本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及一种超级合金热作钢及其制备方法。
背景技术：
冶金是一种以金属粉末为原料，混合在一起经熔炼制成各种形状的材料。此材料的本质性优势是，具有高耐冲击率、高强度、提高耐磨损率、耐高温性和抗高腐蚀性。原材料为金属粉末，金属粉末主要是由各种金属原料分解成细小颗粒而混合组成的粉末。由于粉末冶金是从若干种提纯金属的纯粉按不同比例合成，进行配方改良，使之成为一种能够在实践中达到最优化的物理性能要求的产品，以达到材料的耐冲击率、高强度、提高耐磨损率、耐高温性和抗高腐蚀性。
其中，热作钢是粉末冶金中的一种，并且也是制造业中重要的常用材质，占据着非常重要的地位，而我国的热作钢目前可以分为低合金热作钢、中合金热作钢和高合金热作钢，其主要在Fe-C合金中加入不同的合金元素，改变整个钢结构的组织结构，从而改变该钢结构的各种性能。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种超级合金热作钢，其具有良好的耐冲击性、机械强度、抗磨损性、抗腐蚀性及耐高温等优良特性。
本发明还有一个目的是提供一种超级合金热作钢的制备方法，该方法能够显著提高现有热作钢的耐冲击性、机械强度、抗磨损性、抗腐蚀性及耐高温等优良特性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超级合金热作钢，其特征在于，按重量分数计，包括以下组分：
优选的是，按重量分数计，包括以下组分：
优选的是，按重量份数计，所述添加剂包括石墨0.4-0.7份和润滑剂0.8-1.2份，所述润滑剂为质量比为2:1的石蜡和润滑脂的混合物,其中,所述润滑脂包括23％-28％硬脂酸，锶1％-2.5％，2,6-二叔丁基对甲苯酚0.9％-1.1％，余量为烷烃。
一种超级合金热作钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将如上述组分中除添加剂外的各组分分别加工成60-100目的金属颗粒之后进行真空退火处理，备用；
步骤二、将真空退火处理后的所述金属颗粒分别采用80目标准筛网进行过筛分级成粒径＜80目的一级金属颗粒和粒径≥80目的二级金属颗粒；
步骤三、将添加剂按照体积比为3-5:100溶于无水乙醇中制备成乙醇溶液，之后将各组分的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别按照如上述重量份数加入乙醇溶液中进行湿法混合，其中，乙醇溶液与一级金属颗粒或二级金属颗粒的体积比为1-2:2-4；
步骤四、将湿法混合后的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别用200kg真空感应炉冶炼，熔炼温度1650-1800℃，真空度1.0-1.4×10-1Pa，浇注成的一级金属圆棒和二级金属圆棒；
步骤五、用真空感应炉—氩气雾化装置将一级金属圆棒和二级金属圆棒分别重熔，熔液经漏嘴流下，在流下过程中一级金属圆棒的熔液和二级金属圆棒的熔液进行搅拌混合，之后将混合液用高压氩气将其雾化成混合金属粉末，其中，浇注温度为160-1680℃，氩气喷吹压力为1.7～1.75MPa；
步骤六、混合金属粉末在氩气保护下筛分，粒度为160-200目，粉末经静电分离法处理30-40min去除陶瓷夹杂，在3.0×10-3Pa的真空下，加热至320℃并保持5-10min在真空下将粉末装入不锈钢套内采用热等静压技术压铸成所需形状及尺寸。
一个优选方案中，所述步骤三中，将添加剂按照体积比为4:100溶于无水乙醇中制备成乙醇溶液，之后将各组分的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别按照如上述的重量份数加入乙醇溶液中进行湿法混合，其中，乙醇溶液与一级金属颗粒或二级金属颗粒的体积比为1:3。
一个优选方案中，所述步骤四中，熔炼温度为1700℃，真空度1.0×10-1Pa。
一个优选方案中，所述步骤五中，浇注温度为1660℃，氩气喷吹压力为1.7MPa。
一个优选方案中，步骤六中，在真空下将粉末装入不锈钢套中，摇实，焊封，钢套尺寸为装粉质量为78～81kg。
一个优选方案中，HIP的工艺参数为1650-1720℃，135-140MPa，3.2-3.6h。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供的超级合金热作刚，采用了多种金属组分和添加剂按照特定配比制成，制得的产品性能能够达到更好的耐冲击率、提高强度、提高耐磨损率、耐高温性和抗高腐蚀性，明显提高了产品的使用寿命，是同类产品的2倍以上使用寿命。
本发明提供的超级合金热作刚的制备方法中，步骤一和步骤二中对金属颗粒进行分级筛选之后再进行分别混合处理，由于金属颗粒均匀，混合充分，经步骤四的熔炼为后续制备超级合金热作钢提供致密度高的一级合金母料；步骤五中将一级金属圆棒和二级金属圆棒分别重熔后再次以液态状态混合并搅拌均匀之后再进行雾化喷粉处理，以使得金属粉末本身就具备了合金粉末的性质，之后再步骤六再次对合金粉末进行热等静压技术压铸成致密度高、晶格结构稳定的超级合金热作钢。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
