[發明專利]一種制備粉末高速鋼的方法

有效

• 申請號: 201611183305.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106735191B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 陳存廣;孫海霞;郭志猛;王雯雯;李沛;郝俊杰
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F3/04
• 分類號: B22F3/04;B22F3/15
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及一種制備粉末高速鋼的方法，屬于高速鋼制造技術領域。通過在粉末高速鋼冷等靜壓預成型坯表面涂掛、熔覆玻璃粉末；或通過玻璃絲材3D打印直接近終成形高速鋼制品的玻璃原型，填充高速鋼粉末后抽真空密封，最后將熔覆玻璃粉的預成型坯和填充高速鋼粉末的玻璃原型制品進行熱等靜壓致密化，使熔融的玻璃粉末或者玻璃原型軟化，對坯體和粉末傳遞壓力，使坯體和粉末實現全致密化。本發明工藝簡單，操作方便，熔覆玻璃粉和玻璃原型取材方便、制作簡單、成本低，適合高性能高速鋼產品的批量生產。

技術領域

本發明屬于高速鋼制造技術領域，特別提供了一種快速高效制備高性能粉末高速鋼的方法。

技術背景

高速鋼是一種高碳、高合金萊氏體鋼，是常用的工模具材料，被廣泛應用于加工制造行業。現代工業和制造業的飛速發展，對高速鋼材料要求性能更好、更穩定，對加工技術也向著材料利用率更高、精度更高的方向發展。由于高速鋼合金元素種類多、含量大，使得合金的共晶點與高速鋼的熔點非常接近，傳統鑄鍛高速鋼碳化物粗大、組織偏析嚴重，為改善組織均勻性，鍛打改性工序多、工藝復雜。為解決鑄鍛高速鋼所面臨的難題，誕生了粉末高速鋼。粉末高速鋼的主要工藝包括壓制燒結和粉末包套熱等靜壓。對于粉末壓制燒結，為達到致密化往往要選用最佳的燒結溫度，由于高速鋼燒結窗口較窄，尺寸較大的制品很容易出現局部溫度過高，一方面，若溫度達到合金熔點則會產生液相，一旦產生液相量較大則很難保證制品原有形狀，破壞了制品的成型性；另一方面，過高的燒結溫度往往導致生成的碳化物粗大，從而導致制品組織不均勻，使得制品性能變差。粉末熱等靜壓高速鋼性能優異，是高性能高速鋼生產的終極手段，但是鋼包套從制作到封焊，周期較長，鋼材成形變形困難，不利于形狀復雜的異形件生產。

本發明就是針對上述問題，解決鋼包套在熱等靜壓制備過程中，包套變形困難、包套制作周期長的難題，提供了一種快速高效制備得到高性能粉末高速鋼的致密化技術。本發明是利用粉末冶金方法，通過將高速鋼粉末制備成預成型坯或裝入3D打印的玻璃原型，熔覆玻璃粉末或真空封裝玻璃原型，最后進行熱等靜壓致密化處理，即可獲得高速鋼近終型產品。

發明內容

本發明主要針對熱等靜壓制備高速鋼過程中，鋼包套的制作變形困難、制作封焊時間較長等問題，采用在高速鋼預成型坯表面熔覆玻璃粉末，或利用3D打印制備玻璃原型填充高速鋼粉末的方法，提供了一種快速、高效制備高性能粉末高速鋼的方法。其具體制備工藝如下：

a、高速鋼預成型坯熔覆玻璃粉及熱等靜壓致密化

(1)預成型坯制備：將高速鋼粉末經冷等靜壓制備預成型坯，冷等靜壓壓力50～200MPa，保溫保壓1～30min；

(2)預成型坯表面熔覆玻璃粉末：將玻璃粉末與粘結劑混合均勻，涂覆于預成型坯表面，涂覆厚度為1～5mm；然后在馬弗爐中加熱，使玻璃粉末呈液態均勻包覆整個坯體，隨爐冷卻至室溫；

(3)熱等靜壓致密化：將熔覆玻璃粉末的預成型坯進行熱等靜壓致密化，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。

b、玻璃原型填充高速鋼粉末及熱等靜壓致密化

(1)玻璃原型制備：通過玻璃絲材3D打印成形具有高速鋼制品輪廓形狀的玻璃原型；

(2)裝粉與真空密封：將高速鋼粉末填充玻璃原型，填充好后進行真空封裝以保證玻璃原型的氣密性，真空度達到10^-3～10^-5Pa；

(3)熱等靜壓致密化：將填充高速鋼粉末的玻璃原型進行熱等靜壓，熱等靜壓溫度為900～1200℃，先升溫，達到玻璃軟化點，再升壓至50～200MPa，保溫保壓0.5～5h。

優選的，所述預成型坯所用高速鋼粉末選用水霧化粉末，其平均粒度為10～60μm；玻璃原型填充高速鋼粉末選用氣霧化粉末，其平均粒度為30～100μm。