[發明專利]一種制備粉末高速鋼件的方法

無效

• 申請號: 201310072602.3
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103131930A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 周瑞;孫桂芳;馮愛新;步小平;任旭東;張滿奎
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;C21D1/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種制備粉末高速鋼件的方法。

背景技術

應用于機床與工具制造行業的高速鋼，采用粉末燒結工藝生產，其工藝簡單易行，相對于傳統的鑄鍛加切削加工工藝，材料利用率有很大的提高，可由40-50%提高到95%以上。目前采用原始M3:2高速鋼（基本組成0.95－1.05wt％C，0.2－0.4wt％Si，3.75－4.5wt％Cr，4.75－6.5wt％Mo，5.5－6.75wt％W，2.75－3.25wt％V，其余為Fe。）粉末燒結制備高速鋼件所需的燒結溫度范圍窄（10℃），燒結溫度高，爐溫控制困難。對燒結爐的控制設備要求較高，難度大，導致制備粉末燒結高速鋼的成本上升。目前提供的降低高速鋼燒結致密化的溫度，擴大燒結的溫度范圍的方法存在降低力學性能的問題。采用添加碳元素的方法可使燒結溫度降低到1230℃，溫度范圍擴大到20℃，但組織的MC型碳化物長大，導致力學性能降低，其彎曲強度由1500～2000MPa降低到1300MPa以下。采用添加磷元素的方法可使燒結溫度降低到1170℃，但由于無法熱處理，所能獲得的硬度和彎曲強度均出現明顯下降。

發明內容

本發明是為了解決目前粉末M3:2高速鋼件，燒結工藝中燒結溫度范圍擴大的同時，力學性能下降的問題而提供的一種制備粉末高速鋼件的方法。本發明提供的一種制備粉末高速鋼件的方法實現了在擴大燒結溫度的同時，保持了粉末高速鋼間的良好力學性能。本發明采用碳和硅元素聯合添加的方法，利用硅元素促進液相形成及高溫時置換高速鋼合金元素的兩種作用，通過適當添加硅粉，實現了在低燒結溫度完成致密化的同時，熱處理后的硬度和彎曲強度提高。

本發明制備粉末高速鋼件按如下步驟進行：將母合金粉末和添加劑粉末置于行星式混料機中在60轉/分的轉速下混合2小時，然后混合粉末采用模壓成型，之后預成型件在1230℃燒結1小時，再經回火熱處理后，即得到燒結高速鋼件；其中母合金為質量合格的M3:2高速鋼粉末；添加劑為碳粉，硅粉和硬脂酸鋅粉末，其用量相對母合金總量分別為：碳粉0.45～0.55wt%，硅粉0.4～0.7wt%，硬脂酸鋅0.7～0.8wt%。其中碳粉粒度在300目以下,純度為質量分數≥99.03%；硅粉粒度在500目以下，純度為質量分數≥99.91%。

預成型件在1230℃燒結后，可直接置于箱式回火爐中回火，回火時間為1小時，回火次數3次，回火冷卻方式為空冷，回火溫度選擇為550℃。冷卻時可以0.04MPa的壓力充入氮氣加速冷卻。

預成型件在1230℃燒結后，也可以先經淬火再回火熱處理。

進一步地，預成型件在1230℃真空燒結1小時所采用的設備為真空熱處理爐，真空燒結工藝分四個階段：①預成型件置于熱處理爐后，抽真空使真空度低于0.01Pa后，以較快的升溫速率（平均10℃/min）升溫至1100℃；②在1100℃保溫30分鐘；③升溫至固相線以上的燒結溫度并保溫1小時（真空熱處理爐在燒結溫度下的允許的溫度變化在±10℃之內）；④隨爐冷卻至室溫。

所述的淬火加回火熱處理工藝可以為：淬火預熱溫度為450℃和850℃；淬火加熱溫度為1200℃，保溫時間30分鐘；回火溫度為550℃，回火次數三次，回火溫度持續時間1小時，冷卻方式為空冷；淬火預熱，加熱及回火均采用箱式熱處理爐。

本發明具有以下優點：

1、工藝易于控制：添加碳粉和硅粉的高速鋼的燒結溫度范圍由10℃提高到20℃；同時最佳燒結溫度由1275℃降低到1230℃；

2、制備過程保持了高速鋼優異的性能：具有高硬度（64～66HRC）、高強度（1500～2000MPa）、良好的耐磨性，彎曲強度明顯提高，由1.2～1.3GPa提高到1.5～1.6GPa；

綜上所述，本發明是通過傳統的真空熱處理設備來制備粉末燒結高速鋼件的，制備過程簡單，而適量碳粉和硅粉的混合添加又使高速鋼的燒結溫度范圍擴大，燒結溫度降低，工藝易于控制；同時，制備出的燒結高速鋼件的性能完全可滿足目前耐磨結構件對燒結高速鋼件要求。因而與未加入硅粉燒結制備的高速鋼件相比，本發明方法可在較低的燒結溫度，以易于控制的工藝制備出具有優異綜合性能的燒結高速鋼產品。

附圖說明

圖1為水霧化高速鋼粉末燒結工藝曲線；

圖2為燒結態高速鋼的物相XRD分析；

圖3為燒結高速鋼組織的掃描電鏡二次電子形貌；

圖4為硅添加量對硬度和抗彎強度的影響。

具體實施方式