CN109550934B - 一种高强度粉末高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速钢制备技术领域，解决了高速钢在烧结过程中烧结温度过高导致碳化物粗化的问题，公开了一种高强度粉末高速钢的制备方法。该制备方法为（1）获取高速钢粉末，进行退火处理；（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；（3）将压胚置于放电等离子设备中，在真空条件下以10‑20℃/min的升温速度升至800‑850℃，保温烧结10‑15min，冷却后得到胚体；（4）对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢。本发明利用放电等离子体技术对压胚进行烧结，降低了烧结温度和烧结时间，避免出现碳化物粗化，得到铲平组织细小均匀，从而提高高速钢硬度。
Description
技术领域
本发明涉及高速钢制备技术领域，尤其是涉及一种高强度粉末高速钢的制备方法。
背景技术
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，这造成高速钢强度的下降，难以使高速钢具有较好的使用性能。为解决这一问题产生了粉末冶金高速钢，粉末冶金高速钢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、硬度和切割性能得到显著提高。中国专利公开号CN103667873公开了一种粉末冶金高速钢及其制备方法，该制备方法为：1)制备粉末混合物：按照设定组分及配比称取原料，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压胚；3)烧结：采用热压烧结技术对上述压胚进行真空或惰性气氛下烧结，烧结时将压胚加热至1100-1250℃并保温30-90min，烧结压力为10-40MPa；4)热煅；5)热处理。此制备方法在烧结过程中采用了较高的烧结温度，使碳化物粗化，导致其硬度降低，影响高速钢的使用性能。
发明内容
本发明是为了克服现有技术高速钢在烧结过程中烧结温度过高导致碳化物粗化的问题，提供一种高强度粉末高速钢的制备方法，该高速钢制备过程中采用低温烧结，避免出现碳化物粗化，得到铲平组织细小均匀，从而提高其硬度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在850-980℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为2-4h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为10-20pa下以10-20℃/min的升温速度升至800-850℃，保温烧结10-15min，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢。
本发明先在对粉末高速钢进行退火处理，退火处理后的高速钢粉末容易加工成型，增加高速钢的可塑性；然后通过冷等静压的方法将高速钢粉末压制成胚，在放电等离子体中进行烧结，本发明利用放电等离子体技术对压胚进行烧结，降低了烧结温度和烧结时间，避免出现碳化物粗化，得到铲平组织细小均匀，从而提高高速钢硬度。
作为优选，所述步骤(1)中高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入中空炉或电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末。
作为优选，所述高速钢粉末粒度为20-30微米。
作为优选，所述步骤(2)中冷等静压力为400-420MPa，保压时间为15-25min。
作为优选，所述步骤(3)中烧结压力为30-45MPa。
作为优选，所述步骤(4)中胚体锻造过程中加热温度为1200-1300℃，加热时间为45-60min，开胚压力为100-120MPa，精整压力为40-60MPa。
作为优选，所述步骤(4)中淬火温度为1250-1300℃，回火温度为450-550℃。
因此，本发明具有如下有益效果：先在对粉末高速钢进行退火处理，退火处理后的高速钢粉末容易加工成型，增加高速钢的可塑性；然后通过冷等静压的方法将高速钢粉末压制成胚，在放电等离子体中进行烧结，本发明利用放电等离子体技术对压胚进行烧结，降低了烧结温度和烧结时间，避免出现碳化物粗化，得到铲平组织细小均匀，从而提高高速钢硬度。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料，高速钢原料中各元素按质量百分包括：W 1.8％，Mo 4％，Cr 4.8％，V 1％，Co1.2％，C 1.15％，Si0.3％，Mn 0.2％，S 0.03％，P 0.2％，Cu 0.08％，Ni 0.1％，余量为Fe；将原料送入中空炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末，高速钢粉末粒度为25微米。
一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在900℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚，冷等静压力为410MPa，保压时间为20min；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为10pa下以15℃/min的升温速度升至820℃，保温烧结13min，烧结压力为40MPa，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1250℃，加热时间为50min，开胚压力为110MPa，精整压力为50MPa；然后经过淬火、回火，淬火温度为1280℃，回火温度为500℃，得到粉末高速钢。
实施例2
高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料，高速钢原料中各元素按质量百分包括：W 1.7％，Mo 3.4％，Cr 4.6％，V 0.9％，Co 0.6％，C 1.12％，Si 0.25％，Mn 0.15％，S 0.01％，P 0.1％，Cu 0.05％，Ni 0.1％，余量为Fe；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末，高速钢粉末粒度为22微米。
一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在860℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为2.5h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚，冷等静压力为400MPa，保压时间为16min；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为20pa下以12℃/min的升温速度升至810℃，保温烧结12min，烧结压力为35MPa，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1220℃，加热时间为45min，开胚压力为105MPa，精整压力为45MPa；然后经过淬火、回火，淬火温度为1260℃，回火温度为470℃，得到粉末高速钢。
实施例3
高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料，高速钢原料中各元素按质量百分包括：W 1.8％，Mo 4.5％，Cr 4.8％，V 1.1％，Co 1.8％，C 1.16％，Si 0.35％，Mn 0.3％，S 0.04％，P 0.25％，Cu 0.12％，Ni 0.15％，余量为Fe；将原料送入中空炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末，高速钢粉末粒度为28微米。
