[發明專利]一種粉末冶金高速鋼的制備方法

在審

• 申請號: 202211069289.3
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115533101A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 周雪峰;孫馳馳;肖禹;方峰;蔣建清;吳鎖軍
• 申請（專利權）人: 東南大學;天工愛和特鋼有限公司
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;B22F3/24;C21D1/26;C21D1/32;C21D1/42;C21D1/18;C21D8/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種粉末冶金高速鋼的制備方法。該方法為將不同粒徑范圍的高速鋼粉末按粒徑由大到小、由外到內排布于由多個包套相互套購而成的復合包套內，而后對包套進行除氣處理和熱等靜壓致密化；先在較低溫度下進行快速內層球化退火，再在較高溫度下表層感應退火；對退火鋼錠進行非連續漸進式徑向鍛造，而后進行感應分級淬火。采用本方法，可使粉末冶金高速鋼材獲得晶粒尺寸和碳化物尺寸雙梯度的組織結構。

技術領域

本發明涉及一種高速鋼的制備方法，尤其涉及一種粉末冶金高速鋼的制備方法。

背景技術

高速鋼具有高硬度、良好紅硬性、高耐磨性等優點，廣泛應用于制造高速切削刀具等。為保證性能要求，高速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。傳統高速鋼生產工藝為鑄鍛工藝：冶煉→澆鑄成電極棒→電渣重熔→高溫開坯→鍛造→軋制→退火。該工藝生產的高速鋼容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，無法滿足高端精密刀具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高速鋼組織質量問題，適合制備高端精密刀具。

然而，切削刀具實際服役過程中，對材料不同位置力學性能的要求有較大差異：對于刀具表面，其和被加工件有劇烈摩擦，要求較高的硬度和耐磨性；對于刀具內部，對耐磨性要求不高，但要求有更好的抗沖擊性能。顯然，上述組織均勻的粉末冶金高速鋼無法實現刀具表面和內部的梯度性能要求。

專利CN111014704A公開了一種粉末冶金工模具鋼的制備方法，將不同粒徑的粉末按照一定比例混合后裝入包套，通過控制不同粒徑粉末的混合比例，有效降低孔隙率。然而其無法實現晶粒尺寸和碳化物尺寸雙梯度的組織結構。

專利CN113714497A公開了一種梯度粉末冶金高速鋼制備方法，雖然其實現了芯部與表面具有不同的硬度、韌性、耐磨性，提高了組織界面對各部分材料的匹配性，然而該專利需要預先制備出化學成分和性能不同的粉末，并且需要通過特定的裝置將不同化學成分和性能的粉末輸送到容器內進行燒結。此外，雖然該裝置能實現左右內芯梯度粉末、外芯梯度粉末的精確輸送，及上下內芯梯度粉末、外芯梯度粉末的精確輸送，從而壓制成型。然而，其無法實現晶粒尺寸和碳化物尺寸雙梯度的組織結構。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種晶粒尺寸和碳化物尺寸呈雙梯度分布特征的粉末冶金高速鋼的制備方法。

技術方案：本發明所述的粉末冶金高速鋼的制備方法，包括以下步驟：

(1)將高速鋼粉末按粒徑由大到小的順序，由外到內排布于由相互嵌套的包套組成的復合包套內；

(2)移除內層包套，對外層包套除氣，進行熱等靜壓，獲得具有梯度粉末粒徑的鋼錠；

(3)對鋼錠先進行內層球化退火，然后進行表層感應退火，獲得碳化物尺寸由表層到內層逐漸減小具有梯度結構的退火鋼錠；

(4)對退火鋼錠進行非連續漸進式徑向鍛造，并進行分級淬火，獲得晶粒尺寸由表面到內部逐漸增大具有梯度結構的高速鋼。

其中，步驟(1)中，將高速鋼粉末篩分為不同粒徑的粉末；所述篩分獲得的高速鋼粉末粒徑范圍由大到小分別為：275μm以上、225～275μm、200～250μm、175～225μm、150～200μm、125～175μm、75～125μm、100μm以下。

其中，步驟(1)中，相鄰包套的直徑差為50～150mm。

其中，步驟(2)中，所述外層包套為最外層包套；所述熱等靜壓的溫度為1000～1100℃，壓力為80～120MPa，時間為2～6h。