[發明專利]一種粉末冶金工模具鋼的制備方法

有效

• 申請號: 202010003965.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111014704B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 周雪峰;張偉超;劉凱文;蔣建清;朱小坤
• 申請（專利權）人: 東南大學;天工愛和特鋼有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;B22F3/15;B22F3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明涉及一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，可提高粉末冶金工模具鋼的組織致密度和碳化物彌散度，本發明的制備方法包括主要工藝步驟如下：工模具鋼熔化后，進行充分脫氧和精煉，控制鋼液氣體含量；采用高純氮氣使鋼液在高真空度霧化室內充分霧化；對工模具鋼粉末進行篩分，并將不同粒徑的粉末按照一定比例混合后裝入包套；對包套進行循環“抽真空+充氮氣”除氣處理，循環次數不少于3次；對封焊包套進行快速升溫處理后，進行熱等靜壓；對粉末冶金工模具鋼進行鍛造、軋制等熱加工后，進行碳化物脫溶預處理，而后再進行成品退火。采用本方法生產出的工模具鋼致密度高，碳化物細小、彌散、均勻，產品具有高韌塑性、高硬度和耐磨性。

技術領域

本發明涉及一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，具體涉及一種提高粉末冶金工模具鋼組織致密度和碳化物彌散度的方法。

背景技術

工模具鋼是指高速鋼和模具鋼，具有高硬度、高耐磨性等優點，廣泛應用于制造切削工具、精密模具等。為保證工模具鋼的性能要求，工模具鋼添加大量的碳和合金元素，形成大量的硬質、穩定的合金碳化物。然而，這同時使工模具鋼易產生一次碳化物粗大、分布不均勻、帶狀組織偏析等組織質量問題，導致其硬度、紅硬性和耐磨性下降。

傳統工模具鋼生產工藝為鑄鍛工藝，其流程為：冶煉→澆鑄成電極棒→電渣重熔→高溫開坯→鍛造→軋制→退火。改善組織質量主要依賴高溫開坯、鍛造、軋制及熱處理等熱加工手段，然而該方法只有在鍛壓比很大的情況下對一次碳化物分布和元素偏析的改善效果才明顯，但對一次碳化物尺寸的細化效果不夠理想。鑄鍛工藝生產的工模具鋼組織質量達不到高品質工模具鋼對組織質量的嚴格要求。

粉末冶金工藝通過液滴霧化，獲得極快的冷卻速度，能夠有效抑制元素偏析問題。霧化粉末進一步通過熱等靜壓成型為塊體材料，進而利用熱加工進一步提高材料的致密度。粉末冶金技術能夠解決傳統鑄鍛合金鋼組織質量問題，適合制備高合金含量的特種鋼。與鑄鍛工模具鋼相比，粉末冶金工模具鋼產品組織細小、均勻，產品具有高硬度和紅硬性。

然而，與傳統鑄鍛產品相比，粉末冶金工藝生產的產品組織致密度仍有一定差距，其孔隙率問題直接影響到產品的韌塑性；同時，合金碳化物特別是二次碳化物彌散度不足問題，對產品的硬度和耐磨性產生不利影響。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，可獲得組織致密、碳化物彌散均勻的工模具鋼產品，解決目前粉末冶金產品致密度不足、二次碳化物彌散度欠佳等問題。

技術方案：本發明的一種粉末冶金工模具鋼的制備方法為：所述的工模具鋼熔化后充分脫氧和精煉，控制鋼液氣體含量；采用高純氮氣使鋼液在霧化室內充分霧化，控制氮氣壓力和霧化室壓力；對工模具鋼粉末進行篩分，并將不同粒徑的粉末按照設定比例混合后裝入包套，以最大限度控制孔隙率；對包套循環進行“抽真空+充氮氣”除氣處理，而后進行快速升溫處理，使合金粉末分解；對包套熱等靜壓，控制壓力、溫度及時間，提高致密度；對粉末冶金工模具鋼熱加工后，進行必要的碳化物脫溶預處理，再進行成品退火，提高組織彌散度。

該制備方法具體包括如下步驟：

步驟1)對工模具鋼液充分脫氧和精煉，控制鋼液氧含量；

步驟2)采用高純氮氣使鋼液在霧化室內充分霧化；

步驟3)對工模具鋼粉末進行篩分，并將不同粒徑范圍的合金粉末按照設定比例混合，裝入包套；

步驟4)對包套循環進行“抽真空+充氮氣”除氣處理；

步驟5)將上述包套封焊后，快速升溫處理；

步驟6)對包套進行熱等靜壓，控制溫度、時間及壓力；

步驟7)對熱等靜壓后的粉末冶金工模具鋼熱加工，而后進行碳化物脫溶預處理，為成品退火做好必要的組織準備；

步驟8)對預處理后的粉末冶金工模具鋼進行成品退火。