耐磨损耐腐蚀合金制造技术

本发明专利技术涉及一种耐磨损耐腐蚀合金，采用粉末冶金工艺制备，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.60%-2.35%，W：0.1%-1.0%，Mo：≤1.8%，Cr：12.6%-18.0%，V：2.6%-5.8%，Nb：0.4%-1.9%，Co：0.1%-0.5%，Si：≤1.0%，Mn：0.2%-1.0%，N：0.05%-0.35%，余量为铁和杂质；所述耐磨损耐腐蚀合金的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb）（C、N）。制得的耐磨损耐腐蚀合金碳化物尺寸细小，分布均匀，具备优异的综合性能，尤其是极佳的耐磨性能及耐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
耐磨损耐腐蚀合金
本专利技术涉及一种工模具钢类合金，尤其涉及一种耐磨损耐腐蚀合金。
技术介绍
在一些特殊工况条件下，工具或零部件不仅经受运动部件或工作介质中硬的研磨颗粒直接接触引起磨损，还经受潮湿、酸或其它腐蚀剂的腐蚀作用，这样一种典型的工况如用于塑料机械挤注塑成形的螺杆、螺杆头或螺杆套筒等零部件，一方面由于塑料中添加大量硬质颗粒，如玻璃纤维、碳纤维等，导致这些零部件磨损加剧，另一方面塑料中腐蚀性成分对零部件产生化学腐蚀。为了使应用于这些特殊工况的零部件具备长的使用寿命，所使用工具钢必须具有高的耐磨性能和耐蚀性能，另外为了承受工作应力加载和冲击，工具钢需具备一定的硬度和韧性。工具钢的耐磨性能取决于基体硬度以及钢中存在的硬质第二相的含量、形态以及粒度分布。钢中的硬质第二相包括M6C、M2C、M23C6、M7C3以及MC等，MC碳化物的显微硬度高于其它碳化物，作业过程中能够更好地保护基体，从而减少磨损发生，提高工模具的使用寿命。工具钢耐蚀性能的提高主要依赖于铬元素在基体中的固溶，认为至少11%的铬固溶于基体是必要的。工具钢的韧性取决于基体强度以及第二相的分布状态，钢中粗大碳化物的存在引起应力集中，使工具钢韧性降低，导致在较低的外力加载下发生断裂，为了提高工具钢韧性，减少碳化物含量或细化碳化物粒度是重要的手段。工具钢使用过程中为了避免塑性变形发生，工具钢通常要求硬度达到HRC60以上。目前工具钢主要采用传统的铸锻工艺制备，采用铸锻工艺制备工具钢受到工艺过程钢液缓慢冷却凝固特点的限制，合金成分在凝固过程中容易发生偏析，形成粗大的碳化物组织，即使经过后续锻轧处理，这种不良组织仍然会对合金性能带来不良影响，导致铸锻工具钢性能上包括强度、韧性、耐磨性能、可磨削性能等处于偏低水平，难以满足高端加工制造对材料使用性能及寿命稳定性的要求。采用粉末冶金工艺制备工具钢解决了合金元素偏析的问题，粉末冶金工艺制备工具钢的主要步骤包括：雾化制粉→粉末固结成形，在上述雾化制粉环节，钢液被快速冷却成粉末，钢液中合金元素来不及偏析即完全凝固，粉末固结成材后组织细小均匀，相比铸锻合金性能有大幅度提升，目前对于一些性能要求极高的高合金工具钢只有采用粉末冶金工艺进行制备才能满足要求。采用粉末冶金工艺制备工具钢已有报道，但部分钢种成分设计不够合理，组织及性能有待进一步提高。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种具有优异性能的耐磨损耐腐蚀合金。为实现上述目的，本专利技术的耐磨损耐腐蚀合金，采用粉末冶金工艺制备，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.60%-2.35%，W：0.1%-1.0%，Mo：≤1.8%，Cr：12.6%-18.0%，V：2.6%-5.8%，Nb：0.4%-1.9%，Co：0.1%-0.5%，Si：≤1.0%，Mn：0.2%-1.0%，N：0.05%-0.35%，余量为铁和杂质；所述耐磨损耐腐蚀合金的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb）（C、N）。本专利技术通过合金成分的设计，采用粉末冶金工艺制备，以获得一种具有优异耐磨损耐腐蚀性能的合金。C元素部分固溶于基体，提高基体强度，同时，C元素是碳化物的组成元素之一，含量不能小于1.6%，以保证合金元素能够充分参与碳化物析出，C的最大含量不超过2.35%，避免过多的C固溶于基体导致韧性下降，在C含量1.6%-2.35%范围内，能够获得最大耐磨性能以及强韧性的配合。W、Mo固溶于基体，提高基体淬透性，本专利技术W含量范围是0.1%-1.0%，Mo的含量范围是Mo≤1.8%。Cr一方面固溶于基体，提高耐蚀性能及淬透性，另一方面Cr以M7C3碳化物形式析出，考虑到Cr固溶于基体以及以碳化物形式析出之间存在的平衡，本专利技术Cr含量为12.6%-18.0%。V主要用于形成MC型碳化物，提高合金的耐磨性能，V含量控制范围为2.6%-5.8%。Nb的作用与V类似，参与形成MC碳化物，本专利技术合金Nb固溶于MC碳化物，提高MC碳化物析出时的形核数量，促进MC碳化物析出和细化，提高耐磨性能；Nb添加含量上限在于避免富Nb的MC碳化物析出；本专利技术控制Nb的含量范围为0.4%-1.9%。