[發明專利]一種粉末冶金工模具鋼的制備方法

有效

• 申請號: 201210387449.9
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102909385A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 袁華;李周;張國慶;許文勇;高正江;劉娜
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，屬于粉末冶金工模具鋼制備技術領域。

背景技術

我國的汽車、航空、航天及裝備制造等產業正處于高速發展階段，正逐步由制造大國向制造強國轉變。先進航空、航天、汽車產品要求零部件具有更優異性能、更低成本更高環保性，而加工工藝要求具有更快加工速度、更高可靠性、高重復精度可再現性。我國現有的工模具材料以熔鍛工藝為主，由于受熔煉工藝的限制，合金化程度低、碳化物粗大、偏析嚴重、分布不均勻，耐磨、沖擊和切削等性能水平偏低，盡管其存在成本低廉的優勢，但難以滿足高速高效加工及難加工材料的要求，只適用于中低端產品。粉末冶金工模具鋼無碳化物偏析且碳化物細小，抗彎強度是傳統工模具鋼的2倍以上，耐磨性和高溫硬度均大幅度提高，廣泛用于大模數重載切削滾刀等關鍵刀具、模具和關鍵部件。

我國是世界上工模具鋼生產大國，但包括粉末冶金工模具鋼在內的高性能工模具鋼生產工藝技術與國際先進水平存在明顯差距。粉末冶金工模具鋼是目前國外生產高性能、大尺寸復雜工模具的主體選材，其主要技術就是粉末冶金工藝。我國粉末冶金工模具鋼一直未能得到突破，主要是在工藝上存在障礙，主要是通過現有工藝制備的工模具鋼氣體含量偏高，非金屬夾雜物數量偏多，尺寸偏大，性能不穩定。

從國外的發展情況來看，隨著加工制造業向中國的轉移，以及國內自身在加工裝備技術方面的發展，粉末冶金工模具鋼的應用市場也會加速向中國集中和發展，行業預測的年需求增長率將在15～30％之間。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術狀況設計提供了一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，其目的是解決上述粉末冶金工模具鋼制備工藝中存在的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種粉末冶金工模具鋼的制備方法，其特征在于：

（1）將工模具鋼母合金或按化學成分配比稱取金屬元素料，裝入氣體霧化制粉爐的真空感應熔煉坩堝中；

（2）對氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空，真空度＜20Pa；

（3）送電加熱母合金或金屬元素料至完全熔化，繼續加熱至1500℃~1600℃后精煉10~20分鐘；

（4）精煉完成后，對氣體霧化制粉爐充高純氬氣；氬氣純度＞99.999%wt，O₂＜2ppm，壓力為0.25~0.35Mpa，充氣后氣體霧化制粉爐的霧化室內壓力為0.04～0.08Mpa；

（5）氣體霧化制粉爐充氣完成后，保持合金液溫度在1500℃~1600℃，將感應熔煉坩堝內的合金液緩慢傾倒進中間包系統，當合金液流出導流管下端后1~2s后，開啟高壓氮氣噴嘴的閥門及排氣系統閥門，用高純氮氣對合金液進行霧化，氮氣純度＞99.999%wt，O2＜2ppm，霧化壓力為4.0~6.0Mpa；

在霧化過程中通過調節排氣系統，始終保持氣體霧化制粉爐的霧化室內的壓力為0.04~0.08Mpa；

（6）合金液霧化完畢后，立即啟動真空系統，把氣體霧化制粉爐的熔煉室和霧化室抽真空＜20Pa；

（7）把制得的工模具鋼粉末儲存在充滿氬氣氣氛的粉罐內；

（8）對粉罐內的工模具鋼粉末進行篩分，得到＜100目的工模具鋼粉末，在粉末除氣爐內對工模具鋼粉末進行熱動態除氣，粉末加熱溫度200℃~600℃，粉末除氣爐的真空度＜5×10-2Pa，除氣后直接裝入預先連接在粉末除氣爐上的包套內，裝滿后進行封焊；

（9）將封焊好的包套送入熱等靜壓機內進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度1050℃~1200℃，壓力＞100Mpa，時間＞2h，隨爐冷卻。

本發明技術方案針對粉末冶金工模具鋼材料的特點，采用負壓霧化工藝，結合對比試驗，在真空熔煉的過程中加10~20分鐘的精煉，該措施能夠有效降低合金中的氧含量，同時真空度在小于20pa時，氧含量變化趨勢不明顯。采用氬氣保護熔煉和氮氣霧化相結合的方式，有利于減少非金屬夾雜物的產生，控制合金中的氣體含量，提高合金的綜合性能。

本發明技術方案的優點是：

（一）負壓霧化防止鋼液在霧化過程中因溫度降低造成的導液管堵塞，保證了鋼液能夠順暢流到噴嘴處進行霧化；

（二）減少了空心粉末。在負壓作用下，霧化氣體與鋼液的交互作用更強烈，提高鋼液的破碎程度，進一步降低了粉末粒度。由于粉末粒度越小，比表面積越大，加上金屬液表面張力的作用，在負壓環境中，氣體很難裹入到金屬熔滴內，因此減少了空心粉產生；

（三）減小非金屬夾雜物尺寸；由于細粉的中值粒徑進一步降低，因此，非金屬夾雜物的尺寸也進一步減小；