[發明專利]利用SPS燒結及變形的二次硬化超高強度鋼的制備方法

有效

• 申請號: 202011318821.1
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112692281B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 張朝暉;李先雨;程興旺;霍國敬;王浩;宋奇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜;楊志兵

本發明涉及一種利用SPS燒結及變形的二次硬化超高強度鋼的制備方法，屬于鋼鐵材料制備技術領域。所述方法如下：將二次硬化超高強度鋼粉末置于合金模具中，在SPS設備中進行放電等離子體高壓低溫預成型，獲得預成型壓坯；然后將預成型壓坯置于石墨模具中，在SPS設備中進行低壓高溫燒結，獲得燒結坯體；最后將燒結坯體置于石墨模具中央，再在SPS設備中進行高溫壓縮變形，獲得二次硬化超高強度鋼坯體；所述方法采用“放電等離子體燒結—放電等離子體變形”制備二次硬化超高強度鋼，操作簡單，能耗低，能直接獲得具有超高強度和良好韌性的二次硬化超高強度鋼，有效避免了后續復雜的熱處理工序。

技術領域

本發明涉及一種利用SPS燒結及變形的二次硬化超高強度鋼的制備方法，所述方法聯合放電等離子體燒結—放電等離子體變形制備二次硬化超高強度鋼，屬于鋼鐵材料制備技術領域。

背景技術

二次硬化超高強度鋼是一類研究和應用前景均比較廣泛的金屬結構材料，由于具有超高強度，高斷裂韌性，高的疲勞強度，并具有高的強度和斷裂韌性匹配，被廣泛應用于航空、航天制造工業和軍事裝備中火箭發動機外殼、戰斗機及艦載機的起落架、防彈裝甲等關鍵構件。典型的二次硬化超高強度鋼有HY180、AF1410、AerMet100和美國最近研發的Ferrium M54鋼。其中，AerMet100和Ferrium M54由于高的強韌性匹配及優異的抗應力腐蝕能力而備受研究者的關注。

目前研究的二次硬化超高強度鋼的制備及性能優化手段多采用傳統的熔煉、鍛軋、熱處理的操作路線。然而，由于二次硬化超高強度鋼的合金化程度高，合金元素成分控制范圍窄，合金潔凈度要求高的特點，至使其熔煉制備技術難度大，制備周期長、能耗高。另外，傳統冶煉方法后期的熱處理制度主要包括高溫奧氏體化，淬火及深冷處理完成馬氏體轉化，高溫回火M₂C型碳化物在馬氏體基體中彌散析出和逆轉奧氏體在板條馬氏體邊界形成等三個方面，熱處理操作繁瑣復雜。

傳統冶煉技術的高難度、以及熱處理過程的復雜性嚴重制約了二次硬化高強鋼的發展和應用。隨著航空航天工業的發展及材料服役環境惡劣程度的加劇，對二次硬化高強鋼的強韌性要求更高，必須要開發性能更加優良的二次硬化高強鋼，這必然要求更高級別的冶煉方法。傳統的冶煉方法已經無法對二次硬化高強鋼的性能進行進一步的提升和改進。因此，探索用簡單、高效的制備方法制備具有優良力學的性能的二次硬化超高強度鋼具有重要的意義。

隨著高新技術的發展，金屬材料的一些新型制備手段逐漸涌現，如3D打印技術、閃燒、震蕩燒結等。放電等離子體燒結技術也是一種最新發展起來的粉末快速固結技術，具有升溫速率快、保溫時間短，能有效實現材料的致密化。據有關報道，放電等離子體燒結制備的材料組織結構細小均勻，致密度高，因此，特別適用于合成高性能金屬材料，難以燒結的材料、陶瓷材料等。目前，放電等離子體燒結(簡稱SPS)方法已經廣泛用于合成陶瓷材料及輕金屬材料及其相關復合材料，并獲得了材料優良的綜合性能。但是，有關利用SPS制備二次硬化超高強度鋼的論文和專利尚未見報道。因此，探索基于放電等離子體燒結制備二次硬化超高強度鋼的新型制備方法具有十分重要的意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種利用SPS燒結及變形的二次硬化超高強度鋼的制備方法，所述方法采用“放電等離子體燒結—放電等離子體變形”制備二次硬化超高強度鋼，操作簡單，能耗低，能直接獲得具有超高強度和良好韌性的二次硬化超高強度鋼，有效避免了后續復雜的熱處理工序。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種利用SPS燒結及變形的二次硬化超高強度鋼的制備方法，所述方法步驟如下：

(1)高壓低溫預成型：將二次硬化超高強度鋼粉末置于內徑為Φ₁硬質合金模具中，在SPS設備中進行放電等離子體高壓低溫預成型。