粉末冶金高速钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种粉末冶金高速钢及其制备方法。该方法比现有粉末冶金高速钢制备方法简单，省去了高速钢母合金熔炼、雾化制粉、热等静压，不需要昂贵的设备投资，降低了粉末冶金高速钢的生产成本。采用本发明的方法所制备的粉末冶金高速钢的杂质含量低，使用性能优异。本发明的粉末冶金高速钢由以下方法制备得到：1）制备粉末混合物：按照设定组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中进行混合球磨，制备得到粉末混合物；2）成型：通过冷等静压成型将上述粉末混合物制成压坯；3）烧结：采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至1100－1250℃并保温30－90分钟，烧结压力为10－40Mpa；4）热锻；5）热处理。
【专利说明】粉末冶金高速钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种粉末冶金高速钢及其制备方法，尤其涉及一种超高合金化粉末冶金高速钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高速钢是制作工模具的主要材料。传统冶金铸造高速钢是莱氏体钢，钢锭在凝固时形成莱氏共晶体，莱氏共晶体的存在导致钢中有大块的、较多的共晶碳化物，经过轧制或压延后这些共晶碳化物仍呈不均匀分布。随着合金含量的增加和钢材截面积增大，高速钢中碳化物偏析加重，这造成了高速钢强度的下降，难以使高速钢具有好的使用性能。为了解决这一问题，产生了 “粉末冶金高速钢”。粉末冶金高速钢的优异性体现在无论尺寸大小和形状如何，均具有碳化物颗粒细小、夹杂物含量少、分布均匀的显微组织特点，使高速钢的抗弯强度、硬度和切削性能得到显著提高。但目前粉末冶金高速钢的工艺相当复杂，包括了熔炼、雾化制粉、封装、热等静压等工艺步骤，其中需要昂贵的熔炼雾化设备和热等静压设备，并且在材料熔炼制备过程中，材料的杂质含量控制难度高，因此粉末冶金高速钢的价格非常昂贵。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种粉末冶金高速钢及其制备方法。该方法比现有粉末冶金高速钢制备方法简单，省去了高速钢母合金熔炼、雾化制粉、热等静压，不需要昂贵的设备投资，降低了粉末冶金高速钢的生产成本。采用本发明的方法所制备的粉末冶金高速钢的杂质含量低，使用性能优异。
[0004]本发明的粉末冶金高速 钢，由以下方法制备得到，该方法包括的步骤为:
[0005]I)制备粉末混合物
[0006]原料的组份及配比(重量百分比)
[0007]
羰基铁粉:60—75%
钴粉:5 —15%
选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物: 15 — 30%
TiN:0-5%
[0008]按照上述组份及配比 称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(8 - 10):1,20 - 40转/分钟的速度，进行70 - 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物；
[0009]2)成型
[0010]通过冷等静压成型将上述 粉末混合物制成压坯，冷等静压压力为150 - 350MPa,保压时间为I 一 10分钟；
[0011]3)烧结[0012]采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至1100 - 1250°C并保温30 — 90分钟，烧结压力为10 — 40Mpa，冷却后即获得高速钢坯体；
[0013]4)热锻
[0014]在锻压机上对上述高速钢坯体进行锻打，高速钢坯体加热温度在1050 - 1150°C,加热保温时间为20 - 40分钟，开坯压力为130 - 170MPa，精整压力为30 — 50MPa ；
[0015]5)热处理
[0016]淬火:将高速钢坯体在盐浴炉中加热至淬火温度1150 - 1240°C，然后油冷至室温;
[0017]回火:淬火后将高速钢坯体放置在温度550 - 600°C的马弗炉中进行回火处理，回火时间为0.5 — 1.5小时，回火次数为2 — 5次，即得到所述粉末冶金高速钢。
[0018]其中，所述选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物优选为WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、TaC、TiC、Cr3C2 中的一种或几种。
[0019]其中，在制备粉末混合物时，原料中羰基铁粉的重量百分含量可以是65%、70%或72% ;金属碳化物的重量百分含量可以是19%、20%和24% ;钴粉的重量百分含量可以是8%或10% ；TiN的重量百分含量可以是1%、2%或3%。
