[發明專利]一種中熵高速鋼組織中獲得彌散碳化物的制造方法

有效

• 申請號: 202010798211.X
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111893277B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 張暉;朱佳浩;竇棒;李維火
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C21D1/18;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/52
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 陳慕

本發明提供了一種中熵高速鋼組織中獲得彌散碳化物的制造方法，屬于金屬材料制造領域，制造方法包括以下步驟：先將中熵高速鋼先在1180～1230℃的溫度區間進行淬火處理，然后在480～520℃下進行2～3次回火處理，中熵高速鋼最終熱處理組織為馬氏體基體上彌散分布硬質碳化物，顯微硬度達到820HV以上，能夠解決傳統高速鋼因粗大網狀碳化物引起的后序制造過程中裂紋萌生和脆性斷裂等難加工問題。該中熵高速鋼成分不僅含C、W、Mo等強碳化物形成元素，還需調節合金元素Cr、V、Co、Ni、Al、Cu以及基體元素Fe的添加含量以使合金熵值設定在1.0R～1.2R之間；特別適用于熔鑄、熔煉或噴射成形等方法制備具有高硬度、高韌性等較高綜合性能要求的高速鋼刃具和模具等應用領域。

技術領域

本發明涉及金屬材料制造技術領域，具體涉及一種中熵高速鋼組織中獲得彌散碳化物的制造方法。

背景技術

高速鋼是一種含大量強碳化物形成元素(C、W、Mo)的高硬度、高耐磨高性能工具鋼，其硬質碳化物類型主要包括：MC(2100-2800HV)、M₂C(1800-2250HV)、M₆C(1800-2250HV)和M₇C₃(1890-2060HV)等。其中，MC作為先共晶相可呈顆粒狀彌散分布在馬氏體基體中，其它類型碳化物均為共晶反應產物呈網狀分布在后凝固的枝晶間區域。這類粗大網狀一次碳化物在后續鍛造、熱處理過程難以消除，容易引起應力集中，使得加工過程產生裂紋，嚴重影響高速鋼的壽命。為了獲得彌散分布硬質碳化物(特別是高硬度MC相)，有研究采用熱處理或添加少量合金元素等方法促進網狀亞穩相M₂C高溫分解成彌散MC，分解機制為M₂C+Fe(γ)→M₆C+MC，但效果均不顯著。例如，研究發現添加釩是最有利于促進凝固過程中MC形核、M₂C高溫分解的合金元素，但V含量添加過高會導致凝固組織中形成大量奧氏體，降低了材料硬度，添加不足則碳化物仍呈網狀分布。

通過添加大量合金元素改善高速鋼性能的研究也有報道。中國專利CN104271775A公開了一種幾乎涵蓋元素周期表所有元素的高速工具鋼成分，該鋼種為韌貝氏體組織，但未涉及改善高速鋼中網狀碳化物生長形貌的方法和成分設計方案。中國專利CN107513670A提出了一種添加多組元合金元素以提升高速鋼抗氧化磨損性能的方法，研究發現在常規C-W-Mo系高速鋼中添加一定量Cr、V、Co、Al、Ni、Cu、Ti等元素后，合金仍然具有較高的硬度和馬氏體加碳化物的高速鋼典型組織特征，且Cr、Co、Al等元素的添加可提高多組元高速鋼的抗氧化磨損性能。可見，高速鋼成分已有采用添加少量或大量合金元素改善熱處理組織和熱磨損、抗氧化等特定性能的報道。但是，均未能提出消除凝固組織中網狀一次碳化物，在最終熱處理組織中獲得完全彌散分布碳化物的成分與制造工藝方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種中熵高速鋼組織中獲得彌散碳化物的制造方法。所述中熵高速鋼成分不僅含有傳統高速鋼中常規添加的C、W、Mo等強碳化物形成元素，還需調節Cr、V、Co、Ni、Al、Cu等合金元素以及基體元素Fe的添加含量以使合金熵值設定在1.0R～1.2R之間。所述中熵高速鋼經處理后，組織為馬氏體基體上彌散分布硬質碳化物，顯微硬度達到820HV以上，且具有與傳統高速鋼相比更優異的抗裂紋萌生性能。

為了在最終熱處理組織中獲得彌散分布的硬質碳化物，本發明公開了一種利用中熵效應促進凝固組織中網狀一次碳化物高溫分解獲得彌散碳化物分布的技術手段，分解機制為：M₂C+Fe(γ)→M₆C+MC，中熵效應可極大提高了該反應發生的熱力學驅動力。因此，能夠通過簡單熱處理獲得傳統高速鋼研制難以獲得的完全彌散硬質碳化物分布。借鑒中熵合金其熵值一般設定在1.0R～1.5R之間的已有定義，本發明將所公開的高速鋼定義為中熵高速鋼。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：