許多沖壓加工應用要求沖模和沖模組件要承受嚴酷的負載條件和長時間的生產運行。在這種情況下，常規的工具鋼牌號，例如美國鋼鐵協會（AISI）A2，S7或D2，可能無法提供必要的抗壓強度或耐磨性。

如果需要更高的抗壓強度，一些工具制造商可能會選擇使用AISI M2等高速鋼。但是，需要權衡取舍-在許多情況下，這些常規材料的工具壽命相對較短。

面對這種困境，工具制造商可能會選擇硬質合金作為替代，因為這種工具材料固有地非常堅硬并且具有很高的抗壓強度。但是，硬質合金刀具對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發為這些類型應用的替代品。典型和更常見的粉末高速鋼代表為ASP23(PM23）/ASP30(PM30)/ASP60(PM60).這些工具材料可以經過工程設計，以應對特定的故障，例如破裂，變形或過早磨損。

通過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，這一特性被稱為各向同性行為。其他屬性包括：

1.高耐磨性。
2.耐碎裂和開裂。
3.高抗壓強度。
4.熱處理過程中尺寸的可預測性和可重復性。
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導致形成碳化物。合金碳化物是硬的，耐磨的顆粒，形成在鋼的整體或基體內。隨著碳化物顆粒的百分比增加，鋼的耐磨性也增加。

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

鋼材抗龜裂或抗崩裂的指標是其抗沖擊強度，它是通過測量鋼樣品斷裂時吸收的能量來確定的。圖1顯示了一些常用工具鋼的無缺口沖擊韌性的相對比較。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
要了解粉末冶金過程，了解常規工具鋼合金的生產原理可能會有所幫助。工具鋼是通過在電弧爐（EAF）中熔化原材料來制造的。通常，這些爐子每次加熱更多可熔化50噸鋼。
 

      圖2：此圖說明了典型粉末冶金制造過程中的步驟。
 

然后將鋼水轉移到精煉容器中，在其中調節鋼的成分以產生更終的化學成分。通常涉及幾個附加步驟，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為錠的簡單形式。這些鑄錠需要幾個小時才能完全固化。這個相對較長的時間導致大量的化學偏析，這意味著化學成分在整個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問題。如前所述，合金元素和碳反應在鋼中形成碳化物。碳化物在鑄錠的整個橫截面中分布不均勻，而是集中在某些區域。這些隔離區域通常稱為碳化物網絡。

在某種程度上，熱處理和機械加工（例如鍛造和軋制）消除了化學偏析的模式。但是，以前的碳化物網絡傾向于將其自身與主要的熱加工方向平行排列。硬質合金顆粒固有地非常堅硬且易碎，當它們形成長的桁條時，它們會在鋼中充當應力提升劑。這些區域更容易形成裂紋，從而降低了鋼的整體韌性。
  此處顯示了傳統D2和粉末冶金D2工具鋼的顯微組織。由于快速凝固是該過程的特征，因此碳化物顆粒（白色區域）在粉末冶金工具鋼中分布更均勻。
工具鋼生產的粉末冶金過程
粉末冶金過程始于生成非常細小的粉末顆粒，這些顆粒是通過稱為霧化的過程形成的。起始原料的熔化方式與傳統工具鋼類似。但是，鋼水并未從鋼包倒入鑄錠模中。取而代之的是，當鋼包被攻絲時，鋼水流可以通過一系列噴出高壓氮氣的噴嘴流動。當氮氣撞擊鋼水柱時，鋼被分散成細小的顆粒，并立即凝固。

每個形成的粒子本質上都是一個微小的錠。因為粉末僅在幾分之一秒內固化，所以可以防止偏析問題。因此，粉末的化學組成從一個顆粒到另一個顆粒是一致的，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。

密封的容器在稱為熱等靜壓（HIP）的操作中進行處理。在該操作期間，在高溫下，容器從各個方向承受相等的壓力。高溫和高壓的結合導致粉末的完全粘結，從而產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。典型過程的示意圖如圖2所示。

在粉末冶金過程中發生的快速凝固產生了高度合金化的工具鋼，這些鋼既沒有化學成分也沒有碳化物偏析。為了了解粉末冶金工藝產生的不同結果，將常規工具鋼的微觀結構與粉末冶金工具鋼的微觀結構進行比較可能會有所幫助（請參見圖3）。

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