Co主要固溶于基体，促进碳化物析出，细化碳化物颗粒度，本专利技术Co含量的范围为0.1%-0.5%。Si不参与碳化物形成，作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，Si过多会使基体的韧性下降，因此Si含量范围限定为Si≤1.0%。Mn作为脱氧剂加入，可以固硫减少热脆性，另外锰增加淬透性，本专利技术Mn含量范围为0.2%-1.0%。N参与形成MC碳化物，快速冷却条件下，N促进MC碳化物形核析出，同时不会导致MC碳化物过分长大，有利于提高耐磨性能，N同时促进钢的耐蚀性能提高，限定N含量范围为0.05%-0.35%。本专利技术合金V、Nb、C、N等合金元素形成MC碳化物类型为（V、Nb）（C、N），钢液快速冷却凝固条件下，添加的Nb和N参与MC碳化物形成，提高碳化物形核率和细化MC碳化物颗粒，使合金韧性提高。作为对上述方式的限定，所述杂质包括O，O≤0.01%。O过高导致合金韧性下降，本专利技术合金中控制O含量≤0.01%，以确保钢的优良性能。作为对上述方式的限定，其化学组分按质量百分比计包括C：1.65%-2.23%，W：0.1%-0.8%，Mo：≤1.8%，Cr：13.0%-18.0%，V：3.0%-5.5%，Nb：0.8%-1.9%，Co：0.1%-0.4%，Si：≤0.8%，Mn：0.2%-0.8%，N：0.05%-0.30%，O≤0.008%，余量为铁和杂质。为了达到更好的综合性能，本专利技术耐磨损耐腐蚀合金中的各化学组分应控制在要求范围之内。作为对上述方式的限定，所述MC碳化物的体积分数为2%-6%。作为对上述方式的限定，所述MC碳化物至少80Vol%MC碳化物尺寸≤1.1μm，最大MC碳化物尺寸不超过2.5μm。作为对上述方式的限定，所述M7C3碳化物为富Cr碳化物。作为对上述方式的限定，所述M7C3碳化物的体积分数为12%-20%。作为对上述方式的限定，所述M7C3碳化物至少80Vol%M7C3碳化物尺寸≤5μm，最大M7C3碳化物尺寸不超过10μm。本专利技术的耐磨损耐腐蚀合金，可以采用如下方法制备，包括以下步骤：a、按上述化学组成要求制备合金钢液并转移至钢包；b、通电加热钢包内钢液上表面覆盖的保护渣，维持钢液的过热度；在钢包底部通入惰性气体对钢液进行搅拌；c、将钢液通过钢包底部的导流管以稳定流量流入预加热的中间包，待钢液进入中间包埋没导流管下端面时对钢液上表面施加保护渣；d、对中间包进行持续补偿加热，维持钢液的过热度；e、钢液从中间包进入雾化室后采用惰性气体进行雾化制粉，得到的金属粉末沉降至雾化室底部，后进入具有保护气氛的储粉罐体，通过保护筛分装置对金属粉末进行筛分后再进入储粉罐体储装；f、在惰性气体保护下，将储粉罐体内的金属粉末转移至热等静压包套，待金属粉末振动装填紧实后对热等静压包套进行抽真空脱气处理，对其端部进行封焊处理，随后进行热等静压处理使金属粉末完全致密固结，完成粉末冶金工艺。上述的粉末冶金工艺包括非真空熔炼雾化制粉和热等静压环节，过程采用全流程保护，以控制氧含量及碳化物形态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨损耐腐蚀合金，采用粉末冶金工艺制备，其特征在于，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.60%‑2.35%，W：0.1%‑1.0%，Mo：≤1.8%，Cr：12.6%‑18.0%，V：2.6%‑5.8%，Nb：0.4%‑1.9%，Co：0.1%‑0.5%，Si：≤1.0%，Mn：0.2%‑1.0%，N：0.05%‑0.35%，余量为铁和杂质；所述耐磨损耐腐蚀合金的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb）（C、N）。

【技术特征摘要】
1.一种耐磨损耐腐蚀合金，采用粉末冶金工艺制备，其特征在于，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.60%-2.35%，W：0.1%-1.0%，Mo：≤1.8%，Cr：12.6%-18.0%，V：2.6%-5.8%，Nb：0.4%-1.9%，Co：0.1%-0.5%，Si：≤1.0%，Mn：0.2%-1.0%，N：0.05%-0.35%，余量为铁和杂质；所述耐磨损耐腐蚀合金的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb）（C、N）。2.根据权利要求1所述的耐磨损耐腐蚀合金，其特征在于：所述杂质包括O，O≤0.01%。3.根据权利要求2所述的耐磨损耐腐蚀合金，其特征在于，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.65%-2.23%，W：0.1%-0.8%，Mo：≤1.8%，Cr：13.0%-18.0%，V：3.0%-5.5%，Nb：0.8%-1.9%，Co：0.1%-0.4%，Si：≤0.8%，Mn：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，吴立志，况春江，孙宗林，王学兵，方玉诚，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11