[0020]本发明的粉末冶金高速钢的制备方法，包括的步骤为:
[0021 ] I)制备粉末混合物
[0022]原料的组份及配比(重量百分比)
[0023]
羰基铁粉:60 — 75%
钴粉:5 —15%
选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物: 15 — 30%
TiN:0-5%
[0024]按照上述组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(8 - 10):1,20 一 40转/分钟的速度，进行70 - 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物；
[0025]2)成型
[0026]通过冷等静压成型将上述粉末混合物制成压坯，冷等静压压力为150 - 350MPa,保压时间为I 一 10分钟；
[0027]3)烧结
[0028]采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至1100 - 1250°C并保温30 — 90分钟，烧结压力为10 — 40Mpa，冷却后即获得高速钢坯体；
[0029] 4)热锻
[0030]在锻压机上对上述高速钢坯体进行锻打，高速钢坯体加热温度在1050 - 1150°C,加热保温时间为20 - 40分钟，开坯压力为130 - 170MPa，精整压力为30 — 50MPa ；
[0031]5)热处理
[0032]淬火:将高速钢坯体在盐浴炉中加热至淬火温度1150 - 1240°C，然后油冷至室温;
[0033]回火:淬火后将高速钢坯体放置在温度550 - 600°C的马弗炉中进行回火处理，回火时间为0.5 — 1.5小时，回火次数为2 — 5次，即得到所述粉末冶金高速钢。
[0034]其中，所述选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物优选为WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、TaC、TiC、Cr3C2 中的一种或几种。
[0035]其中，在制备粉末混合物时，原料中羰基铁粉的重量百分含量可以是65%、70%或72% ;金属碳化物的重量百分含量可以是19%、20%和24% ;钴粉的重量百分含量可以是8%或10% ；TiN的重量百分含量可以是1%、2%或3%。
[0036]与现有技术相比，本发明具有如下突出优点:
[0037]1、本发明首次采用球磨工艺、冷等静压和热压烧结技术相结合的方法来制备高性能的粉末冶金高速钢，整体制备工艺过程比现有粉末冶金高速钢制备工艺简单，省略了高速钢母合金熔炼、雾化制粉、热等静压，且采用本发明的工艺过程制备粉末冶金高速钢的杂质含量低，工艺简单，实用性好，因此具有良好的工业化生产前景。
[0038]2、通过热压烧结中温度、时间、压力的具体技术手段，使原料中的金属碳化物、氮化物与铁、钴发生反应。一方面通过金属碳化物中游离碳与铁粉、钴粉颗粒界面的氧进行碳氧反应净化了金属碳化物与铁粉、钴粉颗粒界面，提高两者的界面结合强度；另一方面，通过高温固相扩散，金属碳化物、氮化物实现了颗粒的弥散分布和成分的均匀化。
[0039]3、原料中的金属碳化物、氮化物颗粒最终以弥散相质点的方式存在于粉末冶金高速钢中，在提高粉末冶金高速钢硬度的同时，金属碳化物、氮化物又对错位起钉扎作用，增大了位错运动的阻碍，起到了弥散增强的作用，可提高粉末高速钢的强度和韧性。
[0040]4、本发明的粉末冶金高速钢制备方法可以通过调节原料中金属碳化物、氮化物的组分、粒度等实现对粉末冶金高速钢硬度、抗弯强度的调整，达到优异的综合力学性能。与传统粉末冶金高速钢制备工艺相比，本发明对粉末冶金高速钢的硬质相组成与含量调节极为方便，有利于机械制造业的广泛使用。
【具体实施方式】
[0041]下面通过试验对粉末冶金高速钢的制备方法和由这些方法得到的粉末冶金高速钢进行具体说明。通过这些说明，本领域技术人员能够清楚认识到本发明的粉末冶金高速钢制备方法所具有的突出特点。
[0042]一、粉末冶金高速钢的制备
[0043]1.1、基本的工艺步骤
[0044]1)制备粉末混合物
[0045]按设定的组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(8 - 10):1,20 - 40转/分钟的速度，进行70 - 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物；
[0046]2)成型
[0047]通过冷等静压成型将粉末混合物制成压坯，冷等静压压力为150MPa — 350MPa,保压时间为I 一 10分钟；
[0048]3)烧结
[0049]采用热压烧结技术对上述压坯进行惰性气氛(具体为氩气)下烧结，烧结时将压坯加热至1100 - 1250°C并保温30 — 90分钟，烧结压力为10 — 40Mpa，冷却后即获得高速钢坯体；[0050]4)热锻
