[發(fā)明專利]一種無鈷高速鋼的噴射成型制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210434226.3
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103789640A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 談祁祥
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫市金蕩機械廠
• 主分類號: C22C38/28
• 分類號: C22C38/28;C22C33/00;B22F3/115
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊小雙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無鈷高速鋼的噴射成型制備方法。

背景技術(shù)

高速鋼是一種高合金鋼，熱處理后具有高熱硬性，當(dāng)切削溫度高達600℃以上時，硬度仍無明顯下降，用其制造的刀具切削速度可達每分鐘60米以上，其硬度為63-65HRC。但高速鋼中通常都含有Co元素，由于Co價格昂貴，導(dǎo)致高速鋼價格昂貴。

高速鋼的制造方法有兩種，一為傳統(tǒng)的鋼錠澆鑄，另一種則為利用粉末冶金方法制造。鋼錠澆鑄通常又分為二次精煉(EAF+LF+VD)或電渣重熔(ESR)兩類，上述方法中由于金屬液緩慢冷卻，造成合金的不均勻偏析和合金碳化物的粗大，從而影響到高速鋼的性能。雖然后續(xù)的熱作處理可改變及細化鋼錠的鑄造組織，減低不良影響，但卻無法消除原有的鑄造組織，因而對物理及機械性質(zhì)有負面的影響。為改善傳統(tǒng)高速鋼的質(zhì)量，特別是希望大直徑高速鋼碳化物顆粒尺寸能夠細小且分布均勻，阻止偏析產(chǎn)生，使得橫向及縱向的機械性質(zhì)勻一無差別。1965年，熔爐斯伯公司(Crucible)率先生產(chǎn)出一種組織均勻無方向性的鋼種。發(fā)展至今，粉末冶金制程已成為當(dāng)今制造高性能工具鋼的主要方法。其主要原理是將已調(diào)配好合金成份的高溫熔融鋼液，在流出時加以高壓氮氣霧化，使其快速凝固成均勻的粉末顆料，然后經(jīng)過篩選并充填到已抽真空且密封的圓柱形鋼瓶中，進行熱均壓(HIP)，使鋼瓶內(nèi)的顆粒成為完全密實的材料，再直接經(jīng)由傳統(tǒng)鍛造、輥軋成不同形狀產(chǎn)品，如：圓棒、板材、片材和線材，以供工業(yè)界使用。

由于生產(chǎn)粉末高速鋼具有較高的技術(shù)要求，目前全世界粉末高速鋼的生產(chǎn)廠家并不多，主要集中在美國、歐洲及日本，具有代表性的有美國熔爐斯伯(Crucible)，歐洲(ASSAB、Soderfors、Erasteel、Bohler、DSS、Carpenter)，日本(Hitachi、Dai?do、Nachi、Kobe)。但是，粉末冶金的工序相當(dāng)復(fù)雜，包括：熔煉、霧化、篩分、混批、封裝、冷等靜壓、熱等靜壓、熱鍛或熱軋、接觸封裝、熱處理等過程。這些工序進行過程中，需要熱等靜壓等設(shè)備昂貴的投資以及霧化裝置的尺寸要求比較大，而且粉末冶金材料的收得率比較低，能源利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種無鈷高速鋼的噴射成型制備方法，該高速鋼中不含Co元素，降低了原材料的成本，并且不采用傳統(tǒng)的熔鑄和粉末冶金的方法，既提高了性能，又進一步降低了制造的成本。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種無鈷高速鋼的噴射成型制備方法，該高速鋼的化學(xué)成分以重量百分數(shù)計由下列組份組成：C?1.5-1.7％，Cr?4.4-4.8％，Mo?4.8-5.2％，W?7.0-7.4％，V?3.2-3.6％，Nb?0.6-1.0％，Ti?0.2-0.4％，Si?0.5-0.7％，Mn?0.1-0.3％，N?0.06-0.1％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述的制備方法包括如下步驟：

1）配料工序：按照合金的成分進行配料；

2）熔化工序：將混合好的配料放入霧化沉積設(shè)備熔煉室的真空感應(yīng)爐內(nèi)加熱到高于合金熔點1710-1730℃，保溫10-20分鐘，使感應(yīng)爐內(nèi)高速鋼熔體的成分和溫度達到均勻一致，然后把高速鋼熔體倒入已經(jīng)被加熱的中間包中，中間包的溫度高于高速鋼熔點1700-1720℃；

3）噴射成型：將中間包中的高速鋼熔體通過霧化噴嘴噴射到沉積室內(nèi)，霧化壓力2-3MPa，霧化氣體為純度＞99.9％的N₂氣，霧化的熔滴飛行并沉積在以35-45轉(zhuǎn)/分速度旋轉(zhuǎn)的沉積器上，形成柱狀沉積坯；

4）空冷工序：升高沉積器使沉積坯到霧化嘴的距離為50-100mm，同時保持沉積坯在沉積器上以480-520轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)并保持沉積坯與噴嘴之間的距離不變，當(dāng)坯體表面溫度低于750℃后，停止沉積器旋轉(zhuǎn)，隨爐冷卻，獲得高速鋼坯體；

5）退火工序：將噴射成形制得的高速鋼坯體加熱到900-910℃，保溫10小時以上后緩冷到≤600℃出爐空冷，冷卻速度≤30K/hr；

6）熱鍛工序：將退火好的高速鋼坯加熱溫度到1210-1230℃，始鍛溫度為1160-1180℃，終鍛溫度為910-930℃；

7）淬火回火工序：將熱鍛好的高速鋼加熱到1180-1200℃保溫6-10分鐘后淬火，550-560℃保溫1小時后回火，回火次數(shù)1-4次。

本發(fā)明各種合金元素的作用及配比如下：