[發(fā)明專利]氮化鋁彌散強化粉末冶金鋁高速鋼及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810566304.2
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108642402B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 張乾坤;李蘇望;肖逸鋒;吳靚;錢錦文;羅水金;陳永俊;陳豫章
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/24;C22C38/30;C22C38/36;C22C33/02;C21D6/00;C21D1/18;C22C30/00;C22C1/05;C22C1/10;C22F1/00
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本發(fā)明公開了一種新型氮化鋁彌散強化粉末冶金鋁高速鋼及其制備方法。發(fā)明制備的鋁高速鋼采用新型粉末冶金高速鋼直接制備工藝引入（0.05?5.0）AlN微粉，混合料經(jīng)過濕磨、制粒、冷等靜壓成型、氫氣脫氧、熱壓復合燒結以及真空熱處理等工藝，實現(xiàn)了氮化鋁顆粒的微米級彌散分布，克服了傳統(tǒng)鑄造工藝中易出現(xiàn)萊氏體組織，以及氣霧化?熱等靜壓法難以引入氮化鋁強化相等缺點，具有工藝流程短、生產成本低、雜質含量低、致密度高、且耐磨性、抗氧化以及顯微組織在引入氮化鋁后都得到顯著改善，是一種介于傳統(tǒng)高速鋼和硬質合金與陶瓷材料之間新型工模具材料。

技術領域

本發(fā)明涉及一種粉末冶金高速鋼，即氮化鋁彌散強化型耐氧化粉末冶金鋁高速鋼，以及其制備方法和近凈成形工藝。

技術背景

高速鋼可分為高端的粉末冶金高速鋼和普通鑄鍛高速鋼兩種，前者由于消除了后者所存在的粗大偏析顯微組織，具有細小且均勻分布的碳化物，因而具有各向異性且優(yōu)異的綜合力學性能。但是，我國至今不具備高端粉末冶金高速鋼的生產能力。這主要是由于其生產流程較長、設備投入大、技術門檻高，涉及電渣重熔、氣霧化和熱等靜壓等核心設備與技術。如今，粉末冶金高速鋼已走過三代，雜質含量和合金化方案的優(yōu)化是升級的關鍵點。

鑄鍛鋁高速鋼是我國自主發(fā)明的一種新型高速鋼，但是至今無氮化鋁強化型鋁高速鋼。鋁具有類似鈷元素的作用，即增大碳元素的擴散能力、改善鋼的回火二次硬化、提高馬氏體轉變溫度和提高紅硬性等，如河冶的6W-5Mo-4Cr-2V-Al。再如中國發(fā)明專利CN106086587A、CN 101797630A以及CN 102925820A等鋁硼高速鋼大多采用廢鋼熔煉-鑄造-熱處理生產，原料成本降低的同時卻也降低了材料的綜合性能，僅適用于軋輥等機加工領域，而本發(fā)明中的粉末高速鋼材料具有雜質含量低，短的工藝流程、低的設備投入即可獲得具有更多應用領域的高強高硬工具材料，而且傳統(tǒng)鋁高速鋼的耐磨性已遠不能滿足工模具材料對耐磨性的要求，其解決途徑有三種：第一、增加高速鋼的合金元素含量，如ASP2060粉末冶金高速鋼等；第二，引入硬質點強化，如TiC、AlN等；第三，進一步增加高速鋼的紅硬性和抗氧化性，提高其高溫服役能力。

AlN屬于共價鍵晶體，在標準狀態(tài)條件下，AlN的分解溫度為2708K，有很好的熱穩(wěn)定性，可以認為在標準大氣壓下AlN沒有熔點。且AlN是一種硬度較高且與Fe及其液相難以發(fā)生大量擴散反應而相對穩(wěn)定存在的硬質相，如果引入到高速鋼中，則有望同時提高鋼的耐磨性和抗氧化性，大大優(yōu)化傳統(tǒng)高速鋼的服役能力。傳統(tǒng)粉末冶金高速鋼由于存在真空熔煉-電渣重熔和氣霧化工序，在引入高熔點硬質點或更多合金元素時，所需的較高熔化溫度使現(xiàn)有設備(耐熱件承受溫度一般小于1850℃)難以完全熔化和霧化鋼液。因而，傳統(tǒng)粉末冶金高速鋼難以引入AlN質點進行強化，并且采用高速鋼霧化合金粉末和AlN粉末混合后進行超固相液相燒結時，極易出現(xiàn)合金萊氏體和AlN顆粒的沿晶界鏈狀分布，造成材料的韌性急劇惡化。

結合上述分析，有必要找到一種在高速鋼中均勻引入AlN顆粒的方法。本發(fā)明采用新型粉末冶金高速鋼直接制備工藝(DFT)，有望避免AlN在高速鋼中的鏈狀分布，實現(xiàn)鋁元素和氮對鐵基體的固溶強化，同時提高新型粉末冶金高速鋼的耐磨性和抗氧化性。另外，AlN顆粒的引入也有望抑制奧氏體晶粒的長大和碳化物的溶解析出機制，進而細化組織，擴大高速鋼的熱處理窗口以及降低其熱處理過熱傾向。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種新型氮化鋁彌散強化型耐氧化粉末冶金鋁高速鋼，使其滿足在現(xiàn)代工業(yè)中人們對粉末高速鋼高耐磨性和高抗氧化性的要求，進一步擴大其在工模具領域的應用。

本發(fā)明為制備此新型高速鋼，還提出了一種完全不同于傳統(tǒng)氣霧化-熱等靜壓流程的新型DFT工藝，該工藝具有可近凈成形、流程短、污染小、能耗少、生產成本低的特點，且易引入強化相，無熔煉合金化限制。該工藝由混合料濕磨、制粒、壓制成型、氫氣加壓燒結以及真空熱處理等步驟組成。具體按照以下技術方案實現(xiàn)：