一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在960℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3.5h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚，冷等静压力为410MPa，保压时间为25min；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为10pa下以18℃/min的升温速度升至840℃，保温烧结14min，烧结压力为40MPa，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1280℃，加热时间为55min，开胚压力为120MPa，精整压力为55MPa；然后经过淬火、回火，淬火温度为1280℃，回火温度为530℃，得到粉末高速钢。
实施例4
高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料，高速钢原料中各元素按质量百分包括：W 2.0％，Mo 5.0％，Cr 5.0％，V 1.20％，Co2.0％，C 1.18％，Si 0.38％，Mn 0.35％，S 0.05％，P 0.30％，Cu 0.15％，Ni 0.20％，余量为Fe；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末，高速钢粉末粒度为30微米。
一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在980℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为4h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚，冷等静压力为420MPa，保压时间为25min；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为20pa下以20℃/min的升温速度升至850℃，保温烧结15min，烧结压力为45MPa，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1300℃，加热时间为60min，开胚压力为120MPa，精整压力为60MPa；然后经过淬火、回火，淬火温度为1300℃，回火温度为550℃，得到粉末高速钢。
实施例5
高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料，高速钢原料中各元素按质量百分包括：W 1.5％，Mo 3.25％，Cr 4.5％，V 0.85％，Co 0.5％，C1.10％，Si 0.22％，Mn 0.10％，余量为Fe；将原料送入中空炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末，高速钢粉末粒度为20微米。
一种高强度粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取高速钢粉末，在850℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为2h；
(2)将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚，冷等静压力为400MPa，保压时间为15min；
(3)将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为10pa下以10℃/min的升温速度升至800℃，保温烧结10min，烧结压力为30MPa，冷却后得到胚体；
(4)对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1200℃，加热时间为45min，开胚压力为100MPa，精整压力为40MPa；然后经过淬火、回火，淬火温度为1250℃，回火温度为450℃，得到粉末高速钢。
统方法中为了保证高速钢的强度和硬度满足标准，将W含量提升到5％左右，将Co含量提升到7％以获得较高硬度和强度的高速钢，W和Co含量过高虽然能够提高高速钢的硬度和强度，但是会使高速钢的韧性下降，从而使高速钢容易发生开裂；本发明为解决此问题，降低高速钢中W和Co的含量，严格控制W含量为1.5-2.0％，Co含量为0.5-2.0％，从而提高高速钢的韧性，高速钢韧性提高从而提高高速钢的抗开裂性能，本发明为在提高韧性的条件下保持刚塑钢的韧性加入V元素，V元素能够起到细化晶粒的作用，从而可以得到充分固溶组织，保持高速钢的强度和硬度。
对比例1
对比例1为市场上购买的普通高速钢。
| 实施例1 | 实施例3 | 实施例5 | 对比例1 | |
| 抗压强度MPa | 4487 | 4498 | 4462 | 4143 |
| 抗冲击韧性J/m<sup>2</sup> | 48 | 42 | 53 | 36 |
| 抗弯强度MPa | 4952 | 5017 | 4932 | 4584 |
由测试结果与对比例对比可以得到本发明具有较好的抗压强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在850-980℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为2-4h；所述高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；
所述原料中按质量百分比包含如下组分：W 1.8%，Mo 4.5%，Cr 4.8%，V 1.1%，Co 1.8%，C 1.16%，Si 0.35%，Mn 0.3%，S 0.04%，P 0.25%， Cu 0.12%，Ni 0.15%，余量为Fe；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；
（3）将压胚置于放电等离子设备中，在真空度为10-20pa下以10-20℃/min的升温速度升至800-850℃，保温烧结10-15min，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢。
2.根据权利要求1所述的一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述高速钢粉末粒度为20-30微米。
3.根据权利要求1所述的一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中冷等静压力为400-420MPa，保压时间为15-25min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中烧结压力为30-45MPa。
5.根据权利要求1所述的一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中胚体锻造过程中加热温度为1200-1300℃，加热时间为45-60min，开胚压力为100-120MPa，精整压力为40-60MPa。
6.根据权利要求1所述的一种高强度粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中淬火温度为1250-1300℃，回火温度为450-550℃。
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Denomination of invention: A Preparation Method for High Strength Powder High Speed Steel Effective date of registration: 20231124 Granted publication date: 20210806 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Jinyun County sub branch Pledgor: ZHEJIANG JINGRUI MOULD Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067300 |
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