本发明提供一种超级合金热作钢，按重量分数计，包括以下组分：
添加剂包括石墨0.7份和润滑剂1.2份，所述润滑剂为质量比为2:1的石蜡和润滑脂的混合物,其中,所述润滑脂包括28％硬脂酸，锶2.5％，2,6-二叔丁基对甲苯酚0.9％，余量为烷烃。
实施例2
本发明提供一种超级合金热作钢，按重量分数计，包括以下组分：
添加剂包括石墨0.5份和润滑剂1.0份，所述润滑剂为质量比为2:1的石蜡和润滑脂的混合物,其中,所述润滑脂包括25％硬脂酸，锶1.5％，2,6-二叔丁基对甲苯酚1.0％，余量为烷烃。
实施例3
本发明提供一种超级合金热作钢，按重量分数计，包括以下组分：
添加剂包括石墨0.4份和润滑剂0.8份，所述润滑剂为质量比为2:1的石蜡和润滑脂的混合物,其中,所述润滑脂包括23％硬脂酸，锶1％，2,6-二叔丁基对甲苯酚1.1％，余量为烷烃。
实施例4
一种超级合金热作钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将如上述组分中除添加剂外的各组分分别加工成60-100目的金属颗粒之后进行真空退火处理，备用；
步骤二、将真空退火处理后的所述金属颗粒分别采用80目标准筛网进行过筛分级成粒径＜80目的一级金属颗粒和粒径≥80目的二级金属颗粒；
步骤三、将添加剂按照体积比为3-5:100溶于无水乙醇中制备成乙醇溶液，之后将各组分的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别按照如上述重量份数加入乙醇溶液中进行湿法混合，其中，乙醇溶液与一级金属颗粒或二级金属颗粒的体积比为1-2:2-4；
步骤四、将湿法混合后的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别用200kg真空感应炉冶炼，熔炼温度1650-1800℃，真空度1.0-1.4×10-1Pa，浇注成的一级金属圆棒和二级金属圆棒；
步骤一和步骤二中对金属颗粒进行分级筛选之后再进行分别混合处理，由于金属颗粒均匀，混合充分，经步骤四的熔炼为后续制备超级合金热作钢提供致密度高的一级合金母料。
步骤五、用真空感应炉—氩气雾化装置将一级金属圆棒和二级金属圆棒分别重熔，熔液经漏嘴流下，在流下过程中一级金属圆棒的熔液和二级金属圆棒的熔液进行搅拌混合，之后将混合液用高压氩气将其雾化成混合金属粉末，其中，浇注温度为160-1680℃，氩气喷吹压力为1.7～1.75MPa；步骤六、混合金属粉末在氩气保护下筛分，粒度为160-200目，粉末经静电分离法处理30-40min去除陶瓷夹杂，在3.0×10-3Pa的真空下，加热至320℃并保持5-10min在真空下将粉末装入不锈钢套内采用热等静压技术压铸成所需形状及尺寸。
步骤五中将一级金属圆棒和二级金属圆棒分别重熔后再次以液态状态混合并搅拌均匀之后再进行雾化喷粉处理，以使得金属粉末本身就具备了合金粉末的性质，之后再步骤六再次对合金粉末进行热等静压技术压铸成致密度高、晶格结构稳定的超级合金热作钢。
在其中一个优选方案中，所述步骤三中，将添加剂按照体积比为4:100溶于无水乙醇中制备成乙醇溶液，之后将各组分的一级金属颗粒和二级金属颗粒分别按照如上述的重量份数加入乙醇溶液中进行湿法混合，其中，乙醇溶液与一级金属颗粒或二级金属颗粒的体积比为1:3。
在其中一个优选方案中，所述步骤四中，熔炼温度为1700℃，真空度1.0×10-1Pa。
在其中一个优选方案中，所述步骤五中，浇注温度为1660℃，氩气喷吹压力为1.7MPa。
在其中一个优选方案中，步骤六中，在真空下将粉末装入不锈钢套中，摇实，焊封，钢套尺寸为装粉质量为78～81kg。
在其中一个优选方案中，HIP的工艺参数为1650-1720℃，135-140MPa，3.2-3.6h。
应用实施例4中公开的方法结合实施例1-3中组分进行超级合金热作刚的制备，并对超级合金热作钢的性能进行检测，结果如下表1：
表1
综上所述，本发明提供的超级合金热作钢具有良好的耐冲击性、机械强度、抗磨损性、抗腐蚀性及耐高温等优良特性。
其中，主要成分为铁组分，与其相辅相成的为碳组分，Fe-C合金作为整个热作钢的主要组分，构成整个结构的基本形态，在其内加入各个合金组分，用以改善整个钢结构的各种性能；
钛和钒是热作钢中优良的脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善其焊接性能；
锆在热作钢重熔时可以减缓应力和降低晶格畸变，与其他金属元素反应，生成固体溶液化合物，提高热作钢可塑性、耐冲击性和抗腐蚀性能；
铜在热作钢中可以提高其强度和韧性，特别是大气腐蚀性能；
钼可以使热作钢的晶粒细化，提高淬透性和热强度；
硅和铬有助于提高在高温回火过程中析出特殊碳化物的弥散度，可以提高热作钢的回火性能，提高其临界点，改善热作钢的抗氧化性和耐腐蚀性；
镍可以提高热作钢的强度，而又能保持良好的塑性和韧性，在高温下有防锈和耐热能力，但其为稀缺元素，成本较高；
添加剂主要用于提高各组分的相溶性以及降低各组分的金属颗粒之间的磨损，保持金属颗粒的粒径均匀一致，保证热作刚的晶格结构不受影响，热等静压后的钢结构更致密，具有良好的耐冲击性、机械强度、抗磨损性、抗腐蚀性及耐高温等优良特性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。