[發明專利]一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202010017273.2
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111172470B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉如鐵;楊軍浩;熊翔;陳潔;汪琳;廖寧
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/24;C22C33/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹;魏娟

本發明公開了一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼及其制備方法。本發明采用羰基鐵粉與碳化物粉末為原料，經過球磨混合、冷壓成型、熱脫脂及真空燒結等工藝，實現了高性能粉末冶金半高速鋼的制備。所制備的半高速鋼化學成分均勻、晶粒細小、碳化物整體彌散分布，避免了傳統熔鑄法存在的成分偏析與碳化物粗大等問題，顯著提高材料的強度及韌性。本發明具有工藝流程簡單、生產成本低、成分易調控等優點。所提供的半高速鋼與熔鑄法所制備的半高速鋼相比，在同等致密度下，抗彎強度與沖擊韌性明顯提高。

技術領域

本發明屬于粉末冶金高速鋼制造技術領域，具體涉及一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼及其制備方法。

背景技術

半高速鋼是在全高速鋼基礎上通過減少合金元素含量開發而成，相比于全高速鋼，半高速鋼保持了高的基體淬火回火硬度，具有高強度、高韌性、高耐磨性的特點，被廣泛應用于軋輥的輥身與切紙刀片的刀刃，是一種具有良好發展前景的工模具材料。目前熔鑄法是半高速鋼材料常用制備方法。中國專利[CN 105586541 A]公開了“一種半高速鋼的制備方法”，該方法通過電爐熔煉、高溫鍛軋及熱處理等工序，制備了適用于機械刀片的半高速鋼材料。然而，該方法冶煉精度不足，材料雜質含量較高。中國專利[CN 105695873 A]公開了“半高速鋼BD輥及其制造方法”，該方法通過高溫熔煉、澆注成型、機械加工、熱處理及精加工等工序，制備了強度高、耐磨性好、抗熱疲勞能力強的半高速鋼BD軋輥，但所制備軋輥硬度不足，壽命較短。中國專利[CN 109487160 A]公開了“一種新型半高速鋼冷軋中間輥及其制備方法”，通過電爐熔煉、爐外精煉、澆注成型、電渣重熔等工序制備化學純度更高的鋼坯，再經過高溫擴散退火、機械加工、調質處理、精加工等工序得到軋輥輥身，最后通過對輥身進行感應淬火、梯度回火及深冷處理，得到了具有優良抗接觸性能及抗熱沖擊性能的半高速鋼軋輥，然而該方法所制備的輥體表面與心部硬度差別較大，存在較大的熱變形問題。中國專利[CN 105239012 A]公開了“具有高抗事故性能的半高速鋼冷軋工作輥及制造方法”，通過增加Cr、Mo、V等元素含量增加材料的紅硬性，以保證軋輥材料在熱軋過程中的抗回火性，然而高的合金元素含量降低了材料的抗沖擊性。上述情況是由于熔鑄法制備過程中鋼水的不平衡凝固，造成組織結構仍存在一定程度的成分偏析和碳化物粗大等缺陷，嚴重影響了半高速鋼的應用性能。

發明內容

針對現在技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼及其制備方法，該方法以羰基鐵粉與碳化物粉末為原料，經過球磨混合、壓制成型、燒結致密化等步驟制備半高速鋼，由于粉末冶金技術無需熔煉，避免了熔鑄法制備過程中存在的成分偏析與組織惡化問題，而且通過直接添加碳化物粉末，可以確保所提供的半高速鋼具有晶粒細小、碳化物彌散分布的顯微組織，具有優異的強度及韌性。

本發明一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼，按質量百分比計，其原料組成如下：羰基鐵粉83.12～93.48wt.％，碳化鎢(WC)粉0.54～1.62wt.％，碳化鉬(Mo₂C)粉2.13～3.72wt.％，碳化鉻(Cr₂C₃)粉2.37～7.10wt.％，碳化釩(VC)粉1.48～4.44wt.％。

作為優選方案,按質量百分比計，其原料組成如下：羰基鐵粉83.12wt.％～88.04wt.％；碳化鎢粉1.08wt.％～1.62wt.％；碳化鉬粉3.19wt.％～3.72wt.％；碳化鉻粉4.73wt.％～7.10wt.％；碳化釩粉2.96wt.％～4.44wt.％。

本發明一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼，按質量百分比計，其組成如下，Fe84.73～94.02wt.％，W0.5～1.5wt.％，Mo2.0～3.5wt.％，Cr2.0～6.0wt.％，V1.0～3.0wt.％，C0.48～1.27wt.％。

本發明一種高性能粉末冶金壓制燒結型半高速鋼，所述羰基鐵粉的粒度范圍為10～12μm，所述碳化鎢粉、碳化鉬粉、碳化鉻粉、碳化釩粉的粒度范圍均為0.5～2μm。