระจายอยู่รอบๆ ซึ่งทำให้เครื่องมือมีความเหนียวดีขึ้น และสามารถดูดซับแรงกระแทกและป้องกันการแตกเป็นชิ้นได้
พบว่าขนาดเกรนของเหล็กความเร็วสูงมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติของเหล็กความเร็วสูงแม้ว่าการเพิ่มปริมาณอนุภาคของโลหะคาร์ไบด์ในเหล็กจะช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของวัสดุได้ แต่เมื่อปริมาณโลหะผสมเพิ่มขึ้น ขนาดของคาร์ไบด์และจำนวนเกาะกลุ่มก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งจะส่งผลเสียอย่างมากต่อความเหนียว ของเหล็กเพราะกลุ่มคาร์ไบด์ขนาดใหญ่อาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวได้ในไม่ช้าดังนั้นต่างประเทศจึงได้ทำการวิจัยตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อติดตามเม็ดเหล็กความเร็วสูงที่มีความละเอียดสูง
ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 กระบวนการผลิตเหล็กความเร็วสูงโลหะผสมผงได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จในสวีเดน และเข้าสู่ตลาดในช่วงต้นทศวรรษ 1970กระบวนการนี้สามารถเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมลงในเหล็กความเร็วสูงได้โดยไม่ทำลายความแข็งแรง ความเหนียว หรือความสามารถในการบดของวัสดุ ดังนั้นเครื่องมือที่มีความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอสูง สามารถดูดซับแรงกระแทกจากการตัด และเหมาะสำหรับการประมวลผลที่มีอัตราการตัดสูง และสามารถดำเนินการตัดแบบไม่ต่อเนื่องได้อย่างไรก็ตาม มันผสมผสานความเหนียวที่ดีของเหล็กความเร็วสูงเข้ากับความต้านทานการสึกหรอสูงของซีเมนต์คาร์ไบด์เนื่องจากการกระจายตัวของอนุภาคคาร์ไบด์ที่ละเอียดและสม่ำเสมอในเหล็กกล้าความเร็วสูงโลหะผสมผง ความแข็งแรงและความเหนียวจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าความเร็วสูงธรรมดาที่มีปริมาณคาร์ไบด์เท่ากันด้วยข้อได้เปรียบนี้ เครื่องมือเหล็กความเร็วสูงสำหรับโลหะผสมผงจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนที่มีผลกระทบต่อการตัดสูงและอัตราการขจัดเนื้อโลหะสูง (เช่น การตัดด้วยแรงดัดงอ การตัดเป็นระยะ ๆ ฯลฯ)นอกจากนี้ เนื่องจากความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กความเร็วสูงโลหะผสมผงจะไม่ลดลงจากการเพิ่มขึ้นของปริมาณโลหะคาร์ไบด์ ผู้ผลิตเหล็กจึงสามารถเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมจำนวนมากลงในเหล็กเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุเครื่องมือในเวลาเดียวกัน เนื่องจากทรัพยากรทังสเตน (W) เป็นทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ และซีเมนต์คาร์ไบด์สมัยใหม่ใช้ทรัพยากรทังสเตนในปริมาณมาก เหล็กความเร็วสูงทังสเตนต่ำจึงกลายเป็นทิศทางของการวิจัยและพัฒนาเหล็กความเร็วสูงเหล็กความเร็วสูงที่มีส่วนผสมของโคบอลต์ (HSS-Co) ได้รับการพัฒนาเป็นจำนวนมากในต่างประเทศต่อมาได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเหล็กความเร็วสูงที่มีโคบอลต์ที่มีปริมาณโคบอลต์มากกว่า 2% เป็นเหล็กความเร็วสูงประสิทธิภาพสูง (HSSE)โคบอลต์ยังมีบทบาทที่ชัดเจนในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเหล็กกล้าความเร็วสูงสามารถส่งเสริมให้คาร์ไบด์ละลายในเมทริกซ์มากขึ้นในระหว่างการดับและให้ความร้อน และใช้ความแข็งของเมทริกซ์สูงเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอเหล็กความเร็วสูงมีความแข็ง ความแข็งทางความร้อน ความต้านทานการสึกหรอ และความสามารถในการบดที่ดีปริมาณโคบอลต์ของเหล็กกล้าความเร็วสูงโคบอลต์ทั่วไปในโลกมักจะอยู่ที่ 5% และ 8%ตัวอย่างเช่น W2Mo9Cr4VCo8 (แบรนด์อเมริกัน M42) มีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณวานาเดียมต่ำ (1%) ปริมาณโคบอลต์สูง (8%) และความแข็งในการอบชุบด้วยความร้อน 67-70HRCอย่างไรก็ตาม ยังมีการนำวิธีการอบชุบด้วยความร้อนแบบพิเศษมาใช้เพื่อให้ได้ความแข็ง 67-68HRC ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด (โดยเฉพาะการตัดเป็นช่วงๆ) และปรับปรุงความทนทานต่อแรงกระแทกเหล็กกล้าความเร็วสูงโคบอลต์สามารถทำเป็นเครื่องมือได้หลากหลาย ซึ่งสามารถใช้ในการตัดวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยากและให้ผลลัพธ์ที่ดีเนื่องจากประสิทธิภาพการเจียรที่ดี จึงสามารถทำเป็นเครื่องมือที่ซับซ้อนซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในระดับสากลอย่างไรก็ตาม ประเทศจีนยังขาดทรัพยากรโคบอลต์ และราคาของเหล็กความเร็วสูงโคบอลต์ก็มีราคาแพง ประมาณ 5-8 เท่าของเหล็กความเร็วสูงทั่วไป