[0051]在锻压机上对上述高速钢坯体进行锻打，高速钢坯体加热温度在1050 - 1150°C,加热保温时间为20 - 40分钟，开坯压力为130 - 170MPa，精整压力为30 — 50MPa ；
[0052]5)热处理
[0053]淬火:将高速钢坯体在盐浴炉中加热至淬火温度1150 - 1240°C，然后油冷至室温;
[0054]回火:淬火后将高速钢坯体放置在温度550 - 600°C的马弗炉中进行回火处理，回火时间为0.5 — 1.5小时，回火次数为2 — 5次，即得到所述高性能粉末冶金高速钢。
[0055]1.2、下面以10组具体试验加以说明
[0056]10组试验的原料组份及配比见表1所示。表1中“ X ”表示无此组份。
[0057]表1:原料的组份及配比(重量百分比)
[0058]
【权利要求】
1.粉末冶金高速钢，由以下方法制备得到，该方法包括的步骤为: O制备粉末混合物 原料的组份及配比(重量百分比)羰基铁粉:60 — 75%钴粉:5 — 15%选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物: 15 — 30%TiN:0-5% 按照上述组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(8 — 10):1，20 — 40转/分钟的速度，进行70 - 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物； 2)成型 通过冷等静压成型将上述粉末混合物制成压坯，冷等静压压力为150 - 350MPa，保压时间为I 一 10分钟； 3)烧结 采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至1100 - 1250°C并保温30 — 90分钟，烧结压力为10 — 40Mpa，冷却后即获得高速钢坯体； 4)热锻` 在锻压机上对上述高速钢坯体进行锻打，高速钢坯体加热温度在1050 - 1150°C，加热保温时间为20 - 40分钟，开坯压力为130 - 170MPa，精整压力为30 — 50MPa ； 5)热处理 淬火:将高速钢坯体在盐浴炉中加热至淬火温度1150 - 1240°C，然后油冷至室温；回火:淬火后将高速钢坯体放置在温度550 - 600°C的马弗炉中进行回火处理，回火时间为0.5 — 1.5小时，回火次数为2 — 5次，即得到所述粉末冶金高速钢。
2.如权利要求1所述的粉末冶金高速钢，其特征在于:所述选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物为WC、TaC, NbC, Mo2C, VC、TaC, TiC, Cr3C2中的一种或几种。
3.粉末冶金高速钢的制备方法,包括的步骤为: O制备粉末混合物 原料的组份及配比(重量百分比)羰基铁粉:60 — 75%钴粉:5 — 15%选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物: 15—30%Τ?Ν:0-5% 按照上述组份及配比称取原料，在滚筒式球磨机中以球料比(8 — 10):1，20 — 40转/分钟的速度，进行70 - 90小时的混合球磨，制备得到粉末混合物； 2)成型 通过冷等静压成型将上述粉末混合物制成压坯，冷等静压压力为150 - 350MPa，保压时间为I 一 10分钟； 3)烧结采用热压烧结技术对上述压坯进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压坯加热至`1100 - 1250°C并保温30 — 90分钟，烧结压力为10 — 40Mpa，冷却后即获得高速钢坯体； 4)热锻 在锻压机上对上述高速钢坯体进行锻打，高速钢坯体加热温度在1050 - 1150°C，加热保温时间为20 - 40分钟，开坯压力为130 - 170MPa，精整压力为30 — 50MPa ； 5)热处理 淬火:将高速钢坯体在盐浴炉中加热至淬火温度1150 - 1240°C，然后油冷至室温；回火:淬火后将高速钢坯体放置在温度550 - 600°C的马弗炉中进行回火处理，回火时间为0.5 — 1.5小时，回火次数为2 — 5次，即得到所述粉末冶金高速钢。
4.如权利要求3所述的粉末冶金高速钢的制备方法，其特征在于:所述选自元素周期表第4族、第5组和第6族金属的碳化物为WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、TaC、TiC、Cr3C2中的一种或几种。``
【文档编号】C22C38/00GK103667873SQ201310744443
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈豫章, 李颖 申请人:长沙市萨普新材料有限公司